태양광 인버터

섬네일|right|300px|태양광 인버터 내부 모습. 단상 AC 시스템으로 인해 발생하는 이중 선 주파수 리플을 완충하는 데 사용되는 많은 대형 축전기 (파란색 원통)에 주목해야 한다.

태양광 인버터() 또는 태양광 (PV) 인버터()는 태양광 전지판의 가변적인 직류 (DC) 출력을 상업용 전력망에 공급하거나 지역의 독립형 전력망에서 사용할 수 있는 상용 주파수 교류 (AC)로 변환하는 인버터의 한 종류이다. 이는 태양광 발전 시스템의 중요한 시스템 균형 (BOS) 구성 요소로서, 일반 AC 전원 장비를 사용할 수 있게 한다. 태양광 인버터는 최대 전력점 추적 및 안티-아일랜드 현상 방지 기능을 포함하여 태양광 어레이와 함께 사용하도록 특별히 개조된 기능을 가지고 있다.

 분류 
섬네일|배터리 저장 장치가 있는 독립형 전력 시스템
섬네일|right|AC 결합 계통 연결 주거용 태양광 발전 시스템의 간략화된 회로도

태양광 인버터는 크게 네 가지 유형으로 분류될 수 있다.
 독립형 인버터, 태양광 어레이로 충전된 배터리에서 DC 에너지를 끌어오는 독립형 전력 시스템에 사용된다. 많은 독립형 인버터는 AC 전원을 사용할 수 있을 때 배터리를 보충하기 위한 내장형 충전기도 포함한다. 일반적으로 이들은 전력망과 어떤 식으로도 연동되지 않으므로, 안티-아일랜드 현상 방지 기능이 필요하지 않다.
 계통연계형 인버터, 전력 회사에서 공급하는 사인파와 위상을 일치시킨다. 계통연계형 인버터는 안전상의 이유로 전력 공급이 끊기면 자동으로 차단되도록 설계되었다. 이들은 전력 공급 중단 시 백업 전원을 제공하지 않는다.
 독립형 인버터, 독립형 인버터로도 알려져 있으며, 전력망과 독립적으로 작동하는 전력 시스템에 사용하도록 설계되었다. 이 인버터는 태양광 패널 또는 배터리에서 나오는 직류 (DC) 전기를 가정, 오두막 또는 전력망에 접근할 수 없는 원격 지역에서 사용하기 위한 교류 (AC)로 변환한다. 이들은 일반적으로 태양광 어레이에 의해 충전되는 배터리 저장 시스템에 의존하며, AC 부하에 직접 전력을 공급할 수 있다. 독립형 인버터는 전력망에 연결되지 않으므로 안티-아일랜드 현상 방지 기능이 필요하지 않다.
 배터리 백업 인버터는 배터리에서 에너지를 끌어오고, 온보드 충전기를 통해 배터리 충전을 관리하며, 잉여 에너지를 전력망으로 내보내도록 설계된 특수 인버터이다. 이 인버터는 전력 공급 중단 시 선택된 부하에 AC 에너지를 공급할 수 있으며, 안티-아일랜드 현상 방지 기능이 필요하다.
 지능형 하이브리드 인버터는 태양광 어레이, 배터리 저장 장치 및 전력망을 모두 장치에 직접 연결하여 관리한다. 이 현대적인 올인원 시스템은 일반적으로 매우 다재다능하며 계통 연계, 독립형 또는 백업 애플리케이션에 사용될 수 있지만, 주요 기능은 저장 장치를 사용한 자가 소비이다.

 최대 전력점 추적 

태양광 인버터는 최대 전력점 추적 (MPPT)을 사용하여 PV 어레이에서 가능한 최대 전력을 얻는다. 태양 전지는 태양 복사조도, 온도 및 총 저항 사이에 복잡한 관계를 가지며, 이는 I-V 곡선으로 알려진 비선형 출력 효율을 생성한다. MPPT 시스템의 목적은 셀의 출력을 샘플링하고 주어진 환경 조건에서 최대 전력을 얻기 위한 저항(부하)을 결정하는 것이다.

충전율, 약어 FF로 더 흔히 알려진 이 파라미터는 패널의 개방 회로 전압(Voc) 및 단락 회로 전류(Isc)와 함께 태양 전지에서 최대 전력을 결정한다. 충전율은 태양 전지에서 얻을 수 있는 최대 전력과 Voc 및 Isc의 곱의 비율로 정의된다.

MPPT 알고리즘에는 섭동 및 관찰(perturb-and-observe), 증분 컨덕턴스(incremental conductance) 및 정전압(constant voltage)의 세 가지 주요 유형이 있다. 처음 두 가지 방법은 종종 힐 클라이밍(hill climbing) 방법으로 불린다. 이 방법들은 전압에 대해 플롯된 전력 곡선이 최대 전력점의 왼쪽에서는 상승하고 오른쪽에서는 하강하는 것에 의존한다.

 계통연계형 태양광 인버터 

섬네일|380px|계통연계형 가정 시스템 내 태양광 마이크로 인버터
계통연계형 또는 동기식 인버터, 또는 간단히 계통연계형 인버터(GTI)의 핵심 역할은 전력선의 위상, 전압 및 주파수를 전력망과 동기화하는 것이다. 태양광 계통연계형 인버터는 전력 계통이 다운될 경우 전력망에서 빠르게 분리되도록 설계되었다. 예를 들어, 미국에서는 정전 시 계통연계형 인버터가 차단되어 생산된 에너지가 전력망을 수리하는 작업자에게 해를 끼치는 것을 방지하도록 하는 NEC 요구사항이 있다.

