[인더스트리뉴스 권선형 기자] 태양광 설비는 시스템적인 손실이 가장 큰 단점으로 꼽히는 기계다. 작은 하나가 몇 배, 때로는 전체를 멈추게 하는 시스템이다. 일부 모듈의 고장이 10배, 심하게는 30배 이상의 손실을 야기하는 ‘태양광 미스매칭 손실’이 대표적이다. 모듈, 스트링 어레이 결함, 오염 및 열화, MPPT 알고리즘 오작동, 시스템 결함, 시공 결함 등 고장요인도 다양하다.

태양광 설치량 4GW 시대. 예측 가능한, 때로는 예측하지 못한 문제로 발전효율이 떨어지고 있는 태양광 설비의 유지보수가 주목받고 있다.

방치된 태양광 설비

지난해부터 태양광 O&M 시장에 진출하는 기업들이 눈에 띄게 늘었다. 재생에너지 3020 정책에 따라 2030년까지 36.5GW가 설치되고, 그린뉴딜로 25%가 추가 설치가 예상되는 만큼 행보가 더 빨라진 모양새다. 현재 시장에서는 정확한 통계조차 없는 실정이지만, 업계 주요 관계자들은 태양광 시장이 커지고 있어 O&M 시장도 함께 성장할 것으로 전망하고 있다. 이엘티 엄해일 대표는 “태양광 시장이 앞으로도 계속 성장하면서 유지보수 수요도 더 늘어날 것”이라며, “노후화된 설비도 누적되고 있어 갈수록 필요성과 중요성은 더 커질 것”이라고 말했다. 엠알티 기업부설연구소 강병복 박사는 “시장이 성장할 것이란 전망에는 두 가지 의미가 담겨 있다”며, “발전효율을 높이는 성장과 방치돼 버려지는 에너지를 아끼는 방향의 성장”이라고 말했다.

강 박사의 설명대로 태양광 O&M은 두 방향으로 동시에 발전하고 있다. 하지만 업계와 전문가들은 두 방향의 괴리가 너무 크다고 입을 모은다. 씨엠테크놀러지 김한석 이사는 “기업들은 기술발전을 통해 발전효율을 높이는 방향으로 계속 진보해 나가는 반면 태양광발전소 사업자들은 무관심한 경우가 너무 많은 현실이라 이 간극을 어떻게 줄이느냐에 따라 성장 속도가 좌우될 것 같다”고 말했다. 씨엠테크놀러지 서진범 차장은 “실제 현장에 가보면 인버터가 어디에 있는지 모르는 분들이 많아 깜짝 놀란 적이 많다”라며, “대형 발전소를 제외하면 관리하는 설비가 드문 게 현실”이라고 지적했다.

무관심으로 새는 에너지는 현장에서 다양한 모습으로 나타나고 있다. 우선 설립초기 부실시공으로 사업자들이 생산량을 착각해 유지보수의 필요성을 느끼지 못하는 사례가 있다. 설치 때 지역의 기온, 적설량, 배수로 등 다양한 조건이 반영돼야 하는데, 설계 오류와 시공 오류 등으로 부실시공에 따른 손해의 예다. 동양연합엔지니어링 김진성 대표는 “태양광 시장 초기에 확장에만 치중하다보니 값싼 인력으로 시공해 제대로 시공되지 않은 곳이 꽤 많다”며, “사업자들은 예상보다 발전량이 떨어지면 단순히 일사량이 좋지 않아서라고 생각한다”고 말했다.

약 20년 이상 잘 작동하는 것으로 믿는 사업자의 무관심으로 에너지가 새고 있는 경우도 일반적인 모습이다. 업계 관계자들은 이 부분이 가장 큰 문제라고 지적한다. 특히 정부, 지자체 지원을 받아 공동으로 설치한 아파트, 경로당, 학교 등은 심각한 상황이라고 말한다. 공동으로 설치해 ‘누군가는 알아서 유지보수 하겠지’란 생각으로 방치돼 있어 관심조차 갖고 있지 않는 상황이란 지적이다.

