PFC(Power Factor Correction)는 말 그대로 역률 개선 입니다.
교류전력과 직류전력의 차이, PF(역률)
직류회로에서는 전압(V)과 전류(I)를 곱하면 전력(W)이 됩니다. 교류회로에서는 전압과 전류의 곱을 피상전력이라 하고, 이에 역률(力率)을 곱해야 전력(유효전력)이 됩니다. 피상전력은 쓸 수 있는 유효전력과 무효전력으로 구분됩니다.
직류(DC)전력(W) = 전압(V) X 전류(I)
교류(AC)전력(W) = 전압(V) X 전류(I) X 역률(cos φ) ... 유효전력
교류(AC)전력(W) = 전압(V) X 전류(I) ...................... ... 피상전력
|
직류는 전압, 전류가 직선이기에 둘간의 위상차이가 없습니다. 그러나 교류는 웨이브 모양의 사인파 형태로 전압, 전류가 공급됩니다. 교류를 바로 열에너지로 사용하는 전열기, 백열전구에서는 역률이 거의 1(100%)에 가깝습니다. 그러나 전동기, 변압기와 같이 에너지를 자기적으로 저장하여 이용하는 장치나 콘덴서를 사용하여 전기를 저장하며 이용하는 장치에서는 역률이 저하합니다.
교류에서 전압, 전류간의 위상차이를 감안(역률)한 유효전력과 단순히 전압, 전률를 곱한 피상전력을 제(除)하면 역률이 나옵니다.
역률의 차이
두 종의 전기 스텐드를 보시면 쉽게 이해될 겁니다. 백열전구방식은 교류를 바로 열에너지로 바꾸는 것이고, 형광등은 안전기를 통해 저장, 안정 후 사용하는 방식입니다.
|
100W 백열전구 |
26W 형광등 |
 |
 |
|
AC입력 : 220V, PFC : 97.93%, 소비전력 : 100.5W |
AC입력 : 220V, PFC : 42.32%, 소비전력 : 22.9W |
역률 값이 좋으면 어떤 효과가 있을까요?
위에서 실제 사용하는 교류전력은 유효전력임을 알 수 있었습니다. 즉 유효전력 W = V(전압) x I(전류) x PF(역률) 입니다.
내 컴퓨터의 파워는 AC 450W가 필요하다고 가정하고 3가지 역률(100%, 80%, 50%)로 추정을 하겠습니다. 우리나라 AC 전압은 220V이기에 고정입니다.
450W = 220V x 전류 x 100%, 전류는 450/(220x1) 로 2.04A 가 필요합니다.
450W = 220V x 전류 x 80%, 전류는 450/(220x0.8) 로 2.55A 가 필요합니다.
450W = 220V x 전류 x 50%, 전류는 450/(220x0.5) 로 4.09A 가 필요합니다.
|
역률이 높은면 같은 유효전력을 만드는데 적은 전류량이 필요합니다.
역률의 수혜자
즉, 역률이 높으면 전류 값이 낮아지므로 한국전력 입장에서는 많은 이익이 발생합니다. 집 근처에 있는 같은 용량의 변압기도 더 많은 주택에 사용할 수 있도록 하고, 결과적으로 발전설비의 운용효율이 높아진다고 할 수 있습니다.
파워 입장에서는 역률이 높으면 콘덴서 등 입력부의 일부 부품 용량을 낮출 수 있습니다. 그러나 PFC회로 구성비용과 PFC회로의 발열 대책을 세워야하는 비용이 들어갑니다. 또한 스위칭 주파수를 높임으로 인한 또 다른 형태의 노이즈 대책도 세워야 합니다. 또한 회로가 늘었기에 이차적인 AC/DC 대비의 에너지 손실이 약간 증가하고, PFC 회로도 또 다른 고장요인중 하나로 추가되는 비용이 발생합니다.
가장 이익을 보는 것은 당연히 전기회사입니다. 전력이 공공재라면 당연히 국가와 국가의 구성원이 국민의 합의에 의해 그 비용과 이익을 최적화 시키는 조정을 하리라 생각합니다. 그러나 우리나라를 비롯한 대부분의 전기회사가 이미 사기업화되어 그 이익을 나누려하지 않습니다. PFC회로 비용을 보전해 주거나 전기요금에서 보상해 주는 제도가 우리나라에는 없습니다.
PFC방식의 파워의 전기요금이 낮지 않는 이유
매우 간단합니다. 우리나라 가정에 있는 적산전력계는 유효전력만을 계산하여 그 비용을 청구합니다.
유효전력(W) = 전압(V) X 전류(I) X 역률(cos φ)
역률이 낮으면 전류 값이 높아질 것이고, 역률이 높으면 전류 값은 낮아집니다. 그러나 항상 유효전력은 동일합니다. 따라서 전기요금은 항상 같습니다. 오히려 PFC회로로 2차적인 에너지 효율에 손실이 있다면 전기요금을 더 내야 할 지도 모릅니다. 물론 역률에 따른 보상 계약을 맺은 대형 공장, 건물은 예외입니다.
폴크스바겐의 소형차 루포는 3L로 100Km를 달린다고 합니다. 그러나 2005년에 단종됐습니다. 친환경자동차라고하는 도요타의 프리우스는 1L로 24Km를 갑니다. 연료겸용(하이브리드)방식임에도 루포보다 연비가 떨어집니다.
화석연료(석유, 천연가스, 석탄) 발전소는 탄소를 배출합니다. 원자력 발전소는 엄청난 냉각수를 사용하기에 근처 바다 환경을 파괴합니다. 화석연료 사용을 줄여 이산화 탄소배출을 줄이려 시도하지만 ... 절약만한 대책이 있을까요?
PFC 등의 여러 시도가 미래에 어떤 영향을 미칠지 모르겠습니다. PFC, 효율 좋게 만든 파워가 좋은 미래를 만드는 친환경 제품일지 의문입니다. 이 모든 것은 마케팅 컨셉일지도 모르겠습니다.
그러나 한 가지는 맞습니다. 적게 오래 사용하는 것... 어떤 회로를 채택하던 제대로 만들어 오래 사용할 수 있게 하여 반복 소비를 줄이겠습니다.
*출처 : amaxz.com |
인쇄하기