오늘날 시장에서 구할 수 있는 계통연계형 인버터는 여러 가지 다른 기술을 사용한다. 이 인버터는 최신 고주파 변압기, 기존 저주파 변압기 또는 변압기가 없는 것을 사용할 수 있다. 직류를 120 또는 240볼트 AC로 직접 변환하는 대신, 고주파 변압기는 전력을 고주파 AC로 변환한 다음 다시 DC로 변환하고 최종 AC 출력 전압으로 변환하는 컴퓨터화된 다단계 프로세스를 사용한다.

역사적으로, 변압기 없는 전기 시스템이 공공 전력망에 공급되는 것에 대한 우려가 있었다. 이러한 우려는 DC 및 AC 회로 사이에 갈바닉 절연이 없어 위험한 DC 결함이 AC 측으로 전달될 수 있다는 사실에서 비롯된다. 2005년 이후 NFPA의 NEC는 변압기 없는 (또는 갈바닉 절연되지 않은) 인버터를 허용하고 있다. VDE 0126-1-1 및 IEC 6210도 이러한 시스템에 필요한 안전 메커니즘을 허용하고 정의하도록 개정되었다. 주로 잔류 또는 접지 전류 감지를 사용하여 가능한 결함 조건을 감지한다. 또한 DC-AC 분리를 보장하기 위해 절연 테스트가 수행된다.

많은 태양광 인버터는 전력망에 연결되도록 설계되었으며, 전력망의 존재를 감지하지 못하면 작동하지 않는다. 이들은 전력망의 전압, 주파수 및 위상을 정확히 일치시키는 특수 회로를 포함한다. 전력망이 감지되지 않으면 계통연계형 인버터는 안전 문제를 일으킬 수 있는 아일랜드 현상을 방지하기 위해 전력을 생산하지 않는다.

 태양광 펌프 인버터 
고급 태양광 펌프 인버터는 태양광 어레이에서 나오는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 배터리나 기타 에너지 저장 장치 없이 수중 펌프를 직접 구동한다. MPPT(최대 전력점 추적)를 활용하여 태양광 펌프 인버터는 출력 주파수를 조절하여 펌프의 속도를 제어함으로써 펌프 모터의 손상을 방지한다.

태양광 펌프 인버터는 일반적으로 PV 어레이에서 생성된 DC 전류 입력을 허용하는 여러 포트, AC 전압 출력을 허용하는 한 포트, 그리고 수위 센서에서 입력을 위한 추가 포트를 가지고 있다.

 3상 인버터 
3상 인버터는 3상전력을 공급하도록 특별히 설계된 태양광 마이크로 인버터의 한 종류이다. 1상 전원으로 작동하는 기존 마이크로 인버터 설계에서는 전압이 0을 통과하는 기간 동안(주기당 두 번, 50 또는 60Hz에서) 패널의 에너지를 저장해야 한다. 3상 시스템에서는 주기 내내 세 개의 선 중 하나가 양(+) 또는 음(-)의 전압을 가지므로, 주기마다 패널의 출력을 다른 선으로 전환함으로써 저장의 필요성을 크게 줄일 수 있다. 에너지 저장 감소는 컨버터 하드웨어의 가격과 복잡성을 크게 낮추고, 예상 수명도 잠재적으로 늘린다.

 개념 
 배경 
기존의 교류 전력은 정의된 기간 동안 반복되는 사인파 전압 패턴이다. 즉, 단일 주기 동안 전압은 두 번 0을 통과한다. 유럽 시스템에서는 플러그의 전압이 최대 230V이고 초당 50번 주기하며, 이는 초당 100번 전압이 0이 되는 지점이 있음을 의미한다. 반면 북미 파생 시스템은 120V 60Hz로, 초당 120번 전압이 0이 된다.

저렴한 인버터는 DC 측 전원을 초당 120번 켜고 끄고, 다른 주기마다 전압을 반전시킴으로써 직류 전력을 AC로 변환할 수 있다. 그 결과는 많은 장치에 AC 전력과 충분히 유사한 구형파이다. 그러나 이러한 종류의 해결책은 태양 에너지 발전에서 가능한 한 많은 전력을 AC로 변환하는 것이 목표인 태양광 발전의 경우에 유용하지 않다. 만약 이러한 저렴한 유형의 인버터를 사용한다면, DC 측이 꺼져 있는 동안 생성되는 모든 전력은 단순히 손실되며, 이는 각 주기에서 상당한 양을 차지한다.

이를 해결하기 위해 태양광 인버터는 이러한 0점 통과 기간 동안 패널의 전력을 완충하기 위해 일종의 에너지 저장 장치를 사용한다. AC 전압이 저장 장치의 전압보다 높아지면, 패널에서 순간적으로 발생하는 에너지와 함께 출력으로 방출된다. 이러한 방식으로 주기 전체에 걸쳐 패널에서 생산된 에너지는 궁극적으로 출력으로 전송된다.

이 접근 방식의 문제는 일반적인 최신 태양 전지판에 연결할 때 필요한 에너지 저장량은 전해 축전기를 통해서만 경제적으로 제공될 수 있다는 것이다. 이들은 비교적 저렴하지만, 수십 년 정도의 수명 기대치를 가진 잘 알려진 열화 모드를 가지고 있다. 이는 이들 축전기가 예상 수명 말기에 고장나기 시작하면 패널을 제거해야 하므로(종종 지붕에서), 마이크로 인버터가 좋은 아이디어인지에 대한 업계 내 큰 논쟁으로 이어졌다.

