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내 집 전체 전기를 저장하려면 얼마나 큰 태양광 배터리가 필요할까?

 (shkspr.mobi)
1P by GN⁺ 10시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 런던 교외의 평범한 가정에서 연간 3,800kWh의 발전량과 동일한 소비량을 기록함
  • 계절별로 여유 전기와 부족 전기가 발생하기 때문에, 연간 자급자족을 위해서는 거대한 배터리가 필요함
  • 하루 데이터 기준 실제로 9.7kWh 사용에 19.6kWh 발전이지만, 소비 시점이 발전 시점과 달라 13kWh 배터리가 요구됨
  • 1년치 실제 계측 데이터를 분석한 결과, 여름 여분을 겨울에 쓰기 위해 약 1,068kWh(MWh) 용량이 필요함
  • 현실적으로 개인이 이만한 대용량 배터리를 설치하는 것은 기술적·경제적으로 비현실적이고, 오히려 효율적 설계와 배터리 가격 감소가 중요한 이슈임

집 전체 전기를 저장하기 위해 필요한 태양광 배터리 용량 분석

개요

  • 런던 교외의 보통 주택에 설치된 소규모 태양광 패널에서 출발한 실제 사례임
  • 연평균 3,800kWh를 발전하며, 가정에서 연평균 3,800kWh를 동일하게 소비함
  • 하지만 모든 전기를 동시에 사용하지 않아 계절에 따라 잉여 전기는 여름에 발생하고, 겨울에는 전기 구매가 필요함
  • 목표는 완전한 에너지 자급자족을 위해 필요한 배터리 용량을 계산하는 것임

여름 하루의 전력 흐름

  • 그래프:
    • 노란선: 태양광 발전량 (일출 후 증가, 정오에 최대, 일몰까지 감소)
    • 빨간선: 가정의 소비 전력 (저녁 7시 요리 시간에 큰 피크 발생)
    • 파란선: 그리드(외부 전력망) 사용/공급 (일출 전엔 수입, 이후엔 공급도 가능, 저녁엔 소비 증가)
  • 실제 측정 데이터(일부 시점의 소비W/발전W)로 전력 잉여 또는 부족 여부를 계산함
  • 어느 여름 하루에는 가정에서 9.7kWh를 사용, 19.6kWh를 발전하여, 겉보기로는 9.9kWh 배터리면 충분해 보임
  • 실제론 소비 패턴과 발전 패턴이 달라, 최대 동시 저장 필요치가 13kWh에 달함

1년치 누적 데이터 분석

  • 3월 말~익년 3월 말 기준, 봄부터 발전이 소비를 초과하며 잉여 전력이 누적됨
  • Python 코드로 각 일자의 발전/소비 누적 차이를 계산, 전체 배터리 필요 용량을 도출함
  • 연간 누적 최대치는 1,068kWh (1MWh) 에 이르며, 이는 가정용 배터리로는 매우 대용량임
  • 중간중간 날씨·소비 변동 때문에 일부 시점에는 여전히 외부 전력망 필요함

현실과 한계

  • 분석은 일상 생활을 반영하는 개별 데이터에 근거
  • 전기차 부담, 가스에서 전기로의 전환 등 변수가 실제 필요 용량에 영향을 끼침
  • 현재 기술로는 가정용 수준에서 1MWh급의 배터리 설치는 비현실적임
  • 환경 영향, 배터리 효율성, 여유 용량 활용도 등 다양한 실용적 문제가 존재함
  • 오히려 패널 업그레이드, 저장 효율 개선, 그리드 분산 전원 활용 등이 더 합리적 해결책에 가까움

경제성 및 미래 전망

  • 현 시점에서 1MWh 배터리 구축에는 10만~50만 파운드의 비용이 필요함
  • 유지비, 공간, 각종 인허가 추가 비용 발생
  • 다행히도 최근 리튬이온 배터리 가격이 10년 새 90% 하락했으며, 나트륨이온 배터리 등 신기술은 더 빠른 가격 하락을 예고함
  • 향후 가정 배터리 비용이 대략 8,000파운드까지 내려갈 수 있음
  • 분산 태양광+배터리는 비용 절감, 에너지 자립, 부지 논란 최소화 등의 장점을 가짐

결론

  • 현재로서는 집마다 1MWh급 배터리 보유는 실현 가능성 낮음
  • 그러나 기술 혁신과 가격 하락을 감안하면 태양광+대용량 배터리에 기반한 자급자족형 주택이 머지 않은 미래에 보급될 가능성 있음
  • 가정용 태양광 시스템은 영국의 날씨에서도 충분한 효과와 경제성을 제공함
  • 모든 주택이 연간 생산·소비 잉여까지 자체 저장하는 "밝고 태양찬란한 미래"가 현실이 될 수 있음
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GN⁺ 10시간전  [-]
Hacker News 의견

