직접 매설형 태양광 케이블 공급업체로서 저는 설치자, 프로젝트 관리자, 심지어 대규모 태양광 어레이를 계획하고 있는 주택 소유자로부터 항상 다음과 같은 질문을 받습니다. 시간이 지남에 따라 이 케이블의 절연 저항이 어떻게 변합니까? 이는 단순한 기술적인 세부 사항이 아닙니다. 이 측정 기준은 시스템 신뢰성, 전력 손실 방지, 태양광 시스템의 일부 또는 전체를 중단시킬 수 있는 비용이 많이 드는 오류 방지를 위한 성패를 좌우합니다. 저는 이 분야에서 12년 동안 일하면서 재료, 설치 및 환경 조건의 작은 차이로 인해 한 케이블이 다른 케이블보다 수십 년 더 오래 지속될 수 있다는 것을 직접 목격했습니다. 시간이 지남에 따라 절연 저항에 실제로 어떤 일이 일어나는지, 그리고 [저희 회사 이름] 팀이 북미와 유럽 전역에서 프로젝트를 테스트하고 지원하면서 배운 내용을 분석해 보겠습니다.
먼저 기본 사항부터 시작해 보겠습니다. 절연 저항은 첫날에 확인하는 단순한 숫자가 아닙니다. 이는 케이블의 절연 재킷이 전도성 코어를 주변 토양, 습기 및 기타 요소로부터 얼마나 잘 분리하는지를 나타내는 척도입니다. 직접 매설 케이블의 경우 이는 협상할 수 없습니다. 옥상이나 도관에 장착된 케이블과 달리 땅에 직접 놓여 있고, 토양 화학 변화, 온도 변화, 몇 인치의 흙이라도 스며드는 UV 방사선, 매립, 압축 또는 작은 동물이나 굴착으로 인한 기계적 스트레스에 노출됩니다.
케이블이 새 제품인 경우 절연 저항은 매우 높습니다. 일반적으로 킬로미터당 수백만 메그옴(MΩ·km), 최대 10^10 MΩ·km 범위입니다. 그 이유는 재킷에 사용되는 폴리머 재료가 의도적으로 비전도성으로 설계되었으며, 물을 밀어내고 화학적 분해에 저항하는 긴밀한 분자 구조를 갖췄기 때문입니다. 그러나 여기에 문제가 있습니다. 높은 초기 저항은 그대로 유지되지 않습니다. 매일 땅속에서 단열재는 전기를 차단하는 능력을 약화시키는 느리고 눈에 보이지 않는 열화 과정을 겪고 있습니다.
직접 매립형 태양광 케이블의 '초기 수명'인 처음 5~10년에 대해 이야기해 보겠습니다. 이때 대부분의 절연 저항 손실이 발생하지만 품질 관리와 적절한 설치가 가장 큰 차이를 만드는 경우이기도 합니다. 저는 저렴하고 테스트되지 않은 케이블이 단 3년 만에 초기 저항의 50%까지 떨어지는 것을 본 반면, 여기의 프리미엄 TUV 승인 태양광 케이블은 10년 이상 동안 80% 이상을 유지합니다. 왜? 더 저렴한 케이블은 적절하게 경화되지 않은 가교 폴리에틸렌(XLPE)을 사용하거나 토양의 산이나 알칼리에 노출되면 더 빨리 분해되는 혼합물을 사용하여 재킷 재료의 모서리를 자르는 경우가 많습니다. 설치 중에도 날카로운 바위 위로 케이블을 끌거나 점토 함량이 높은 토양에 케이블을 묻어두면 재킷에 흠집이 생겨 습기가 스며들어 즉시 저항이 낮아지는 아주 작은 약점이 생길 수 있습니다.