 3상 
섬네일|교류(녹색)는 반복적으로 0 전압을 통과하며, 이 시간 동안 패널의 에너지는 저장되거나 손실되어야 한다. 3상 전력(파란색)은 주기 내내 양의 값을 유지하므로 저장량이 거의 또는 전혀 필요하지 않다.

두 가닥 전선으로 연결되는 일반적인 가정용 전류와 비교하여, 전력 계통의 송전 측 전류는 세 가닥 전선과 위상을 사용한다. 어떤 특정 순간에도 세 위상의 합은 항상 양수(또는 음수)이다. 따라서 3상 시스템에서 특정 전선이 가정용 전류와 정확히 같은 방식으로 영점 교차 이벤트를 겪는 동안에도 시스템 전체는 그렇지 않으며, 단순히 최대값과 약간 낮은 값 사이에서 변동한다.

3상전력 공급을 위해 특별히 설계된 마이크로 인버터는 어떤 순간에든 자체 작동 전압에 가장 가까운 전선을 단순히 선택함으로써 필요한 저장량을 크게 줄일 수 있다. 간단한 시스템은 단순히 최대 전압에 가장 가까운 전선을 선택하고, 그 전선이 최대값에 가까워지기 시작하면 다음 전선으로 전환할 수 있다. 이 경우 시스템은 주기 전체의 최고점과 최저점 사이의 에너지 양만 저장하면 되는데, 이는 전압 차이와 시간 모두에서 훨씬 작다.

이는 단순히 타이머에 따라 한 선에서 다른 선으로 전환하는 대신, 어떤 순간에든 자체 DC 전압에 가장 가까운 선을 선택함으로써 더욱 개선될 수 있다. 어떤 순간에든 세 선 중 두 선은 양(또는 음)의 전압을 가지며, DC 측에 더 가까운 선을 사용하면 변환 하드웨어의 약간의 효율성 향상을 활용할 수 있다.

에너지 저장 요구 사항의 감소, 또는 아예 제거는 장치를 단순화하고 수명을 결정할 것으로 예상되는 단일 구성 요소를 제거한다. 10년 대신 3상 마이크로 인버터는 패널의 수명 동안 지속되도록 제작될 수 있다. 이러한 장치는 또한 더 저렴하고 덜 복잡할 것이지만, 각 인버터가 세 개의 모든 라인에 연결해야 하는 비용이 들 수 있으며, 이는 아마도 더 많은 배선을 초래할 수 있다.

 단점 
3상 인버터 개념의 주요 단점은 3상 전력을 사용하는 곳에서만 이 시스템을 활용할 수 있다는 점이다. 3상 전력은 유틸리티 규모 및 상업용 현장에서 쉽게 사용할 수 있으며, 이 시장을 목표로 시스템이 개발되었다. 그러나 마이크로 인버터 개념의 주요 장점은 음영 및 패널 방향 문제와 관련이 있으며, 대규모 시스템의 경우 패널을 단순히 이동하여 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 3상 마이크로 인버터의 이점은 작업 공간이 제한된 주거용 사례에 비해 매우 제한적이다.

2014년 현재 관찰자들은 3상 마이크로 인버터가 아직 그 장점이 충분히 가치가 있다고 판단할 만한 가격대에 도달하지 못했다고 믿었다. 또한 3상 마이크로 인버터의 배선 비용은 더 높을 것으로 예상되었다.

 위상 결합 
본래 3상 인버터와 3개의 단상 마이크로 인버터를 3상으로 출력하도록 배선한 것을 구분하는 것이 중요하다. 후자는 대부분의 인버터 설계에서 비교적 흔한 기능으로, 3상 회로에서 각 인버터를 두 전선 쌍에 걸쳐 연결할 수 있다. 그 결과는 3상 전력이지만, 시스템의 각 인버터는 단상으로 출력한다. 이러한 종류의 솔루션은 위에서 설명한 에너지 저장 필요성 감소의 이점을 활용하지 못한다.

 태양광 마이크로 인버터 
섬네일|엔페이즈 에너지 태양광 마이크로 인버터 설치 과정. 접지선은 러그에 부착되고, 패널의 DC 연결은 하단 오른쪽 케이블에 부착된다. AC 병렬 트렁크 케이블은 상단에 연결된다 (살짝 보인다).

태양광 마이크로 인버터는 단일 PV 모듈과 작동하도록 설계된 인버터이다. 마이크로 인버터는 각 패널에서 나오는 직류 출력을 교류로 변환한다. 이 설계는 여러 개의 독립적인 장치를 모듈식으로 병렬 연결할 수 있도록 한다.

마이크로 인버터의 장점으로는 단일 패널 전력 최적화, 각 패널의 독립적인 작동, 플러그 앤 플레이 설치, 향상된 설치 및 화재 안전, 시스템 설계 및 재고 최소화를 통한 비용 절감 등이 있다.

애팔래치아 주립대학교의 2011년 연구에 따르면, 개별 통합 인버터 설정은 단일 인버터를 사용하는 스트링 연결 설정에 비해 음영 없는 조건에서 약 20% 더 많은 전력을, 음영 조건에서는 27% 더 많은 전력을 생산했다. 두 설정 모두 동일한 태양광 패널을 사용했다.

