오프그리드 태양광 시스템에서 변압기 무부하 손실: 왜 중요한가

독립형 태양광 및 에너지 저장 프로젝트에서 많은 이들이 태양광 모듈과 에너지 저장 배터리 선정에 집중하지만, 다음 사항은 간과하기 쉽다 “숨겨진 블랙홀 ”이 24시간 내내 전력을 소비한다 —변압기가 ’부하가 없는 상태에서도 손실이 발생한다. 계통 연계형 프로젝트에서는 변압기가 보통 낮 동안만 작동하므로 부하가 없는 상태의 손실 영향이 제한적이다. 그러나 독립형 프로젝트에서는 변압기가 하루 종일 버스에 연결된 상태를 유지해야 하며, 부하가 없는 상태의 손실이 “하루 종일 누적되는 효과 ”로 급격히 확대된다. 이는 모든 독립형 프로젝트 개발자가 신중히 산정해야 할 비용이다.

1. 왜 부하가 없는 상태의 손실이 계통 연계형 시스템보다 독립형 시스템에서 훨씬 “치명적인가? ”?

1.1 작동 조건에서의 근본적인 차이

그리드 연결형 태양광 발전: 변압기는 일출과 일몰에 따라 자동으로 작동 및 정지하며, 하루 약 10 –12시간 동안 운전된다. 야간에는 모선에서 분리할 수 있다.

오프그리드 태양광 발전/에너지 저장 시스템: 변압기는 하루 24시간 내내 시스템에 계속 연결되어 전압 변환 및 절연 기능을 수행한다. 전원 차단이 불가능하다. 오프그리드 시스템에서는 경부하 및 무부하 조건에서의 과도한 손실이 시스템 경제성 향상의 핵심 병목 현상으로 부각되고 있다.

1.2 “타임 앰프라이어 ”무부하 손실의 영향

무부하 손실 계산식은 매우 간단하다: 연간 무부하 손실 전력량 = P ₀ (무부하 손실, kW 단위) ×8,760시간 .

계통 연계 상황에서는 무부하 손실이 총 손실에서 차지하는 비중이 작다. 그러나 계통 비연계 상황에서는 부하율 변동 폭이 훨씬 크고 무부하 시간이 더 길기 때문에, 무부하 손실이 총 손실에서 차지하는 비중이 훨씬 커진다. 업계 자료에 따르면, 변압기의 무부하 손실은 총 정격 손실의 약 20%를 차지한다. –30%를 차지한다. 변압기 용량이 과대 설계되어 장기간 저부하로 운전될 경우, 무부하 손실이 총 손실의 60%를 넘을 수도 있다.

1.3 “전력 공급원의 희소성 ”계통 비연계 상황에서

계통 비연계 프로젝트에서는 모든 킬로와트시(kWh) 전력이 태양광 패널 또는 디젤 발전기에서 공급된다. 외딴 지역에서 디젤 발전의 kWh당 비용은 쉽게 3위안을 넘으며, 종합 비용은 kWh당 4.1위안까지 치솟을 수 있다. 해외 외진 광산에서는 디젤 발전 비용이 kWh당 0.4~1.0달러에 달하기도 하며, 이는 계통 전력 비용의 4~5배에 해당한다. –1.0달러/kWh, 4 –5배. 무부하 손실은 “귀중한 전력, ”아니요 “저렴한 전력, ”따라서 그 경제적 비용이 더욱 커진다.

2. 무부하 손실의 구성 요소 —어떻게 작동하나요 “먹어 ”전기?

2.1 무부하 손실의 본질

무부하 손실(철손)은 주로 철심 재료에 의해 결정된다. 이는 운전 부하와 무관하며, 변압기가 전원에 연결되는 순간부터 발생한다. 이 손실에는 히스테리시스 손실과 와전류 손실이 포함된다. 이를 변압기의 ’초 “기초 대사 —마치 전화기를 사용하지 않을 때도 전력을 소비하는 것처럼, 변압기는 전원이 인가된 상태라면 무부하 손실을 반드시 발생시킨다.

2.2 철심 재료가 결정적인 요인

전통적인 변압기는 일반 실리콘 강판을 사용하므로 무부하 손실이 여전히 높다. 비정질 합금 변압기의 철손은 실리콘 강심을 사용하는 전통적인 변압기에 비해 70% –80% 낮다. 최신 세대 1등급 실리콘 강 건식 변압기와 비교할 때, 최신 초고효율 비정질 합금 변압기는 무부하 손실을 65.2% 감소시킨다.