  • 나는 Tesla 시스템에 3개의 배터리를 두고, 설치 당시 Tesla 엔지니어링팀의 권고를 거스르고 지붕 서쪽에 8kw의 패널을 추가하고자 강하게 주장했음. 동쪽면의 효율이 74%, 서쪽면은 72%로 약간 떨어지지만, 시간별 과거 사용량을 모델링해보니 배터리를 주로 저녁에 소진하게 됨을 확인했음. 내가 원하는 것은 매일이 아니라 시간대별 발전량 최적화였음. 결과적으로 14kw 패널과 3개의 배터리 덕분에 연중 9개월은 완전히 오프그리드 생활을 하고 있음. 겨울에는 눈이 7피트까지 오고 집 주변에 매우 큰 나무들이 많지만, 실사용 기반으로 구성하면 효과가 정말 크다고 생각함. 일일 평균 수치로만 시스템을 설계하는 경우가 많은데, 실제 사용 패턴을 기반으로 해야 함을 강조하고 싶음. 만약 전력회사에서 과잉 생산분에 충분한 크레딧을 준다면 얘기가 달라지겠지만, 현실에서는 대부분의 이익을 전력회사가 챙겨가기 때문에 신중히 판단해야 한다고 조언하고 싶음

    • 우리도 Hipaniola 섬에서 100KW 마이크로그리드를 운영 중인데, 대부분의 패널을 겨울 오후 햇빛에 최적화해서 두거나 하늘에 랜덤 방향으로 배치함. 랜덤 배치가 남쪽 12도 고정 설정보다 오히려 더 많은 전력을 생산하는데, 우리가 원하는 순간적 고강도 빛은 오버캐스트 상황이나 고지대 구름에 따라 하늘의 각 위치별로 분포가 지속적으로 달라지기 때문임. 또한 남쪽 각도로 두면 패널 일부가 산을 바라보게 되어 채광이 줄어듦. 조언을 하자면, 가능한 한 넉넉하게 패널을 설치해야 한다고 생각함. 우리는 3시간의 햇빛만으로 농장과 6가구의 배터리 완충이 가능하고, 흐린 날에도 충분히 생산함. 연간 약 60일은 발전기를 추가로 쓰긴 하지만, 그 정도 연료(연 300갤런)로 소규모 농장과 6가구가 전기 문제 없이 지내고 있음

    • Powerwall 시스템은 배터리 충전을 최우선 순위로 처리함. 하루 종일 발전한 전기를 세 개의 배터리에 채우는 데 소요될 텐데, 그렇다면 시간대별 저장량 최적화에 기반한 모델을 왜 선택하지 않았는지 궁금함. 74% 효율이 72%보다 생산 총량에서 더 크게 나타나지 않을까 생각함

    • 실제 1달러의 전기 생산 수익이 발생하는 경우는 동시간대, 동일장소에서 판매 및 구매가 동시에 이뤄질 때뿐임. 공정한 가격은 그 시점의 시장가에서 송전 및 판매 비용, 공급 증가로 인한 시장가 하락분을 반영해야 함. 국가에 따라, 전기 판매일과 구매일의 가격 차이가 클 수 있음. 유럽에서는 시장 가격이 종종 마이너스가 되기도 하니, 과잉생산이 전력회사에도 득이 되지 않을 수 있음

    • 우리 집은 지붕이 작아서 1/3 패널을 동, 1/3을 서, 1/3을 남쪽에 설치함. 이론적으로 지붕이 충분히 크면 전부 남향이 유리할 수 있으나, PG&E에서 계속 피크 타임을 조정하다보니 오후 발전량이 더 크레딧이 됨. 그래서 하우스 증축 시에는 대부분의 패널을 서쪽에 둘 예정임. 앞으로 에어컨을 추가할 계획이어서, 피크 수요 시간대 대응에도 좋을 것으로 기대함

    • 나도 주변에 큰 나무가 많은 상황임. 그림자 계산할 때 SunCalc 유용하게 활용했음. 연중 서로 다른 시점의 그림자 길이를 보면서 놀라움을 느낌

  • 여전히 Factorio 유저들을 괴롭히는 질문: Optimal ratio 위키 문서

  • 여름에 저장한 에너지를 겨울까지 쓰는 방식은 정말 비효율적임. 차라리 태양광 패널을 크게 오버프로비저닝해서, 겨울 평균에도 충분한 에너지가 공급되도록 하는 것이 경제적임. 다만, 뜬구름 낀 날을 대비해 2주 정도 배터리만 있으면 됨. 문제는 일반 주택 지붕에 그 큰 패널이나 1MWh 배터리를 설치할 공간이 부족하다는 점임