태양광 마이크로 인버터 또는 간단히 마이크로 인버터는 단일 태양 전지 모듈에서 생성된 직류 (DC)를 교류 (AC)로 변환하는 태양광 발전에 사용되는 플러그 앤 플레이 장치이다. 마이크로 인버터는 여러 태양광 패널에 하나의 인버터가 연결되는 기존의 스트링 및 중앙 태양광 인버터와 대조된다. 여러 마이크로 인버터의 출력을 결합하여 종종 전력 계통으로 공급할 수 있다.

마이크로 인버터는 기존 인버터에 비해 여러 가지 장점이 있다. 가장 큰 장점은 패널들을 전기적으로 서로 분리하여, 단일 태양광 모듈에 약간의 음영, 이물질 또는 눈이 있거나 심지어 모듈 전체가 고장나더라도 전체 어레이의 출력이 불균형하게 감소하지 않는다는 점이다. 각 마이크로 인버터는 연결된 모듈에 대해 최대 전력점 추적 (MPPT)을 수행하여 최적의 전력을 수확한다. 시스템 설계의 단순성, 낮은 전류 전선, 간소화된 재고 관리, 추가된 안전성 등이 마이크로 인버터 솔루션과 함께 도입된 다른 요소들이다.

마이크로 인버터의 주요 단점으로는 각 인버터가 패널 옆(일반적으로 지붕 위)에 설치되어야 하므로 동일한 전력의 중앙 인버터보다 초기 장비 와트당 최대 전력 비용이 높다는 점이다. 이로 인해 유지보수가 더 어렵고 제거 및 교체 비용이 더 많이 든다. 일부 제조업체는 마이크로 인버터가 내장된 패널로 이러한 문제를 해결했다. 마이크로 인버터는 태양광 패널 수명 동안 교체가 필요한 중앙 인버터보다 수명이 더 긴 경우가 많다. 따라서 초기 재정적 단점은 장기적으로 장점이 될 수 있다.

파워 옵티마이저는 마이크로 인버터와 유사한 기술 유형이다. 파워 옵티마이저는 패널 수준 최대 전력점 추적을 사용하지만, 모듈당 AC로 변환하지는 않는다.

 설명 
 스트링 인버터 
태양광 패널은 모듈 설계 및 조명 조건에 따라 전압이 달라지는 직류를 생성한다. 6인치 셀을 사용하는 최신 모듈은 일반적으로 60개의 셀을 포함하며 공칭 24-30V를 생산한다. (따라서 인버터는 24-50V에 적합하다).

AC로 변환하기 위해 패널은 직렬로 연결되어 사실상 공칭 300~600VDC의 단일 대형 패널과 같은 어레이를 생성할 수 있다. 그런 다음 전력은 인버터로 전달되어 일반적으로 230VAC / 50Hz 또는 240VAC / 60Hz의 표준 AC 전압으로 변환된다.

스트링 인버터 방식의 주된 문제는 스트링 내에서 가장 성능이 떨어지는 패널과 동일한 최대 전류 정격을 가진 단일 대형 패널처럼 스트링이 작동한다는 점이다. 예를 들어, 스트링 내 한 패널이 사소한 제조 결함으로 인해 5% 더 높은 저항을 갖는다면, 전체 스트링은 5%의 성능 손실을 겪는다. 이 상황은 동적이다. 한 패널이 음영 처리되면 출력은 극적으로 떨어지며, 다른 패널이 음영 처리되지 않았더라도 스트링의 출력에 영향을 미친다. 심지어 약간의 방향 변화도 이러한 방식으로 출력 손실을 유발할 수 있다. 업계에서는 이를 "크리스마스 전구 효과"라고 부르는데, 이는 직렬로 연결된 크리스마스 트리 전구 전체 스트링이 하나의 전구가 고장나면 모두 고장나는 방식에서 유래했다. 그러나 이 효과는 완전히 정확하지 않으며, 최신 스트링 인버터의 최대 전력점 추적과 모듈 바이패스 다이오드 간의 복잡한 상호 작용을 무시한다. 주요 마이크로 인버터 및 DC 옵티마이저 회사의 음영 연구에 따르면, 오래된 스트링 인버터에 비해 가벼운, 중간 및 심한 음영 조건에서 연간 작은 이득(각각 2%, 5%, 8%)이 나타났다.

또한, 패널 출력의 효율성은 인버터가 패널에 가하는 부하에 크게 영향을 받는다. 생산을 최대화하기 위해 인버터는 최대 전력점 추적이라는 기술을 사용하여 적용되는 부하를 조정함으로써 최적의 에너지 수확을 보장한다. 그러나 패널마다 출력이 달라지는 것과 동일한 문제가 MPPT 시스템이 적용해야 하는 적절한 부하에 영향을 미친다. 단일 패널이 다른 지점에서 작동하면 스트링 인버터는 전체 변화만 볼 수 있으며, MPPT 지점을 일치시키기 위해 이동한다. 이로 인해 음영 처리된 패널뿐만 아니라 다른 패널에서도 손실이 발생한다. 어레이 표면의 9%만 음영 처리되어도 특정 상황에서는 시스템 전체 전력이 54%까지 감소할 수 있다. 그러나 위에서 언급했듯이 이러한 연간 수확량 손실은 상대적으로 작으며, 최신 기술은 일부 스트링 인버터가 부분 음영의 영향을 크게 줄일 수 있도록 한다.

