PV시스템의 고장원인 및 사고사례 분석과 ETA를 적용한 전기화재 위험감소대책

국문 초록 (Abstract)

기후변화 대응, 미세먼지 저감, 원전 안전 등의 사회적 이슈 및 국제 원유가격의 변동에 따른 에너지 수급의 불안감, 더불어 에너지 고갈 문제 등에 따라 범세계적으로 환경과 관련된 각종 국제 기준이 강화되고 있으며 최근 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심과 투자가 빠른 속도로 늘어나고 있다. 국내에도 친환경적 에너지 개발 및 에너지 다원화가 절실히 요구되어 산업통상자원부에서는 ‘대체에너지 개발보급 및 이용보급 촉진법(신재생에너지법)’ 등 관련법 제정 등을 통하여 대체에너지 사업을 적극 지원하고 있는 상황이다.
이러한 에너지 전환 시대를 맞이하여 신재생에너지 보급 확대 방향으로 청정하며 거의 무한한 태양에너지를 이용한 태양광발전(Photovoltaic) 설비에 대한 설치 및 관심이 점차 높아지고 있는 실정이다.
이로 인하여 태양광 발전과 관련한 다양한 사고와 재해들이 발생되고 있다. 특히 태양광 발전설비 화재현황을 살펴보면 2010년에 불과 2건이던 것이 2011년∼2012년까지 2년간은 매년 7건씩 늘어났고, 2013년에는 11건, 2014년에는 전년대비 54.5% 증가한 17건으로 급증한 것으로 파악됐다.
PV 시스템에서의 전기화재의 증가는 다양한 원인이 있지만 그중에서 모듈별로의 사고와 환경적인 요소로 크게 나타나며, 모듈별로의 사고는 솔라셀(solar cell), 컨트롤박스(control box), 전력변환장치(PCS), 솔라케이블(Solar cable) 및 안전장치가 해당되며, 환경적 요소는 이들 모듈이 외부에 설치되어 있어 습도, 누수 등에 대한 녹이라든지 전기접속부의 접속불량 등이 발생된다.
국내에서의 PV 시스템에 대한 사고 분석은 환경 및 노후에 초점을 두고 있다. 이로 인하여 태양광 발전설비에 대한 전기화재에 대한 방지 및 대책이 이루어지지 않고 있다.
본 연구에서는 PV 시스템의 고장원인 및 사고사례를 기반으로 PV 시스템에서 발생 가능한 고장원인, 고장모드 및 고장영향을 분석하였고, 분석된 고장원인과 영향을 바탕으로 초기사상과 결과상황들 및 기본사상을 도출하였다. ETA을 통하여 사고요인들의 연쇄로 파악하였고, 최종적으로 안전관리방안을 제시하였다. PV 시스템의 고장원인은 에너지 출력감소 또는 출력이 없는 경우, 열화된 전력품질, 특정부분에 대한 손상, 화재 가능성 등 구성부품과 상관없이 공통적인 영향을 나타내었다. 이는 PV 시스템이 고장 및 사고 발생은 상호 연관관계가 있다고 확인하였다.
PV 모듈, PCS, 접지 고장에 대하여 ET 분석을 하였으며, 고장원인으로 발생 가능한 초기사상(19개)과 결과상황들(16개)를 도출하였다. 본 회로도의 초기사상과 결과상황들을 토대로 PV 시스템에서 발생할 수 있는 고장 및 사고상황들을 그려볼 수 있을 것으로 판단되며, PV 시스템의 PV 모듈(접속함), PCS 및 솔라케이블에 대한 재해감소방안을 제시하였으며, 이를 통하여 태양광발전시스템의 유지·관리 및 안전관리에 활용 할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구동향 4
• 3. 연구내용 및 방법 6
• Ⅱ. PV 시스템 개요 및 화재 통계 7
• 1. PV 시스템 개요 7
• 2. PV 시스템 화재통계 분석 11
• Ⅲ. PV 시스템의 고장원인 및 사고사례 분석 14
• 1. PV 시스템의 상호작용 14
• 2. 국외 고장원인 및 사고사례 16
• 3. 국내 고장원인 및 사고사례 27
• 4. PV 시스템의 고장원인에 대한 초기사상과 결과상황들 31
• Ⅳ. PV 시스템의 ETA 38
• 1. PV 시스템의 간략화 38
• 2. ETA 목적 및 방법 43
• 3. 구성 부품에 대한 고장률 44
• 4. PV 시스템의 화재 시나리오에 대한 ET 분석 46
• 5. PV 시스템의 재해감소 방안 54
• Ⅴ. 결론 56
• 참 고 문 헌 58
• 국 문 요 약 62