결론부터 씁니다. PID(전위유기열화) 대응용 야간 전위 보상 장치는 “밤에 켜고 낮에 끄는” 단순 타이머로 운영하면 안 됩니다. 이 장치는 밤에도 어레이에 대지 대비 전위를 인가해 충전부로 만드는 전원이기 때문에, 인버터 운전·절연 감시·정비 작업과 서로 배타적으로 동작하도록 인터락을 걸어야 합니다. 특히 새벽 전환 구간에서 보상 전압이 남은 채로 인버터 기동 전 절연 측정이 돌면 측정이 틀어지고, 지락이 있는 어레이에 보상 전압을 걸면 고장점으로 전류를 밀어 넣게 됩니다.
안전 인터락: 보상 장치는 전원으로 취급합니다
PID는 셀이 접지된 프레임에 대해 큰 음전위에 오래 놓일 때 누설 전류와 이온 이동으로 출력이 떨어지는 현상입니다. p형 결정질 모듈에서 스트링 음극 쪽 모듈부터 나타나는 경향이 있고, 고온·고습 조건에서 빨라집니다. 야간 보상은 밤 동안 반대 극성 전위를 걸어 이를 되돌리는 방식입니다. 장치가 전원이라는 점에서 아래 조건을 먼저 확인합니다.
- □ 비상정지(EMO)가 보상 장치 출력 접촉기를 하드와이어로 개방하는지 확인합니다. 인버터 EMO만 연결하고 보상 장치를 빠뜨리는 배선 누락이 흔합니다. PLC는 EMO 루프를 감시만 합니다.
- □ 인버터 교류측 연계 중(운전 중)에는 보상 장치 출력이 물리적으로 차단되는지 확인합니다. 인버터 자체 절연 감시와 충돌하지 않는지 제조사 조합 조건을 확인합니다.
- □ 절연 불량 또는 지락 경보가 있는 인버터 계통에는 보상 전압을 인가하지 않습니다.
- □ 접속반·인버터 문 열림 스위치와 정비 모드 선택 스위치가 보상 장치 인가를 막는지 확인합니다. “야간 = 무전압”이라는 작업자의 전제가 이 설비에서는 틀립니다.
- □ 현장 경고 표지에 “야간 전위 인가 설비”를 명시합니다.
PID 대책 방식 비교
| 방식 | 인버터 조건 | 절연 감시 영향 | 주의점 |
|---|---|---|---|
| 음극 기능접지 | 절연형 인버터 필요 | 어레이가 접지계로 바뀜 | 지락 검출 방식 재설계 |
| 주간 전위 오프셋 | 인버터 기능 또는 전용 장치 | 운전 중 대지 전위 변경 | 인버터 조합 인증 확인 |
| 야간 역전위 보상 | 인버터 정지 시간대만 사용 | 새벽 전환 구간 간섭 | 야간 충전부, 전환 순서 |
세 방식은 PID를 막는 원리보다 기존 보호 체계를 얼마나 건드리는지가 더 크게 다릅니다. 음극 접지는 한 번 설계를 바꾸면 끝나지만 지락 검출을 처음부터 다시 봐야 하고, 야간 보상은 기존 설계를 거의 건드리지 않는 대신 하루 두 번의 전환 구간을 인터락으로 관리해야 합니다. 기존 설비 개조라면 야간 보상이, 신규 설계라면 접지 방식 결정이 우선 검토 대상입니다.
전환 타임차트와 순서도
전제 조건이 설비마다 다르므로 동작 타임차트 기준으로 조건을 적습니다. 가정: 인버터는 일사량 기준으로 자동 기동·정지, 보상 장치는 PLC 허가 신호로만 출력.
- 저녁: 인버터 교류 차단기 개방 확인(DI) → 일사량 설정값 미만 30분 지속 → 절연 경보 없음 확인 → 보상 장치 허가 출력.
- 야간: 보상 장치 출력 전압·전류 감시. 누설 전류가 설정 상한을 넘으면 즉시 허가 해제하고 절연 불량 의심 경보를 냅니다.
- 새벽: 일사량 설정값 도달 또는 예정 기동 시각 30분 전 중 빠른 쪽에서 허가 해제.
- 허가 해제 후 보상 장치 출력 접촉기 개방 확인(DI)과 어레이 대지 전압 방전 대기 시간 경과를 확인한 뒤에만 인버터 기동 허가를 줍니다.
