■ 재생에너지 인프라 확대, 전류 센서 중요성 부각

탄소중립과 에너지 안보를 동시에 달성해야 하는 과제를 안고 있는 한국은 태양광, 풍력, ESS(에너지저장장치)를 중심으로 재생에너지 인프라를 빠르게 확대하고 있다.

이러한 변화 속에서 발전 저장 송배전 시스템의 안전성, 효율, 신뢰성을 동시에 확보하기 위한 핵심 요소로 전류 센서의 중요성이 더욱 부각되고 있다.

전류 센서는 단순히 전류를 ‘측정’하는 부품을 넘어, 시스템의 상태를 실시간으로 감지하고 보호 및 제어 기능을 가능하게 하는 핵심 인터페이스 역할을 수행한다.

특히 고전압 고전력 환경이 일반화된 한국의 재생에너지 설비에서는 정밀도와 절연 신뢰성을 동시에 만족하는 전류 센서 기술이 필수적이다.

■ 전류 센서 기술의 두 축: 전류 변압기와 홀 센서

재생에너지 시스템에서 가장 널리 사용되는 전류 센서는 전류변성기(CT, Current Transformer)와 홀 전류 센서(Hall-effect current sensor)가 있다.

전류변성기는 전자기 유도 원리를 이용해 1차 전류에 비례하는 2차 전류를 생성함으로써, 고전류를 안전하게 계측할 수 있는 구조를 갖는다.

구조가 단순하고 내구성이 뛰어나 송배전 및 대전류 환경에서 오랫동안 사용되어 왔다.

반면 홀 전류 센서는 소형화, 집적화, 디지털 친화성이라는 강점을 바탕으로 최근 태양광 인버터, ESS, 전기차 충전 인프라 등 한국 시장의 최신 전력전자 시스템에서 빠르게 채택되고 있다.

이 방식은 칩 내부의 홀 소자를 통해 전류가 만들어내는 자기장을 직접 감지하며, 아날로그 또는 디지털 형태의 출력 신호를 제공한다.

전기적 노이즈에 강하며, 넓은 전류 범위에서도 높은 정확도를 유지할 수 있다는 점이 큰 장점이다.

■ 재생에너지 시스템에서 전류 센서의 핵심 기능

1. 실시간 모니터링과 제어
태양광 발전 시스템에서는 각 패널 또는 스트링의 출력 전류와 계통으로 유입되는 전체 전류를 지속적으로 모니터링 해야 한다.

이 과정에서 MPS 홀 전류 센서인 MCS1823과 같은 소형 고정밀 솔루션은 제한된 공간에서도 정확한 전류 정보를 제공함으로써 시스템이 즉각적으로 동작 조건을 조정하고 최적의 운전 상태를 유지하도록 돕는다.

이러한 실시간 데이터는 발전 효율을 극대화하는 동시에, 시스템이 설계 범위 내에서 안전하게 작동하도록 돕는 중요한 역할을 한다.

 

2. 안전 확보 및 시스템 보호
과전류 상태는 인버터, 배터리, 전력 변환 장치에 손상을 유발할 수 있으며, 동시에 화재나 설비 고장과 같은 안전 문제로 이어질 수 있다.

이러한 위험을 방지하기 위해 시스템은 전류 이상 상태를 신속하게 감지하고, 차단 스위치나 보호 회로를 통해 즉각적으로 대응한다.

이와 같은 용도에서 MPS의 홀 전류 센서인 MCS1823과 같은 솔루션은 과전류 상황을 빠르게 인지하여 보호 기능을 동작시키는 데 기여하며, 재생에너지 시스템의 신뢰성과 내구성을 확보하는데 중요한 역할을 한다.

3. MPPT(Maximum Power Point Tracking) 구현의 핵심
태양광 시스템의 효율을 좌우하는 MPPT 알고리즘은 전압과 전류의 정밀한 측정을 전제로 한다.

태양광 패널은 전압 전류 조합에 따라 출력 전력이 달라지며, 이 중 최대 전력을 얻을 수 있는 지점(MPP)을 지속적으로 추적해야 한다.

이 과정에서 고정밀 전류 센서는 부하 임피던스를 최적 지점으로 유도하는 핵심 데이터 소스를 제공한다.

■ 재생에너지 분야별 전류 센서 적용 사례

○ 태양광 발전 시스템
한국의 주택용 산업용 태양광 인버터에서는 고전압 DC와 AC가 공존한다. 이때 홀 전류 센서는 고측, 저측, 또는 상(Phase) 전류 측정에 사용되며, 충분한 절연 거리를 확보해야 한다.

이러한 환경에서 MPS의 홀 전류 센서인 MCS1806과 같은 소형 고전력 솔루션은 제한된 PCB 공간에서도 안정적인 전류 측정을 가능하게 하여 태양광 인버터 설계의 유연성을 높여준다.
 

○ 풍력발전 시스템
풍력 터빈은 발전기 출력 전류를 실시간으로 감시하여 풍속 변화에 맞춰 블레이드 각도나 발전 조건을 최적화한다.

이때 홀 전류 센서는 정밀한 피드백 제어를 가능케 하는 핵심 요소로서 대규모 풍력 단지의 안정적 운용을 뒷받침한다.

○ 수력 조력 발전 시스템
수력 및 주력 발전에서도 발전기 출력 전류를 정밀하게 모니터링함으로써 수문 제어, 터빈 방향 조정 등 실시간 최적 운전을 가능하게 한다.

장시간 안정적인 동작과 높은 신뢰성이 요구되는 분야인 만큼, 전류 센서의 역할은 더욱 중요하다.

■ 홀 전류 센서, 재생에너지 핵심 기술

홀 전류 센서는 재생에너지 시스템에서 단순한 보조 부품이 아니라, 효율 안전 지능화를 동시에 실현하는 핵심 기술 요소다.

특히 한국처럼 고밀도 전력전자 설계와 엄격한 안전 기준이 공존하는 시장에서는 고정밀 고신뢰 전류 센서의 중요성이 더욱 커지고 있다. 

재생에너지 기술이 고도화될수록, 이를 뒷받침하는 전류 센서와 전력 관리 IC의 역할은 더욱 확대될 것이다.

눈에 잘 띄지는 않지만, 이들은 분명 재생에너지 혁신을 가능하게 하는 숨은 주역이다.

※ 기고자
김선민 기술지원 이사는 MPS(Monolithic Power Systems)에서 기술지원을 담당하고 있으며, 산업용 및 컨슈머용 제품 지원에 집중하고 있다. 특히 산업용 어플리케이션에서 요구하는 정밀 제어 및 센싱, 전력 변환 및 관리분야에서 15년 이상 경험을 쌓아온 엔지니어다.