또 다른 사소한 문제는 스트링 인버터의 전력 정격 선택지가 제한적이라는 점이다. 이는 주어진 어레이가 일반적으로 패널 어레이의 정격보다 한 단계 큰 모델로 인버터를 상향 조정한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 2300W의 10개 패널 어레이는 2500W 또는 심지어 3000W 인버터를 사용해야 할 수 있으며, 사용할 수 없는 변환 능력에 대해 비용을 지불하게 된다. 이와 동일한 문제로 시간이 지남에 따라 어레이 크기를 변경하고 자금이 있을 때 전력을 추가하는 것(모듈성)이 어려워진다. 고객이 원래 2300W 패널용으로 2500W 인버터를 구매했다면, 인버터를 과부하하지 않고서는 단일 패널조차 추가할 수 없다. 그러나 이러한 과도한 크기 조정은 오늘날 업계에서 모듈 열화, 겨울철 성능 향상 또는 유틸리티에 대한 더 높은 판매 수익을 고려하여 일반적인 관행으로 간주된다(때로는 인버터 명판 정격보다 20%까지 높게).

중앙 집중식 인버터와 관련된 다른 문제로는 장치를 배치하는 데 필요한 공간과 열 방출 요구 사항이 있다. 대형 중앙 인버터는 일반적으로 능동적으로 냉각된다. 냉각 팬은 소음을 발생시키므로 인버터의 위치를 사무실 및 사용 공간과 관련하여 고려해야 한다. 그리고 냉각 팬은 움직이는 부품을 가지고 있으므로, 시간이 지남에 따라 먼지, 이물질 및 습기가 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 스트링 인버터는 더 조용하지만, 늦은 오후에 인버터 전력이 낮을 때 윙윙거리는 소음을 낼 수 있다.

 마이크로 인버터 
마이크로 인버터는 단일 패널 또는 두 개의 패널 출력을 처리하도록 설계된 소형 인버터이다. 계통연계형 패널은 일반적으로 225~275W로 정격되지만, 실제로 이만큼 생산하는 경우는 드물기 때문에 마이크로 인버터는 일반적으로 190~220W(때로는 100W)로 정격된다. 이 낮은 전력 지점에서 작동하기 때문에 대형 설계에 내재된 많은 설계 문제는 단순히 사라진다. 대형 변압기의 필요성이 일반적으로 제거되고, 대형 전해 축전기는 더 신뢰할 수 있는 박막형으로 대체될 수 있으며, 냉각 부하가 줄어들어 팬이 필요 없다. 평균 고장 간격(MTBF)은 수백 년으로 언급된다.

단일 패널에 연결된 마이크로 인버터는 해당 패널의 출력을 분리하고 조정할 수 있다. 성능이 저하되는 패널은 주변 패널에 영향을 미치지 않는다. 이 경우, 전체 어레이는 스트링 인버터를 사용하는 경우보다 최대 5% 더 많은 전력을 생산한다. 음영이 고려되면 이러한 이득은 상당할 수 있으며, 제조업체는 일반적으로 최소 5%, 일부 경우에는 최대 25% 더 나은 출력을 주장한다. 또한, 단일 모델은 다양한 패널과 함께 사용될 수 있으며, 언제든지 어레이에 새 패널을 추가할 수 있으며, 기존 패널과 동일한 정격을 가질 필요가 없다.

마이크로 인버터는 각 태양광 패널 뒷면에서 직접 전력망에 맞는 AC 전력을 생산한다. 마이크로 인버터가 장착된 패널 어레이의 AC 출력은 서로 병렬로 연결된 다음 전력망에 연결된다. 이는 단일 패널 또는 인버터의 고장이 전체 스트링을 오프라인으로 만들 수 없다는 큰 장점이 있다. 낮은 전력 및 열 부하, 향상된 MTBF와 결합하여 일부에서는 마이크로 인버터 기반 시스템의 전반적인 어레이 신뢰성이 스트링 인버터 기반 시스템보다 훨씬 높다고 주장한다. 이 주장은 스트링 인버터의 일반적인 5년 또는 10년 보증보다 긴 15년에서 25년의 보증으로 뒷받침된다. 또한, 고장이 발생하면 전체 스트링이 아니라 단일 지점으로 식별할 수 있다. 이는 고장 격리를 더 쉽게 할 뿐만 아니라, 그렇지 않으면 눈에 띄지 않을 수 있는 사소한 문제를 드러낸다. 단일 패널의 성능 저하는 긴 스트링의 출력에 눈에 띄게 영향을 미치지 않을 수 있다.

단점
마이크로 인버터 개념의 주요 단점은 최근까지 비용이었다. 각 마이크로 인버터는 스트링 인버터의 복잡성 대부분을 복제해야 하지만, 더 작은 전력 정격에 분산되기 때문에 와트당 비용이 더 크다. 이는 개별 구성 요소의 단순화 측면에서 어떤 이점도 상쇄한다. 2018년 2월 현재, 중앙 인버터는 와트당 약 0.13달러인 반면, 마이크로 인버터는 와트당 약 0.34달러이다. 스트링 인버터와 마찬가지로 경제적 고려 사항으로 인해 제조업체는 생산하는 모델 수를 제한해야 한다. 대부분은 특정 패널과 일치할 때 과도하거나 부족할 수 있는 단일 모델을 생산한다.

많은 경우 포장은 가격에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 중앙 인버터의 경우 수십 개의 패널에 대한 패널 연결 세트 하나, AC 출력 하나, 상자 하나만 가질 수 있다. 약 15개 이상의 패널이 있는 마이크로 인버터 설치에는 지붕에 장착되는 "결합기" 차단기 상자가 필요할 수도 있다. 이는 전체 와트당 가격을 높일 수 있다.