    • 오프그리드가 정말 필요하다면, 혹한·흐림·눈 내리는 겨울에는 결국 화석연료 발전기가 필요함. 그 외엔 그냥 그리드 이용하면 충분하다고 생각함

    • 나도 캘리포니아 내륙 오프그리드 생활 중인데, 패널이 에어컨을 햇빛이 뜨는 동안 계속 구동할 만큼 크지만 겨울엔 가스 온풍기 송풍기만 겨우 돌릴 정도임. 5kW 패널과 24kWh 배터리로 집(1300제곱피트) 여름 내내 잘 지내지만, 겨울엔 두껍고 오래 비오는 날들이 이어지면 배터리가 바닥나서 발전기로 충전함. 여름의 솜털구름은 괜찮으나 겨울 폭우 구름은 패널 전체 성능을 200W 냉장고도 못 돌릴 만큼 떨어뜨림

    • 1MWh 배터리도 실제로는 그렇게 크지 않음. 요즘 전기트럭에 600kWh짜리 배터리도 들어가고, 이것만 해도 지하실 한 켠에 충분히 들어감

    • 계절 단위로 전기를 저장하는 것은 현실적으로 어렵지만, 열로는 가능함. 여름 저렴한 전기로 열을 만들어 현무암에 저장하는 방식이 네덜란드 주거 단지 등에서 이미 운영 중임 관련 링크1
      관련 위키

    • 나도 이런 식으로 했음. 연간 6000kWh 쓰는 하우스를 90kWp 태양광으로 돌리고 있음. 비싼 배터리보단 대규모 태양광 패널 증설이 훨씬 저렴했음(총 €90,000). 설치와 인버터는 직접 시공하고, AC 작업만 전기기사 불렀음

  • LFP와 Sodium-ion 배터리는 곧 5000사이클 이상 수명을 보장할 것으로 기대하고 있음(이미 나왔을 수도 있음). 하루에 한 번 완방전해도 15년 이상 충분히 쓸 수 있는데, 캘린더 열화가 더 빠를 수도 있다고 봄. 사이클 수명이 높을수록 저장단가(LCOE)가 떨어지고, 이게 더 핵심임. 긴 시기 대비를 위해서는 연간 1~2주 단기 돌릴 디젤 발전기 같은 장기 예비 시스템이 이상적임. V2G와 3일 백업, 가정 저전력 긴급모드까지 있으면 더 나을 것으로 봄. 겨울 부하에 맞게 태양광을 최대한 크게 설치하는 것도 이상적임. 배터리가 원가상승 요인은 아닌 듯함

    • 햇빛이 적은 곳이 아니라면, 장기 예비로 디젤 발전기 마련하는 것보다는 휴전 전환 스위치가 있는 적정규모 태양광 시스템이 더 낫다고 봄. 시스템만 맞게 구축하면, 정전 중에도 낮에 배터리 재충전하며 오프그리드로 장기간 운영 가능함. 디젤 발전기는 매년 누적되는 유지비가 부담스럽고, 정상 운용 시에는 이득이 전혀 없음. 태양광은 평소에도 전기요금 저감에 기여하거나 수익 창출도 가능함. 단, 매우 어두운 지역이라면 이 논리는 한계가 있음. 또, 전기소비량 차이가 가정마다 극도로 큼(특히 냉난방), 이것도 주요 변수임

    • 장기 예비 전원으로는 LNG/프로판 등이 디젤보다 훨씬 우수함. 정기적 사용 시 CH4 연료 발전기는 내부에 찌꺼기가 적게 쌓이고, 액체연료는 더럽고 오래되면 못 씀. 디젤은 비용을 감당할 수 있는 경우만 쓸 가치가 있음

    • LFP는 8천~1만2천 사이클, Sodium-ion은 1만5천~2만으로 예상됨. 이는 제조사 보증과 많은 출처에서 확인 가능함
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    • 이 글은 실제로 1MW 배터리의 1년짜리 싸이클의 예를 들어 결론을 냄. 저녁 이후에도 어느 정도 방전이 남지만, 1MW 중 몇 kWh 수준이면 아주 미미함. 순전히 사이클 수명만 보면 5천 싸이클이면 5천년은 버틴다는 얘기임(용량이 0.8MW로 줄기 전까지). 여러 의견처럼 화학적 안정성이 계속 좋아지고 있으니, 요즘 5천 싸이클이면 적은 편임

  • 나는 미국 남서부의 오프그리드 하우스에 살고 있는데, 태양광 4kW와 배터리 43kWh로 100% 요구를 충족함(에어컨 포함). 최근엔 UL 인증된 배터리 43kWh가 배송·세금 포함 $5,400임. 이 정도면 대다수 지역에서 매우 경제적임. Tesla Powerwall 등 일부 품목의 가격은 터무니없이 높다고 생각함. 물론, 전체 설치에는 랙·케이블·부스바·차단기 등 부자재가 들어가지만, 내가 말하는 가격은 BMS가 포함된 배터리 박스 단가임