설치자가 저지르는 일반적인 실수는 직접 매립 케이블을 도관용 일반 태양광 케이블과 혼동하는 것입니다. 이러한 케이블은 좋은 재킷을 가지고 있을 수 있지만 토양과 직접 접촉하도록 설계되지 않았습니다. 예를 들어 당사의 단일 코어 PV 케이블 라인은 토양 가스에 노출되어도 품질이 저하되지 않는 UV 방지 외부 레이어와 사소한 재킷 결함이 있어도 습기를 차단하는 방수 코어를 사용하여 직접 매설용으로 특별히 설계되었습니다. 자체 테스트에서 우리는 이 케이블을 모래, 점토, 양토의 세 가지 다른 토양 유형에 묻었고 5년 후 절연 저항이 초기 값의 75%인 것을 발견했습니다. 이는 표준 도관 태양광 케이블의 45%와 비교됩니다. 그 격차는 시간이 지날수록 더 커진다.
이제 중간기: 케이블 수명이 10~25년이 됩니다. 절연 저항 손실 속도가 느려지지만 열화 유형이 달라지는 경우입니다. 초기에는 수분 흡수와 약간의 재킷 손상으로 인해 저항이 떨어지지만, 중년에는 토양 화학 물질에 대한 장기간 노출과 온도 순환으로 인한 화학적 분해에 더 중점을 둡니다. 예를 들어, 토양에 황 화합물 수준이 높은 지역은 재킷의 폴리머 분자와 반응하여 전류가 누출되는 작은 전도성 경로를 생성할 수 있습니다. 겨울에는 -20°F에서 여름에는 120°F까지 변하는 온도로 인해 재킷이 팽창하고 수축하며 시간이 지남에 따라 더 많은 습기와 화학 물질이 유입되는 미세 균열이 발생합니다.
당사의 이중 절연 태양광 케이블은 장벽 역할을 하는 두 개의 XLPE 절연층을 사용하여 이러한 문제를 해결하도록 설계되었습니다. 외부 레이어는 화학적 분해에 저항하도록 제작되었으며, 내부 레이어는 물 침입에 대한 추가적인 보호 기능을 추가했습니다. EN 50618 준수(EU의 태양광 케이블에 대한 핵심 표준이며 북미에서 점점 더 요구되고 있음)를 위해 수행된 타사 테스트에서 이러한 이중 절연 케이블은 20년간의 시뮬레이션 노화 후 10^7MΩ·km의 절연 저항을 나타냈습니다. 이는 직접 매립 응용 분야의 최소 요구 사항인 10^5MΩ·km를 훨씬 웃도는 수치입니다. 이는 케이블과 관련된 주요 문제 없이 25년 이상 프로젝트를 실행할 수 있는 성능입니다.
25년이 넘는 마지막 단계에서는 케이블의 한계가 보이기 시작합니다. 절연 저항은 계속 떨어지지만 그 속도는 훨씬 느립니다. 30년이 지나도 잘 설치된 고품질 H1Z2Z2 K 케이블(가장 인기 있는 직접 매설 라인 중 하나)은 여전히 약 10^6 MΩ·km의 절연 저항을 유지합니다. 이는 안전한 작동을 위한 기준점을 훨씬 웃도는 수준이지만, 이 시점에서 재킷의 미세 균열이 충분히 축적되어 굴착이나 동물 활동으로 인한 손상이 있는 경우 짧은 시간 내에 저항이 급격히 떨어질 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그렇기 때문에 정기적인 검사가 매우 중요합니다. 특히 20년이 된 직접 매설 케이블의 경우 절연 저항 테스트를 5년마다 실시하는 것이 좋습니다.
잠깐만, 현실을 살펴보겠습니다. 이것은 단지 이론적인 과정이 아닙니다. 저는 두 개의 프로젝트를 나란히 보았습니다. 하나는 저렴한 직접 매립 케이블을 사용했고 다른 하나는 TUV 승인 태양광 케이블을 사용했습니다. 절연 저항이 너무 낮아진 8년 후에 예산 케이블을 파서 교체해야 했고, 프로젝트에 인건비와 재료비로 40,000달러가 소요되었습니다. 동시에 설치된 다른 케이블은 18년이 지난 후에도 여전히 견고하며 절연 저항 테스트 결과 초기 값의 82% 수준인 것으로 나타났습니다. 이것이 직접 매설용으로 제작된 케이블을 선택하는 것과 다른 응용 분야에서 용도를 변경한 케이블을 선택하는 것의 차이입니다.