태양광 유지보수 담당과 책임이 누구인지 명확하지 않은 점도 새는 에너지양을 키우고 있다. 리셋컴퍼니 정성대 대표는 “안전관리자는 전기안전만 신경 쓰는 경우가 많은데, 정작 사업주는 이들이 발전효율까지 높여주고 있다고 생각한다”며, “유지보수를 누가 맡아야 하는지 명확하게 정하고 그에 따른 점검이 필요하다”고 말했다.

유지보수에 적극적인 해외 사업자

반면 선진국들의 태양광 O&M 시장은 개인과 기업 모두 적극적인 모습이다. 일본은 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 전기료가 20% 이상 올랐다. 값싼 원전 비중을 30%에서 6%로 낮춘 영향이다. 일반 가정의 경우 조금만 방심해도 50만원~60만원의 전기료를 내야한다. 태양광 설비에 문제가 생기면 전기료 폭탄을 맞을 수밖에 없는 구조이기에 유지보수에도 적극적일 수밖에 없다. 태양광발전소 사업자도 수익과 직결돼 유지보수에 세심한 관심을 보이고 있다.

전기료가 비싼 호주도 마찬가지다. 호주의 전기요금은 세계에서 손꼽힐 정도다. 가정용 전기료는 그동안 꾸준히 상승해 2007년 kW/h 평균 9센트에서 2016년 12월 20센트로 약 120%상승했다. 호주는 신재생에너지 확장정책으로 태양광 설비 설치 보조금을 지원했지만, 이후 보조금을 끊고 전기료를 올려 유지보수에 관심 높은 시장이 됐다.

이에 해외 기업들은 발전효율을 높이고 손실을 줄이는 데 다양한 기술을 도입하고 있다. 화웨이는 저비용으로 초기 발전량을 유지하는 기술을 개발했다. 태양광 스트링인버터 I-V 특성곡선 데이터를 측정하고 인공지능적으로 데이터를 분석해 전년대비 약 10% 가까운 발전량을 향상했다는 보고자료를 제시하고 있다. I-V곡선을 통해 보다 면밀히 현재 상태를 확인해 발전효율을 높인 사례다.

한국과학기술연구원과 한국에너지기술연구원에 따르면, 미국은 PV시스템 신뢰성 향상을 목적으로 PV 시스템 운전 및 유지보수 위험을 해결할 수 있는 PVROM을 도입했다. 태양광뿐만 아니라 다양한 신재생에너지 데이터를 수집하고 관리를 통해 다양한 에너지 빅데이터 서비스를 제공하고 있다. 또한 태양광 정보와 온도, 기압, 풍속, 풍향 등 다양한 기상정보를 30분 단위로 제공하고 있다.

일본의 경우 네도(NEDO)에서는 PV 시스템 효율향상, 비용 절감, 유지보수비 절감, 고장진단, 고장회피 및 복구, 인건비 절감 등을 목적으로 PV시스템 효율향상·유지보수 기술개발사업을 수행 중이다. 전체 발전소의 출력정보를 빠른 시간 내에 하나의 센터로 모은 후에 출력을 정확하게 예측하는 기술을 개발하는 것이 더 저렴한 비용으로 전력망을 효율적으로 안정화 시킬 수 있다는 판단에 따른 것이다.

다양한 기술개발을 통해 현장에 적용시키고 있는 국내 기업들

국내 기업들도 저마다 다양한 솔루션을 연구개발해서 현장에 적용하고 있다. 이엘티는 기존 ESS를 유지·관리하던 모니터링 시스템 ‘엘티스(ELTIs)’의 성능 업그레이드를 통해 ESS뿐만 아니라 태양광발전소까지 통합 관리하는 관제시스템을 운영 중이다. PCS, 배터리 등의 상태를 실시간 감시하고, 각종 발전설비가 최상의 상태를 유지할 수 있도록 제어한다. 과전압, 저전압, 과전류, 저주파수 고장 등 발전소에서 발생할 수 있는 각종 문제들에 대해 인터록 기능 부하관리 및 에너지저장장치 진단관리로 시스템 보호기능을 갖고 있다.