2.3 오프그리드 상황에서의 특수한 과제

오프그리드 시스템은 종종 빈번한 고저 부하 주기를 겪는데, 이는 변압기 자기 회로 안정성에 더 높은 요구를 제기한다. 무부하 손실은 경부하 및 무부하 기간 동안 계속 전력을 소비하며, 바로 이러한 시점이 오프그리드 시스템 내 에너지 저장이 가장 큰 압박을 받는 때이다. “스트레스를 받는다. ”극단적인 상황에서는 오프그리드 시스템의 무부하 손실로 인해 공급 용량을 보상하기 위해 태양광 발전 및 저장 용량을 증가시켜야 할 수도 있다. “먹히는 ”손실로 인해.

3. 무시할 수 없는 경제적 계산

3.1 연간 전력 소비 계산 모델

1,000 kVA 변압기를 예로 들면, 무부하 손실은 에너지 효율 등급에 따라 크게 달라집니다.

참고: 연간 무부하 전력 소비량 = 무부하 손실 × 8,760시간 ×8,760시간. 실제 수치는 제품 모델 및 부하율에 따라 달라질 수 있습니다.

등급 3에서 등급 1로 업그레이드하면 약 연간 15,000위안을 절감할 수 있습니다. 무부하 손실만으로도 디젤 백업 비용이 절감된다.

3.2 수명 주기 비용(LCOE) 관점

등급 1 변압기는 초기 비용이 더 높지만, 무부하 손실이 30% –50% 낮아 25년 운영 기간 동안 막대한 전기 요금을 절약할 수 있다. 예를 들어, SCB14(등급 1)와 SCB11(등급 2)을 비교하면 연간 전기 절약량이 20,000 kWh에 달한다. 등급 1 박스형 변전소의 초기 투자 비용은 더 높지만, 오프그리드 상황에서는 전기 비용 절약액이 구매 가격 차이를 훨씬 상회한다.

3.3 “증폭 계수 ”계통 비연계 상황에서

오프그리드 프로젝트의 전기 요금(또는 디젤 백업 비용)은 계통 연계 전기 요금보다 훨씬 높다. 디젤 백업 비용이 3위안/kWh일 때, 1,000 kVA 등급 1 변압기는 등급 3 변압기 대비 5년간 무부하 손실 전기 비용에서 약 75,000위안 을 절약할 수 있다. 변압기 및 케이블 손실을 고려하면, 오프그리드 시스템의 에너지 출력은 2.3% 감소할 수 있다. –4.6%. 이러한 손실은 궁극적으로 보상하기 위해 추가적인 태양광 발전 또는 디젤 발전 용량이 필요함.

장쑤 유니타 ’오프그리드 무부하 손실 최적화 솔루션

4.1 철심 소재 업그레이드

장쑤 유니타 일렉트릭 ’장쑤 유니타의 태양광 전용 박스형 변압기는 완전 구리 권선과 1등급 에너지 효율 기준을 준수함. SCB13/S20 시리즈는 국가 표준 대비 무부하 손실을 25% 이상 감소시켰으며, 2,500 kVA 모델은 연간 30,000 kWh 이상을 절약함. 대용량 박스형 변압기의 경우, 비정질 합금 철심을 선택할 수 있어 무부하 손실을 추가로 50% 줄일 수 있음. S20 시리즈는 고투자율 냉간 압연 실리콘 강철 철심과 고순도 무산소 구리 권선을 사용하여 무부하 손실을 15% 감소시킴. –s13 대비 20% 감소하며, 일반 부하 범위에서 효율이 99%를 초과함.

4.2 권선 공정 최적화

장쑤 유니타 일렉트릭은 완전 구리 권선 설계를 고수함. 부하 손실은 25% –알루미늄 권선보다 30% 낮은 발열량, 냉각 성능이 우수하며 수명도 길다. SCB13 시리즈는 무산소 구리와 폴리이미드 필름을 결합한 권선을 채택하여 내열 온도가 220도에 달한다. °일반 도체 대비 고온 충격에 10년 더 견딜 수 있다. 생산 과정에서는 결정 구조를 개선하기 위해 일체형 5단계 또는 7단계 랩 방식을 적용한다. “결정 구조를 개선하기 위한 일체형 5단계 또는 7단계 랩 방식 ”무부하 손실이 30% 감소하고, 부하 손실도 10% 이상 감소한다.