많은 사람들이 케이블 자체보다 설치 조건이 더 큰 영향을 미치는지 묻습니다. 대답은 둘 다입니다. 아무리 좋은 케이블이라도 pH 수준이 권장 범위인 5.5~8.5 범위를 벗어나는 토양에 묻혀 있거나 트렌치가 너무 얕으면(깊이가 24인치 미만이어서 케이블이 더 많은 UV 및 온도 변화에 노출되는 경우) 조기에 파손됩니다. 반면, 중간 계층 케이블은 이상적인 조건, 즉 적절하게 트렌치를 파고 날카로운 암석으로부터 보호하기 위해 케이블 주위에 모래 층을 두르고 향후 굴착 손상을 방지하기 위해 명확하게 표시한 경우 20년 이상 지속될 수 있습니다.
종종 간과되는 또 다른 요소는 수분입니다. 직매설 케이블은 물에 견디도록 설계되어 있지만, 재킷이 손상되거나 끝 부분이 제대로 밀봉되지 않으면 지하수가 스며들어 이온 이동이 발생하여 절연 저항이 저하될 수 있습니다. 그렇기 때문에 당사의 모든 직접 매립 케이블에는 밀봉된 엔드 캡이 표준으로 제공됩니다. 열악한 환경을 위해 제작된 단일 코어 Pv 케이블 라인도 마찬가지입니다. 시간이 지남에 따라 큰 차이를 만드는 작은 추가 기능입니다.
설치자와 프로젝트 소유자는 비용을 절약하기 위해 가장 저렴한 케이블을 선택하려는 유혹을 느낍니다. 하지만 제가 이 업계에서 12년을 일해 본 결과 그것은 잘못된 경제입니다. 직접 매립형 태양광 케이블의 절연 저항은 시간이 지남에 따라 약간만 변하는 것이 아니라 프로젝트 가동 시간, 유지 관리 비용 및 장기 성능에 직접적인 영향을 미치는 방식으로 변합니다. EN 50618 표준에 따라 테스트되고 이중 절연 및 토양 노출용으로 설계된 재킷을 선택하면 단순히 케이블을 구입하는 것이 아니라 태양 전지판이 수십 년 동안 안정적으로 작동할 것이라는 마음의 평화를 얻게 됩니다.
새로운 직접 매설 태양광 프로젝트를 계획 중이거나 기존 어레이의 노후된 케이블을 교체하려는 경우, 당사 팀이 귀하의 환경과 예산에 적합한 제품을 선택할 수 있도록 도와드립니다. 우리는 애리조나의 모래 사막부터 독일의 점토가 많은 지역에 이르기까지 전 세계의 프로젝트에 참여해 왔으며 귀하의 토양, 기후 및 프로젝트 일정에 맞는 최고의 케이블을 추천해 드릴 수 있습니다. 절연 저항을 나중에 고려하지 마십시오. 지금 당사 팀에 연락하여 직접 매설 태양광 케이블 요구 사항에 대해 논의하십시오.
참고자료
- 국제전기기술위원회. (2019). IEC 60227: 정격 전압이 최대 450/750V인 폴리염화비닐 절연 케이블. 스위스 제네바: IEC.
- 유럽전기기술표준위원회. (2020). EN 50618: 태양 에너지 시스템에 사용되는 광전지(PV) 케이블. 벨기에 브뤼셀: CENELEC.
- 태양광 케이블 연구소. (2021). 직접 매립형 태양광 케이블 성능 표준 및 장기 신뢰성 테스트. 캘리포니아 주 샌프란시스코: 태양 에너지 산업 협회.
- 장, L., 그 외 여러분. (2018). 토양 환경에서 가교 폴리에틸렌 케이블의 장기간 절연 저항 저하. 유전체 및 전기 절연에 관한 IEEE 거래, 25(3), 987-994.
- 보험업자 연구소. (2020). UL 4703: 태양광 전선 및 케이블의 안전에 대한 표준입니다. 일리노이주 노스브룩: UL LLC.