- 인버터 기동 전 절연 측정 결과를 기록합니다. 보상 운전 다음 날 측정값이 반복적으로 떨어지면 보상 장치 방전 경로 또는 해제 순서를 점검합니다.
PLC 로직 예시
(* IEC 61131-3 ST 의사코드 - PID 야간 전위 보상 장치 허가 인터락 *)
(* %I0.0 DI_EMO_LOOP_HEALTHY : EMO 하드와이어 루프 정상(1) - 감시 전용 *)
(* %I2.0 DI_INV_ACB_OPEN : 인버터 교류 차단기 개방(1) *)
(* %I2.1 DI_PIDB_CONTACTOR_OPEN : 보상 장치 출력 접촉기 개방(1) *)
(* %I2.2 DI_DOOR_OR_MAINT_MODE : 접속반/인버터 문 열림 또는 정비 모드(1) *)
(* %I2.3 DI_INV_ISO_FAULT : 인버터 절연 불량 경보(1) *)
(* %IW200 AI_IRRADIANCE_WM2 : 수평면 일사량(W/m2) *)
(* %IW202 AI_PIDB_LEAK_MA : 보상 장치 누설 전류(mA) *)
(* %Q2.0 DO_PIDB_ENABLE : 보상 장치 출력 허가 *)
(* %Q2.1 DO_INV_START_PERMIT : 인버터 기동 허가 *)
VAR CONSTANT G_NIGHT : INT := 5; I_LEAK_MAX : INT := 50; END_VAR
NIGHT_COND := (AI_IRRADIANCE_WM2 < G_NIGHT);
TON_NIGHT(IN := NIGHT_COND AND DI_INV_ACB_OPEN, PT := T#30M);
PIDB_OK := DI_EMO_LOOP_HEALTHY AND DI_INV_ACB_OPEN AND NOT DI_DOOR_OR_MAINT_MODE
AND NOT DI_INV_ISO_FAULT AND NOT LEAK_LATCH;
(* 누설 전류 상한 초과 시 래치, 수동 확인 후 해제 *)
IF DO_PIDB_ENABLE AND (AI_PIDB_LEAK_MA > I_LEAK_MAX) THEN
LEAK_LATCH := TRUE;
END_IF;
(* 새벽 해제: 일사량 상승 또는 예정 기동 30분 전 (DAWN_PRESTART는 시각 기반 플래그) *)
DO_PIDB_ENABLE := PIDB_OK AND TON_NIGHT.Q AND NOT DAWN_PRESTART;
(* 인버터 기동은 보상 장치 접촉기 개방 확인 + 방전 대기 10분 후에만 *)
TON_DISCH(IN := DI_PIDB_CONTACTOR_OPEN AND NOT DO_PIDB_ENABLE, PT := T#10M);
DO_INV_START_PERMIT := DI_EMO_LOOP_HEALTHY AND TON_DISCH.Q AND NOT DI_DOOR_OR_MAINT_MODE;일사량 기준 5 W/m2, 누설 상한 50 mA, 방전 대기 10분은 모두 예시값입니다. 방전 대기 시간은 보상 장치 출력단과 어레이 대지 정전용량에 따라 달라지므로, 시운전 때 해제 후 어레이 대지 전압이 떨어지는 시간을 실측해 여유를 두고 정합니다.
경계 조건
이 설계가 맞지 않는 경우가 있습니다. n형 모듈이나 박막 모듈은 PID가 나타나는 극성 조건이 p형과 다를 수 있으므로, 보상 극성과 전압은 모듈 제조사 권고를 먼저 확인해야 합니다. 극성을 잘못 걸면 보상이 아니라 열화 촉진이 됩니다. 또 이미 음극 기능접지로 설계된 설비에 야간 보상을 추가하면 두 대책이 서로 상쇄되거나 접지 경로로 전류가 흐르므로 병용하지 않습니다.
보상 운전 중 누설 전류 변동이 습도에 따른 것인지 절연 열화에 따른 것인지는 설비마다 다르므로 파형 분석 및 실측 요망입니다. 판단 기준은 하나입니다. 보상 장치의 허가 조건은 “밤인가”가 아니라 “인버터·정비·절연 상태가 모두 인가를 허용하는가”로 씁니다.