비용을 더욱 줄이기 위해 일부 모델은 인버터 하나로 두세 개의 패널을 제어하여 패키징 및 관련 비용을 절감한다. 일부 시스템은 두 개의 전체 마이크로 인버터를 하나의 상자에 배치하는 반면, 다른 시스템은 시스템의 MPPT 부분만 복제하고 단일 DC-AC 단계를 사용하여 추가 비용을 절감한다. 일부는 이러한 접근 방식이 마이크로 인버터를 스트링 인버터를 사용하는 것과 비슷한 비용으로 만들 것이라고 제안했다. 꾸준히 감소하는 가격, 듀얼 마이크로 인버터의 도입, 그리고 PV 모듈 출력과 더 밀접하게 일치하는 더 넓은 모델 선택의 출현으로 비용은 더 이상 장애물이 아니다.

마이크로 인버터는 어레이 크기가 작고 모든 패널의 성능을 최대화하는 것이 중요한 경우에 보편화되었다. 이러한 경우, 패널 수가 적기 때문에 와트당 가격 차이가 최소화되며 전체 시스템 비용에 미치는 영향이 거의 없다. 고정된 크기의 어레이에서 에너지 수확량의 개선은 이러한 비용 차이를 상쇄할 수 있다. 이러한 이유로 마이크로 인버터는 패널을 위한 제한된 공간이 어레이 크기를 제약하고, 인근 나무나 다른 물체로 인한 음영이 종종 문제되는 주거 시장에서 가장 성공적이었다. 마이크로 인버터 제조업체는 많은 설치 사례를 나열하는데, 일부는 단일 패널만큼 작고 대부분은 50개 미만이다.

마이크로 인버터의 종종 간과되는 단점은 미래의 운영 및 유지보수 비용과 관련이 있다는 것이다. 기술이 수년 동안 발전했지만, 장치가 결국 고장나거나 마모될 것이라는 사실은 변함없다. 설치업체는 이러한 교체 비용(트럭 출동당 약 400달러), 인력, 장비 및 모듈 랙킹에 대한 안전 위험 증가를 설치의 이윤과 비교하여 균형을 맞춰야 한다. 주택 소유자의 경우, 궁극적인 마모 또는 조기 장치 고장은 지붕 타일 또는 지붕 널에 대한 잠재적 손상, 재산 피해 및 기타 불편을 초래할 것이다.

 장점 
마이크로 인버터는 일반적으로 스트링 인버터보다 효율성이 낮지만, 각 인버터/패널 장치가 독립적으로 작동하기 때문에 전체 효율성이 증가한다. 스트링 구성에서 스트링에 있는 패널이 음영 처리되면, 전체 스트링 패널의 출력은 가장 낮은 생산 패널의 출력으로 감소한다. 마이크로 인버터의 경우에는 그렇지 않다.

또 다른 장점은 패널 출력 품질에서 찾을 수 있다. 동일한 생산 라인의 두 패널의 정격 출력은 10% 이상 차이가 날 수 있다. 이는 마이크로 인버터 구성에서는 완화되지만 스트링 구성에서는 그렇지 않다. 그 결과는 마이크로 인버터 어레이에서 최대 전력 수확이다.

마이크로 인버터 시스템은 전력 수요가 증가하거나 시간이 지남에 따라 감소할 때 더 쉽게 변경할 수 있다. 모든 태양광 패널과 마이크로 인버터는 그 자체로 작은 시스템이므로 어느 정도 독립적으로 작동한다. 이는 집이나 건물의 퓨즈된 전기 그룹이 한계를 초과하지 않는 한 하나 이상의 패널을 추가하면 더 많은 에너지를 제공할 뿐이라는 것을 의미한다. 반대로, 스트링 기반 인버터의 경우 인버터 크기는 패널 수 또는 최대 전력량에 따라야 한다. 미래 확장이 예상될 때 과도하게 큰 스트링 인버터를 선택하는 것도 가능하지만, 불확실한 미래를 위한 이러한 준비는 어떤 경우든 비용을 증가시킨다.

모니터링 및 유지보수도 더 쉽다. 많은 마이크로 인버터 생산자들이 장치의 전력 출력을 모니터링할 수 있는 앱이나 웹사이트를 제공하기 때문이다. 많은 경우 이들은 독점적이지만, 항상 그런 것은 아니다. 에네시스의 몰락과 그에 따른 사이트 폐쇄 이후, 에네시스 모니터링과 같은 여러 개인 사이트가 소유자가 시스템을 계속 모니터링할 수 있도록 생겨났다.

 3상 마이크로 인버터 
DC 전력을 AC로 효율적으로 변환하려면 인버터가 전력망의 AC 전압이 0에 가까울 때 패널에서 에너지를 저장한 다음 전압이 상승할 때 다시 방출해야 한다. 이는 작은 패키지 내에 상당한 양의 에너지 저장이 필요하다. 필요한 저장량에 대한 가장 저렴한 옵션은 전해 축전기이지만, 이들은 일반적으로 수년 단위로 측정되는 상대적으로 짧은 수명을 가지며, 지붕 태양광 패널처럼 뜨거운 환경에서 작동하면 수명이 더 짧아진다. 이는 마이크로 인버터 개발자들의 상당한 개발 노력으로 이어졌으며, 이들은 저장 요구 사항을 낮춘 다양한 변환 토폴로지를 도입했으며, 일부는 가능한 경우 훨씬 성능은 떨어지지만 수명이 훨씬 긴 박막 축전기를 사용한다.

