[마더어스 제4호 여섯번째] 이동식 태양광 발전기
생명/생태/기후 - 마더어스뉴스 | 2020. 제26호
이동식 태양광 발전기
몇몇 농부들이 사용하지 않는 정원용 트레일러를 농장 곳곳에서 쓸 수 있는 이동식 전력원으로 탈바꿈하였습니다.
(글과 사진: 케리 W. 맨 주니어 / 번역 : 최경필)
지난 5년 간, 아내와 저는 농가 주위에 별채를 여러 채 짓고 다양한 프로젝트를 시도하였습니다. 처음에는 닭장을, 그 다음에는 온실, 정원, 개집, 심지어는 작은 아이스링크까지! 이 프로젝트들에는 한 가지 공통점이 있는데, 모두 전기가 필요하다는 것이지요. 우린 작은 휘발유 발전기를 이용했는데, 이 발전기는 돌릴 때 소리가 크고 비용이 많이 들었습니다. 그래서 더 지속가능한 선택지로써 이동식 태양광 발전기를 만들기로 결심했습니다.
저희가 가지고 있는 태양광 발전기는 어디든지 옮길 수 있는 115볼트 전원을 제공해줍니다. 오래된 정원용 트레일러를 이용해 발전기를 만들었기 때문에 ATV(사륜오토바이)에 연결해서 필요한 곳으로 이동할 수 있습니다. 지난 몇 달간 써본 결과 아무 문제 없이 잘 작동하였습니다.
지금까지, 우린 주로 개집에 전력을 공급하는데 이 발전기를 사용했습니다. 여기에는 전등 4개, 천장 선풍기, 라디오, 그리고 대형 환기팬이 달려있습니다. 첫 주에는, 태양 전지판이 햇빛을 충분히 받아들여 개집에 전력을 공급하고도 여분의 전기 0.5볼트를 저장하였습니다. 가능하면 농장에 있는 재료를 이용해 발전기를 만들려고 노력했어요. 저희는 정원용 트레일러, 짜투리 목재, 전선, 단열재를 이미 가지고 있었고, 운 좋게도 낡은 전기 스쿠터에서 12볼트 40암페어 배터리 4개를 구할 수 있었습니다. 태양 전지판 2장, 1600와트 역변환 장치, 그리고 충전제어기는 구매하였습니다.
1단계 : 배터리 상자 만들기
발전기의 토대로 오래된 정원용 트레일러를 사용했고, 배터리, 인버터, 그리고 전기 구성품을 담을 수 있게 나무로 상자를 만들었습니다. 이런 방식으로, 배터리 덮개와 패널을 부착할 단단한 바탕이 생기고, 트레일러의 벽도 보강되었습니다. (용접 기술이 있었더라면 철재를 이용하여 벽을 보강했을테지만, 우리에겐 목공이 더 적합하였습니다.) 트레일러의 옆면과 앞면에 맞게 2x6 판재를 자르고, 트레일러 철재 벽면 바깥에 직접 나사로 부착하여 상자를 만들었습니다. 판재가 만나는 모서리에서는 두 판재를 나사로 결합하였습니다. 다음으로, 트레일러의 윗면에 맞추어 합판을 자르고, 측면의 2x6 목재 중 한쪽에 경첩 2개를 이용하여 부착하였습니다. 이 경첩 덮개를 통해 배터리를 다룰 수 있습니다. 방부 처리된 목재나 합판을 사용하는 것이 이상적이지만, 우리는 가지고 있는 짜투리 나무를 사용하고 싶었기 때문에 사용된 나무 전부가 방부 처리 되지는 않았습니다. 대신에 우리는 제작이 끝나고 나서 플렉스 씰(Flex Seal)을 이용하여 나무를 방수 처리 하였습니다.
