신재생에너지 인버터에 대해 (Enphase의 진입장벽)

*산업 전문가가 쓴 글이 아닙니다.

인버터에는 크게 두 종류가 있는 것 같다. (1) AC > DC (2) DC > AC

처음에 AC > DC 인버터의 개념도를 처음 보고 인버터라는게 별로 어렵지 않은 줄 알았다. 위아래로 파동이 반복되는 교류 전류를 (1) 다이오드를 통해 한 방향으로 정류해주고 (2) 캐패시터를 이용해 Smoothing을 해주면, 거의 직류에 가까운 파형이 만들어지는데 그 구조가 매우 단순하다. 그냥 아래와 같은 식. 

https://www.youtube.com/watch?v=iIqhAX0I7lI&list=WL&index=18

 

별 생각 안하고 DC에서 AC를 만드는 것도 비슷한 난이도라고 생각했다. 그런데 전혀 아닌 것 같다. AC를 DC로 바꾸는 것은 복잡한 형태를 단순하게 바꾸는 것이고, DC를 AC로 바꾸는 것은 단순한 것을 복잡한 형태로 바꾸는 것이다. 

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직류 전류의 연결 방향과 연결 주기를 빠르게 조절하여 AC 전류의 파형을 흉내 내는 것인데, 교류 > 직류가 미분이라면 직류 > 교류는 적분과 가까운 것 같다. 스위치를 빠르게 껐다 켰다 해야 하고, 파형의 파동을 조절해야 하고, 이 파동들을 적절하게 합성하기까지 해야 한다. 대충 교류를 흉내낼 수는 있지만, 부드러운 교류 파동을 만드는 것의 난이도는 크게 올라가는 것 같다. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=iIqhAX0I7lI&list=WL&index=18

 

이러한 단순한 주기 변화를 여러 전압 수준에 걸쳐서 합성하면 보다 부드러운 곡선을 만들 수 있게 되고, 이걸 Multilevel Inverter라고 한다고 한다. 곡선이 부드러울 수록 전력의 품질이 우수한 것이다. 아래 사진은 무려 13단계에 걸쳐 파형을 합성한다. 

 

https://www.researchgate.net/figure/a-Asymmetrical-thirteen-level-CHB-inverter-b-simulation-verification-of_fig1_309519473

 

물론, 이건 투입되는 직류 전류가 일정할 때의 이야기고, 태양광 패널과 같이 발생하는 직류 전류의 품질이 일정하지 않고, 전압의 변동이 커 변수가 많은 경우, 이 여러 파장들을 합쳐 부드러운 교류 파형을 만드는 것의 난이도는 매우 높을 것이다. 그래서 인버터라는 산업에 진입 장벽이 있는 것 같다. 특히나 이러한 인버터를 아주 작은 형태로, 저렴한 가격으로 만드는 것은 분명 경쟁력이다. 

 

Enphase의 인버터 (Envoy) Teardown 글을 보면, 내부를 확인할 수 있다. 위키피디아 등지에서 확인할 수 있는 대형 인버터는 우수한 교류 전류를 만들기 위해 엄청난 캐패시터와 소자들이 들어있는데, 이걸 이제 작은 사이즈로 저렴하게 만드는 것이 엔페이즈의 진입장벽일 것이다. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_inverter#/media/File:Sunny_Boy_3000.jpg

 

아래는 Enphase Envoy Teardown에서 볼 수 있는 내부 사진들. 

 

What is inside the Enphase Envoy-S (teardown)

https://thecomputerperson.wordpress.com/2018/08/18/what-is-inside-the-enphase-envoy-s-teardown/

 

해당 페이지에 가면 그 설명을 자세히 확인해 볼 수 있는데, 단순히 수동적으로 전류를 변환하는 것이 아니라 그때 그때 전류를 가장 효율적으로 바꿔야 하기 때문에 할 일이 많고, 텍사스인스투르먼츠의 프로세서와 자체 프로세서, 그리고 메모리 칩까지 들어가 있어야 한다. 

https://thecomputerperson.wordpress.com/2018/08/18/what-is-inside-the-enphase-envoy-s-teardown/

 

이제야 알아서 부끄럽지만, 여튼 산업 진입장벽이 있다는 건 어딜 가도 무시하면 안되는 것 같다. 단순히 생각할 때 쉬워 보인다고 무시하면 안된다.