3상전력은 문제에 대한 또 다른 해결책을 제시한다. 3상 회로에서 전력은 두 선 사이에서 (예를 들어) +120V에서 -120V 사이로 변동하는 것이 아니라 60V에서 +120V 또는 -60V에서 -120V 사이로 변동하며, 변동 기간이 훨씬 짧다. 3상 시스템에서 작동하도록 설계된 인버터는 훨씬 적은 저장 공간을 필요로 한다. 제로 전압 스위칭을 사용하는 3상 마이크로 인버터는 또한 더 높은 회로 밀도와 저렴한 구성 요소를 제공하면서 변환 효율을 일반적인 단상 최대 약 96%보다 우수한 98% 이상으로 향상시킬 수 있다.

하지만 3상 시스템은 일반적으로 산업 및 상업 환경에서만 볼 수 있다. 이러한 시장은 일반적으로 대규모 어레이를 설치하며, 가격 민감도가 가장 높다. 이론적인 장점에도 불구하고 3상 마이크로 인버터의 채택은 매우 낮은 것으로 보인다.

 휴대용 용도 
AC 마이크로 인버터가 장착된 접이식 태양광 패널은 랩톱과 일부 전기차량을 충전하는 데 사용할 수 있다.

 역사 
마이크로 인버터 개념은 태양광 산업의 시작부터 존재했다. 그러나 변압기나 인클로저 비용과 같은 제조의 고정 비용은 크기에 비례하여 유리하게 확장되었으며, 이는 더 큰 장치가 본질적으로 와트당 가격 측면에서 더 저렴하다는 것을 의미했다. ExelTech 및 기타 회사에서 소형 인버터를 사용할 수 있었지만, 이들은 단순히 대형 설계의 소형 버전으로 가격 성능이 좋지 않았으며 틈새 시장을 겨냥했다.

 초기 사례 
섬네일|right|1993년 출시된 마스터볼트의 선마스터 130S는 최초의 진정한 마이크로 인버터였다.
섬네일|right|또 다른 초기 마이크로 인버터, 1995년의 OK4E-100 – E는 유럽용, 100은 100와트를 의미한다.

1991년 미국 회사 Ascension Technology는 본질적으로 전통적인 인버터의 축소형 버전으로, 패널에 장착하여 AC 패널을 형성하도록 의도된 작업에 착수했다. 이 설계는 기존의 선형 레귤레이터를 기반으로 했으며, 이는 특히 효율적이지 않고 상당한 열을 발산한다. 1994년 그들은 샌디아 랩에 테스트용 예시를 보냈다. 1997년, Ascension은 미국 패널 회사 ASE Americas와 협력하여 300W SunSine 패널을 출시했다.

오늘날 "진정한" 마이크로 인버터로 인식되는 설계는 1980년대 후반 베르너 클라인카우프(Werner Kleinkauf)가 ISET(Institut für Solare Energieversorgungstechnik, 현재 프라운호퍼 풍력 에너지 및 에너지 시스템 기술 연구소)에서 수행한 연구로 거슬러 올라간다. 이 설계들은 최신 고주파 스위칭 전원 공급 기술을 기반으로 하며 훨씬 더 효율적이다. 그의 "모듈 통합 컨버터"에 대한 연구는 특히 유럽에서 매우 영향력이 있었다.

1993년 마스터볼트(Mastervolt)는 셸 솔라(Shell Solar), 에코피스(Ecofys), ECN의 협력 노력으로 개발된 최초의 계통연계형 인버터인 선마스터 130S(Sunmaster 130S)를 출시했다. 130은 패널 뒷면에 직접 장착하도록 설계되었으며, 압축 피팅을 사용하여 AC 및 DC 라인을 모두 연결했다. 2000년, 130은 AC 어댑터 형태의 마이크로 인버터인 솔라딘 120(Soladin 120)으로 대체되었으며, 이는 패널을 단순히 아무 콘센트에 꽂아 연결할 수 있도록 한다.

1995년, OKE-Services는 효율성을 향상시킨 새로운 고주파 버전을 설계했으며, 이는 1995년 NKF Kabel에 의해 OK4-100으로 상업적으로 출시되었고, 미국 판매용으로는 Trace Microsine으로 재브랜딩되었다. 새로운 버전인 OK4All은 효율성을 개선하고 작동 범위가 더 넓어졌다.

이러한 유망한 시작에도 불구하고, 2003년까지 대부분의 프로젝트가 종료되었다. Ascension Technology는 대형 통합 업체인 Applied Power Corporation에 인수되었다. APC는 2002년 쇼트에 인수되었고, 선샤인 생산은 쇼트의 기존 디자인을 선호하여 취소되었다. NKF는 보조금 프로그램이 종료되면서 2003년에 OK4 시리즈 생산을 중단했다. 마스터볼트는 120의 사용 편의성을 최대 600W 패널을 지원하도록 설계된 시스템에 결합한 "미니 인버터" 라인으로 전환했다.

 엔페이즈 
2001년 통신 산업 붕괴 이후 세렌트 코퍼레이션의 마틴 포나지(Martin Fornage)는 새로운 프로젝트를 찾고 있었다. 그의 목장 태양광 어레이의 스트링 인버터 성능이 저조한 것을 보고 그는 찾던 프로젝트를 발견했다. 2006년 그는 또 다른 세렌트 엔지니어인 라구 벨루르(Raghu Belur)와 함께 엔페이즈 에너지를 설립하고, 다음 해를 통신 설계 전문 지식을 인버터 문제에 적용하는 데 보냈다.