2단계 : 태양 전지판을 설치할 프레임 만들기
태양 전지판을 뒤집어, 패널 설치용 Z 브라켓이 달린 1x6 목재 두개로 패널의 뒤쪽에서 서로 연결했습니다. 브라켓은 각 패널의 바깥 모서리에 2개씩, 그리고 두 패널이 만나는 가운데에 2개가 달려있습니다. 그 다음에는 1x4 목재를 이용하여 패널의 4면에 프레임을 짰습니다. 먼저 태양 전지판에 설치된 1x6 목재 위에 직접 1x4 목재를 나사로 연결하고, 그 다음에는 양끝을 가로질러 1x4 목재를 부착하여 사각 프레임을 만들었습니다. 1x4 목재 하나는 안쪽 모서리에서 프레임의 대각 방향으로 설치하였습니다. 그 다음에는 합판 배터리 덮개에 2x4 목재 두 개를 덧대어 프레임을 지지해 주었는데, 짧은 나무는 덮개의 앞쪽에 그리고 긴 나무는 덮개의 뒷쪽에 부착하였습니다. 태양 전지판 프레임에 부착한 1x4 목재의 간격이 배터리 박스의 폭인 24인치보다 조금 더 넓어서, 여기에 맞게 2x4 목재는 옆으로 몇 인치 돌출되게 하였습니다. 그 다음에는 패널 프레임의 긴 면 한쪽에 경첩을 여러 개 달아, 합판 덮개 뒷쪽에 부착한 2x4 목재에 설치하였습니다. 이로써 합판으로 만든 배터리 덮개와, 그 위에 경첩 달린 태양 전지판 프레임이 이중 경첩 덮개를 이루었습니다. 짜투리 2x4 목재가 충분했더라면 전체 프레임을 2x4 목재로 만들었을 것입니다. 그러면 1x6와 1x4 목재를 쓸 필요가 없었을 겁니다.
3단계 : 전지판을 지지하는 경첩 브라켓 만들기
인터넷에서 “태양 전지판 각도 계산기”를 검색하면, 설치 위치와 시기에 따른 태양 전지판의 최적 각도를 결정하는데 도움이 됩니다. 단순하게 하기 위해서, 우리는 패널의 각도를 45도로 고정하기로 하였습니다. 태양 전지판을 지지하는 경첩 브라켓을 2x4 목재로 만들었습니다. 먼저 브라켓 다리를 만들기 위해, 패널을 약 45도로 위치한 다음, 그 높이만큼 2x4 목재 2개를 잘랐습니다. 이 다리 2개를 작은 경첩을 사용해 패널 프레임에 부착하였습니다. 그 다음에는 두 다리를 연결하는 가로대를 추가하여, 두 다리가 따로 움직이지 않고 한번에 움직이도록 하였습니다. 이 지지대를 설치하여, 이동할 때에는 패널을 트레일러 위에 납작하게 눕히고 충전할 때에는 세워서 태양광을 최대한 받아들일 수 있습니다.
4단계 : 배터리 박스 단열하기
우리가 사는 위스콘신은 겨울에 매우 춥기때문에, 배터리를 가능한 따뜻하게 유지하기 위해서는 발전기를 단열해야했습니다. 다른 프로젝트에서 사용하고 남은 2인치 폼단열재를 이용하여, 배터리 박스의 바닥, 옆면, 그리고 윗면 크기에 맞춰 잘라붙이고, 폼이 만나는 면에는 스프레이 폼 단열재를 이용하여 접착하였습니다. 그 다음에는 남은 1/4인치 합판을 단열재의 옆면 크기에 맞추어 잘라 나사로 결합하였습니다. 이 과정이 반드시 필요한 것은 아니지만, 늘어진 전선이 걸리적 거리지 않게 여기에 고정할 수 있습니다.
5단계 : 전선 연결
우리는 12볼트 시스템을 이용하였고 배터리 케이블로 배터리를 병렬 연결하였습니다. 이 말은, 각각의 양극은 다른 양극 단자에 연결하고, 모든 음극은 함께 연결하여 하나의 커다란 12볼트 배터리 뱅크를 만드는 것을 의미합니다. 배터리 뱅크가 1,600와트 용량의 인버터에 전기를 공급하고, 인버터는 12볼트를 115볼트로 변환합니다. 그 외의 모든 것들은 태양광 충전 제어기에 연결됩니다. 배터리 뱅크의 전선(양극과 음극)을 태양광 충전 제어기 중앙의 두 단자에 연결하였습니다. 연결할 위치가 제어기에 잘 표시되어있습니다. 배터리를 먼저 연결하고 패널을 연결하는 것이 중요하니 잊지 말아야 합니다. 다음으로, 태양광 연장 케이블을 이용하여 태양 전지판의 전선(양극과 음극)을 충전 제어기의 첫 두 단자에 연결하였습니다. 이때, 방수된 Y 분배 커넥터를 이용했는데, 각각의 패널에서 나온 전선들을 하나의 양극과 하나의 음극 전선으로 묶어 충전 컨트롤러에 연결하였습니다. 충전 제어기의 주요 기능 중의 하나는 배터리가 과충전되지 않도록 하는 것입니다. 기본적으로, 배터리가 만충되면 제어기가 전력을 차단하여 배터리가 과충전되지 않도록 보호해줍니다. 충전 제어기에는 “부하(load)”라는 또 다른 단자가 있습니다. 이 단자는 12볼트를 사용하는 제품에 전기를 공급합니다. 여기에 연결한 제품을 위한 전원 버튼이 있습니다. 우리는 7단계에 나온 트레일러의 외부의 12볼트 LED 전등에 이 단자를 이용하였습니다. 인버터에서 나오는 115볼트와는 달리, 이 전력은 충전 제어기를 통해 배터리 뱅크에서 직접 나옵니다.