4.3 상황 기반 맞춤화 및 극한 환경 적응

오프그리드 프로젝트는 일반적으로 환경 조건이 열악한 외진 지역에 설치된다. 중멍 전기(Chongmeng Electric)는 산간지대, 해안 염해, 사막 모래폭풍 등 복잡한 조건에 대응해 IP54/IP65 보호 등급과 C5-M 부식 방지 솔루션을 맞춤 제공함으로써 -40도에서도 안정적인 작동을 보장한다. °C에서 +55 °C. 고도가 높은 환경을 위한 경우, 중멍은 강화 절연 + 이중층 결로 방지 구조 + 스마트 온도 제어 시스템을 맞춤형으로 제공합니다. 칭하이성에서 해발 3,800미터 이상 지역에 건설된 200MW급 고도 PV 프로젝트는 2년간 운영 중 단 한 건의 장비 고장도 발생하지 않았습니다.

4.4 현장 검증 완료 데이터

2013년 중국 서북부 발전소에 설치된 장쑤 유니타 박스형 변전소의 철심 손실은 현재까지 초기 값의 95% 수준을 유지하고 있으며, 동일한 현장의 타 브랜드 장비는 철심을 두 차례 교체했습니다. 티베트 해발 4,500미터 고원 지역 발전소에서는 장쑤 유니타 장비가 8년간 무고장으로 운용되고 있는 반면, 인근 발전소의 ’s 브랜드는 저온 균열로 인해 박스 본체를 세 차례나 교체했습니다. 이러한 사례들은 중멍 장비가 극한 환경에서도 장기적으로 신뢰성을 확보함을 입증합니다. ’중멍 장비의 극한 환경 내 장기 신뢰성.

5. 오프그리드 PV 스텝업 변압기 선정 핵심 포인트

5.1 에너지 효율 등급 우선

GB 20052-2024 기준을 충족하는 1등급 또는 2등급 에너지 효율 제품을 우선 선정하세요. 무부하 손실을 30% 줄일 수 있습니다 –50%. 양쪽 모두로 확인하세요 “에너지 효율 라벨 + 측정 데이터 ”피하기 위해서 “위조된 고효율 ”허위 등급 표시 제품.

5.2 용량 매칭 —피하기 “큰 말이 작은 수레를 끌기 ”

용량 과다 설정 시 장기 저부하 운전으로 인해 무부하 손실 비중이 급증합니다. 반면 용량 부족 시 피크 부하 시 과부하 운전이 발생하고, 고장 수리 비용은 3–초기 설비 절감액의 5배입니다 업계 표준 관행에 따라 박스형 변전소 용량을 구성합니다 1.1–광복전지 설치 용량의 1.3배 . 이는 모듈 열화를 고려한 여유 공간을 확보하면서도 경하 부하로 인한 무부하 손실 급증을 방지한다. 예를 들어, 10MW 광복전지 프로젝트는 11 –13MVA 박스형 변전소 용량을 사용할 수 있다.

5.3 철심 재료 선정 결정 트리

5.4 시나리오 기반 선택 권장 사항

원격 통신 기지국: 무부하 손실 및 보호 등급에 주목하세요. 오프그리드 기지국은 일반적으로 높은 전기 요금을 겪으며, 무부하 손실 최적화는 운영 경제성에 직접적인 영향을 미칩니다.

오프그리드 마이크로그리드: 양방향 변환 및 저장 인터페이스를 지원해야 합니다. 시스템 설계 단계에서 저장 용량 산정 시 변압기 무부하 손실을 포함하는 것을 권장하며, 손실로 인한 저장 용량 부족을 방지할 수 있습니다.

고도/극한 기후 지역: 온도 적응성 및 부식 방지 등급에 주목하세요. 중멍(Zhongmeng) 장비는 -40도에서 안정적으로 작동하며, 옵션으로 IP54/IP65 보호 등급을 제공합니다. °C에서 +55 °°C, 옵션으로 IP54/IP65 보호 등급 제공.

결론

오프그리드 시스템에서는 변압기 무부하 손실이 “사소한 변화가 아니다 —하루 24시간 내내 지속되는 고정 비용이다. 예를 들어, 1,000 kVA 변압기를 살펴보면, 디젤 백업 비용이 3 위안/kWh인 오프그리드 상황에서 등급 1 변압기는 등급 3 변압기에 비해 5년간 무부하 손실만으로도 75,000위안 이상의 비용을 절감할 수 있다 —이는 등급 1 제품의 구매 가격 차액을 충분히 상쇄하고도 남는 수준이다.

오프그리드 프로젝트 개발사는 설계 단계에서 구매 가격만 고려하는 대신, 수명 주기 비용 평가에 무부하 손실을 반드시 포함시켜야 한다. 이미 운영 중인 오프그리드 프로젝트의 경우에도 변압기 교체 경제성 분석이 충분히 가치 있다 —특히 디젤 백업 비용이 높은 상황에서는 저손실 변압기로의 교체 투자 회수 기간이 기대보다 짧을 수 있다.