리셋컴퍼니는 태양광패널 전용 무인세척로봇 ‘리셋클리닝’으로 발전효율을 높이고 있다. 리셋클리닝은 스마트환경 센서를 활용한 자동클리닝시스템, 이물질적층방지장치시스템 등 20여개의 특허를 녹여낸 지능형 로봇이다. 청소의 필요유무를 지능적으로 판단하는 눈·비 감시 스마트환경 센싱기술과 패널에 쌓이는 눈과 오염물질의 유형에 따라 모터의 속도와 힘을 자동으로 변경하는 고효율 모터제어기술, 그리고 청소로봇 적용에 따른 수익성을 예측하는 인공시뮬레이션 기술이 적용됐다.

씨엠테크놀러지는 국내 최초 Arc 발생 및 온도 감지 시스템 통신 접속함을 개발했다. Arc감지 시스템은 전압 및 전류 측정뿐 아니라 전류 불평형과 Arc 감지가 가능하다. 전류 불평형과 전류 Arc감지 시, 즉시 DC 스위치를 차단해 화재를 사전에 예방한다.

엠알티는 고효율 태양광모듈과 양면 태양광모듈에 최적화한 태양광발전 접속함과 유무선 통합 통신방식원격 모니터링 및 제어 시스템을 운영 중이다. 태양광발전 접속함은 화재감지와 최적 구조 설계를 통해 설비의 화재 예방에 특화됐다. 모든 접속단자가 퓨즈에 직접 연결돼 합선이나 과전류 시 회로를 차단 보호하고, 서지보호기를 통해 서지 과전압과 과전류를 차단해 설비를 보호한다.

동양연합엔지니어링은 지난 3월 국내 최초 IOT 기반 쌍방향 모니터링 플랫폼 ‘쏠브레인’을 개발했다. 쏠브레인 모니터링은 양방향 정보처리를 갖춘 하드웨어를 갖고 모니터링 및 컨트롤을 지원한다. 모니터링 하는 발전소의 물리적인 신호를 받아오거나 명령을 줘서 발전소의 장치 및 현장의 특정기기를 제어 할 수 있다. 또한 연결이 되지 않는 각 사만의 특별한 주변장치도 쏠브레인 개발팀에서 펌웨어 및 하드웨어 수정을 통해 지원하고 있다.

한국에너지기술연구원은 I-V특성곡선을 현장에서 다채널을 동시에 측정해 손실요인을 분석하는 현장 진단 장비를 개발했다. 발전소 현장에서 상태를 진단할 수 있는 다채널 I-V 측정 장치다. 국내 한 중소기업에게 기술 이전해 현재 연구소기업 설립을 추진 중이다.

체계적인 성능점검제도 도입돼야…

업계 관계자들은 국내 O&M 시장이 이제 막 성장 궤도에 들어섰다고 보고 있다. 태양광 시장 초반에는 확장에 중점을 뒀다면 이제부터 내실화를 다져야 한다고 전망한다. 우선 설계 오류와 시공 오류부터 제도화를 통해 줄여 나가야 한다고 지적한다. 이는 효율을 넘어 안전과 직결된 문제이기에 더 촘촘한 제도를 도입해야 한다고 제안한다. 씨엠테크놀러지 오준모 대표는 “현장에 가보면 설계와 시공자체가 잘못된 곳이 상당히 많다”며, “초기 준공검사를 강화해야 할 필요가 있고 시공에 대한 점검을 확실하게 할 수 있는 기준부터 만들어야 한다”고 제안했다. 미국, 유럽, 미국 등 선진국은 시공 후 성능점검 자료를 제출해야 운영 할 수 있는데 반해 국내는 아직 제도가 갖춰져 있지 않은 상황이다.