6단계 : 방수와 페인트
우리가 사용한 목재 중 일부는 방부 처리 되지 않았기 때문에, 오래 동안 비바람에 견딜 수 있게 플렉스 씰(Flex Seal)을 이용하여 외부로 노출된 나무를 모두 방수 처리 하였습니다. 또 전체가 더 좋아보이게 트레일러와 바퀴허브에 페인트를 칠하였습니다.
7단계 : 외부 콘센트와 전등 연결하기
배터리 덮개를 열고 연장선을 인버터에 직접 연결할 수도 있었지만, 더 편리하게 연결하고 싶었기 때문에 트레일러의 외부에 방수 콘센트를 설치하였습니다. 콘센트 안쪽에 플러그의 전선을 연결하고 이 플러그를 인버터에 꽂았습니다. 12볼트 LED 전등도 콘센트 옆에 하나 추가하였습니다. 이 전등이 밤에 작업을 할 때 밝은 조명 역할을 해줍니다. 아내인 젠은 크리컷 기계(Cricut, 종이나 천 등을 원하는 모양으로 재단해 주는 기계)를 이용해 태양광 트레일러를 장식할 스티커를 만들었습니다. 우리 농장 이름으로 스티커를 하나 만들어서 트레일러의 뒷면에 붙였고, 양쪽에는 전압을 나타내는 심볼을 붙였습니다.
프로젝트의 전체 과정을 비디오로 촬영하였습니다. 구체적인 작업 과정은 www.YouTube.com/HomeSteadHow에서 확인할 수 있습니다.
[도구와 재료]
다음은 우리가 사용한 도구 목록과 목재 크기입니다. 각자의 프로젝트에 맞추어 약간의 조정이 필요할 것입니다.
• 드릴과 드릴날
• 2인치 길이의 목조주택용 나사
• 24x40x16인치 정원용 트레일러
• 10피트 길이의 2x6 목재
• 4x8 크기, 5⁄8인치 두께(약 16T)의 합판
• 경첩(6)
• 36x27x2.5인치 태양 전지판(2)
• 태양 전지판 부착용 Z 브라켓(6)
• 10피트 길이의 1x6 목재
• 10피트 길이의 1x4 목재(2)
• 16피트 길이의 2x4 목재
• 2인치 두께 폼보드 단열재
• 스프레이폼 단열재
• 1⁄4인치(약 6T) 합판 (선택)
• 12볼트, 40암페어 배터리 (4)
• 배터리 케이블
• 1,600와트 용량 인버터
• 태양광 충전 컨트롤러
• 태양광 Y 분배 커넥터
• 태양광 연장 케이블
• 플렉스 씰(Flex Seal)
• 페인트
• 방수 콘센트 덮개
• 6피트 길이의 12게이지 비금속 피복 전선
• 15 암페어 콘센트
• 15 암페어 코드
• 12볼트 LED 전등
[재단표]
2x6 목재:
• 40인치 길이의 옆면 (2)
• 24인치 길이의 앞면
1x4 목재:
• 57인치 길이의 태양 전지판 프레임 옆면 (2)
• 24인치 길이의 태양 전지판 프레임 앞면과 뒷면 (2)
• 54인치 길이의 가로대
1x6 목재:
• 57인치 길이의 태양 전지판 연결대 (2)
2x4 목재:
• 40인치 길이의 태양 전지판 프레임 앞 지지대
• 52인치 길이의 태양 전지판 프레임 뒤 지지대
• 24인치 길이의 다리 (2)
• 29인치 길이의 가로대
5/8인치 두께 합판:
• 24x40인치 크기의 사각 배터리 박스 덮개
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