2008년에 출시된 엔페이즈 M175 모델은 최초의 상업적으로 성공적인 마이크로 인버터였다. 후속 모델인 M190은 2009년에 출시되었고, 최신 모델인 M215는 2011년에 출시되었다. 1억 달러의 사모펀드 지원을 받아 엔페이즈는 2010년 중반까지 시장 점유율 13%로 빠르게 성장했으며, 연말까지 20%를 목표로 했다. 2011년 초 50만 번째 인버터를 출하했고, 같은 해 9월에는 100만 번째 인버터를 출하했다. 2011년 초, 그들은 새로운 디자인의 리브랜딩된 버전이 지멘스에 의해 전기 계약자들에게 직접 판매되어 광범위하게 유통될 것이라고 발표했다.

엔페이즈는 에너지 오스트레일리아와 마이크로 인버터 기술 마케팅 계약을 체결했다.

 주요 업체 
엔페이즈의 성공은 눈에 띄지 않았고, 2010년 이후 수많은 경쟁자들이 등장했다가 대부분 사라졌다. 많은 제품이 사양에서 M190과 동일했으며, 심지어 케이스와 장착 세부 사항에서도 유사했다. 일부는 가격이나 성능 면에서 엔페이즈와 정면으로 경쟁하며 차별화했고, 다른 일부는 틈새 시장을 공략했다.

대기업들도 이 분야에 뛰어들었다: SMA, Enecsys, iEnergy.

OKE-Services의 업데이트된 OK4-All 제품은 2009년 SMA에 인수되어 긴 개발 기간을 거쳐 SunnyBoy 240으로 출시되었고, Power-One은 AURORA 250과 300을 출시했다. 2010년경의 다른 주요 업체로는 Enecsys와 솔라브리지 테크놀로지스가 있었는데, 특히 북미 시장 밖에서 활동했다. 2021년 현재, 미국에서 생산되는 유일한 마이크로 인버터는 Chilicon Power 제품이다. 2009년 이후 유럽에서 중국에 이르기까지 주요 중앙 인버터 제조업체를 포함한 여러 회사가 마이크로 인버터를 출시하여, 마이크로 인버터가 PV 산업의 최근 몇 년간 가장 큰 기술 변화 중 하나이자 확립된 기술임을 입증했다.

APsystems는 마이크로 인버터당 최대 4개의 태양광 모듈을 위한 인버터를 판매하고 있으며, AC 출력이 최대 1130와트인 3상 YC1000도 포함한다.

수년 동안 제조업체 수는 감소했으며, 이는 자연 감소와 통합을 통해 이루어졌다. 2019년 현재 남아 있는 몇 안 되는 업체로는 2021년에 SolarBridge를 인수한 엔페이즈, 옴닉 솔라(Omnik Solar) 및 칠리콘 파워(Chilicon Power, 2021년 7월 제네락에 인수됨)가 있다.

2021년 7월 현재, 마이크로 인버터 회사와 협력하여 AC 태양광 패널을 생산 및 판매하는 주요 PV 회사 목록에는 벤큐, 캐나디안 솔라, LG, NESL, 선파워, 샤프 솔라, 선텍, 지멘스, 트리나 솔라 및 Qcells가 포함되어 있다.

 시장 
2019년 현재 최첨단 태양광 컨버터의 변환 효율은 98%를 넘었다. 스트링 인버터는 주거용에서 중소형 상업용 PV 시스템에 사용되는 반면, 중앙 인버터는 대형 상업용 및 유틸리티 규모 시장을 담당한다. 중앙 및 스트링 인버터의 시장 점유율은 각각 약 36%와 61%이며, 마이크로 인버터는 2% 미만을 차지한다.

 가격 하락 
2009년에서 2012년 사이는 PV 시장에서 전례 없는 가격 하락을 포함했다. 이 기간 초기에 패널의 도매 가격은 일반적으로 와트당 2.00달러에서 2.50달러였고, 인버터는 와트당 50센트에서 65센트였다. 2012년 말에는 패널이 도매가로 65센트에서 70센트에 널리 판매되었고, 계통연계형 인버터는 와트당 30센트에서 35센트였다. 이에 비해 마이크로 인버터는 이러한 동일한 가격 하락에 상대적으로 영향을 받지 않았으며, 케이블링을 고려하면 와트당 약 65센트에서 50~55센트로 이동했다. 이는 공급업체가 경쟁력을 유지하려 함에 따라 손실이 확대될 수 있다.

 같이 보기 

 
 암페놀 커넥터
 충전 컨트롤러
 DC-DC 충전기
 디시디시컨버터
 계통연계형 인버터
 접속함
 MC4 커넥터
 나노 인버터
 독립형 전력 시스템
 오픈 소스 하드웨어
 인버터
 파워 옵티마이저
 개폐기
 싱크론버터
 3상 마이크로 인버터
 방수
 직비

 내용주 

 각주 
 
 
 
 Manufacturer's specification of YC1000 (for 4 modules) 

참고 문헌

 외부 링크 

 Model based control of photovoltaic inverter Simulation, description and working VisSim source code diagram
 Micro-inverters vs. Central Inverters: Is There a Clear Winner?, podcast debating the ups and downs of the microinverter approach.
 Design and Implementation of Three-phase Two-stage Grid-connected Module Integrated Converter
 A Review of the Single Phase Photovoltaic Module Integrated Converter Topologies with Three Different DC Link Configurations 
 ZVS BCM Current Controlled Three-Phase Micro-inverter
 APsystems microinverter YC1000-3 for 4 modules (900 Watt AC) 

분류:전력
분류:태양광 발전