태양광 설비에 대한 정기적인 성능점검도 필요하다는 지적도 꾸준히 제기된다. 일반적인 전기시설물은 2년에 한번 정기적인 검사를 진행해, 설비의 작동상태 고장여부 등을 검사하도록 제도화돼 있지만, 태양광 설비는 진단 점검을 정기적으로 의무화하고 있지 않아 버려지는 에너지가 많다는 진단이다.

한국에너지기술연구원 고석환 박사는 “태양광 설비는 일반적 전기설비와 같이 진단 점검을 정기적으로 의무화 하고 있지 않아 관리미비 설비가 많다”며, “태양광 설비가 관리범주 안에 있도록 검사제도 등의 보완을 통해 해결해 나간다면 버려지는 에너지의 90%는 막을 수 있을 것으로 보고 있다”고 말했다.

엠알티 기업부설연구소 강병복 박사는 “전기안전공사가 정기적인 검사를 다 하기 버겁다면, 기술력 있는 기업들을 다수 선정해 진행하는 것도 한 방법”이라며, “정부에서 먼저 나서서 제도를 마련해줘야 효율을 높이고 버려지는 에너지를 막는 두 방향의 효율성을 같이 높일 수 있다”고 말했다.

이밖에도 현장에서 들려오는 목소리는 다양하다. 업계 관계자들은 유지보수 점검 보고서 정량화, 안전성 확보 방안 연구개발, 수익성 개선에 대한 이익 공유시장 활성화, 한전 단가 상승, 태양광 모니터링의 데이터 통신 프로토콜 통일 등을 제안했다. 또한 국가의 지속적인 정책과 관심, 해외 사례 적극 벤치마킹, 산업부의 적극적인 홍보 등의 의견도 밝혔다.

제도가 아무리 발전해 시장이 성장해도 인식이 개선되지 않으면 무용지물이라는 의견도 눈에 띈다. 씨엠테크놀러지 김한석 이사는 “실제 현장점검을 가보면 손실이 발생되지 않는 발전소가 하나도 없다”며, “접속함 퓨즈가 나간 발전소도 생각보다 많다”고 말했다. 이어 “관리 미비로 인한 인재가 대부분인데 작은 관심만 갖아도 새는 에너지를 충분히 막을 수 있어 사업자들의 발전효율을 충분히 높일 수 있다”고 말했다.

한국에너지기술연구원 고석환 박사는 “2030년까지 36.5GW가 설치되고 여기에 더해 그린뉴딜로 25%가 추가 설치될 것으로 예상되는데, 이를 기준으로 버려지는 에너지를 약 3%절감했 때, 1.35GW/년 발전소를 신규 건립하는 효과가 있다”고 말했다.

앞으로도 태양광 설비의 지속적 확장으로 유지보수 미비에 따른 설비의 손실은 증가될 것으로예측되고 있다. 고석환 박사는 “유지보수 시장은 우선 자가 유지보수를 수행하고 있는 메가와트급 시장을 중심으로 전문기업에 의뢰해 시장이 형성되고 이후에는 중소규모의 상업용 주거용 태양광 설비로 확장될 것”이라며, “이에 따라 현장에서 손쉽게 설비의 성능을 진단하고 고장을 확인할 수 있는 개발과 더불어 모니터링 측정데이터를 분석할 수 있는 평가 알고리즘을 통해 시스템의 성능을 즉시 확인할 수 있는 진단장비의 필요성이 더 커질 것”이라고 전망했다.

성장 국면에 막 들어서고 있는 태양광 O&M 시장. 이젠 뭘 하느냐 보다 어떻게 잘 하느냐가 중요한 시대가 됐다.

권선형 기자 다른기사 보기