    • 저장 용량 대비 생산 전력의 비중이 너무 작은 것 같은데, 혹시 하루 소비량이 10~15kWh 수준이고 혹한 대비로 배터리를 오버사이징한 건지 궁금함. 맞는지 다시 확인해 달라는 의미임

    • UL 인증 43kWh 배터리를 $5,400에 구매할 수 있는 공급처를 알면 꼭 알려 달라는 요청임

    • 방금 언급한 그 배터리는 어떤 제품인지 궁금함

    • 배송 포함 $5,400 UL 인증 배터리라고 했는데, 설치는 직접(DIY) 하는지, 시공 비용 등은 별도인지 물어봄

    • 내가 살펴본 비슷한 시스템은 여기 언급한 것보다 가격이 두 배나 높고 용량은 절반임. 어떤 브랜드와 모델인지 매우 궁금해함

  • 비용만 맞추고자 한다면, 대형 패널과 TOU(시간대별 요금제)를 조합할 때 필요한 배터리가 훨씬 작아짐. 나는 3대의 EV, 12.8kWp 패널, 10kWh 배터리 조합으로 TOU(야간 7p/kWh, 일반 27p/kWh) 활용 및 계절별 초과 전력 판매(15p/kWh)로 전기요금이 마이너스임. 에너지 생산이 재생에 집중되면 수치가 달라질 수 있지만, 현재 상황에선 예정보다 훨씬 빨리 손익분기에 도달할 예정임

    • 재생에너지 활성화가 중심인 곳이 아닌 게 분명해보임. 미국에선 오히려 재생에너지가 문제라고 취급하고 있음. 행정부가 주택용 태양광/EV 보조금 환수 계책을 곧 들고 나올지도 모름. 어차피 세금 감면분도 마련해야 하니 말임

    • 나도 이런 계산을 해보려다 에너지 기업에서 이런 도구가 없어서 직접 계산기를 만들어봤음

    • 영국에서 이런 셋업은 꽤 대단하다고 봄. 나는 절약형으로 전기 자전거와 기차만 쓰는데, 스코틀랜드 기차는 풍력 발전도 쓰니 괜찮다 생각했음. 그런데 계산 결과 전기요금이 기본요금보다도 낮음에도, 총지출상으로는 본인보다 많이 내고 있음. 기차요금이 더 비싸기도 하고, 최근 보상으로 평균 £100 이하로 왕복 잘 다니고 있지만, 나도 인생 선택을 다시 고민하게 됨. 절약 노선이 오히려 손해인지 의문임. 피드인 타리프나 정부 보조도 이제 힘들어진 지 오래라서, EV가 훨씬 이득임을 뒤늦게 실감함

  • 단기적으론 저녁 피크용으로 5kWh 버퍼 배터리만 놔도 충분하다고 생각함. 나도 처음에는 완전 오프그리드 이전에 이런 식으로 시작했었고, 전기요금 70%가 고정비였고 잉여 전기는 보상도 안 해주길래 결심했음. 만약 '무료 그리드 연결' 같은 제도가 입법된다면, 내일 10kWh '에너지 입금'하고 미래에 5kWh로 크레딧 받는 구조가 가능하다고 생각함. 이런 제도라면 태양광 발전 수요가 훨씬 늘 거라고 봄

    • 에너지 시장가격이 가장 낮을 때 10kWh를 투입해도, 피크시 5kWh로 인정 받긴 어려움. 실제론 0.1~1kWh 수준임. 현재 내 지역 모델은 국가가 그리드 안정성을 떠안고, 그 대가로 고정요금과 세금을 징수함. 잉여 생산에 크레딧을 주는 건 정부 입장에서 결국 보조금과 다름없음

    • 교외 주택이 초과전력을 생산할 경우, 1인당 그리드 유지비가 엄청나게 높아짐(거리로 인해). 네 방식이 도입되면 교외 주택 소유자가 아파트 입주민 부담으로 그리드 연결을 보조받는 결과임. 초기 보조금 정책들은 전력회사 관점이 아닌 정치적 관점에서 나온 거라, 개인에겐 과도한 환상을 줬음. 실상 전기는 저렴해도, 인프라는 비쌈. 결국 자가 소비를 최대화하고, 부족분만 페이하는 식이 타당함

    • '순계량제(net metering)' 또는 NEM 제도를 찾아보면, 여러 나라에서 이미 시행 중임

  • 더 큰 배터리보다, 겨울 대비 패널을 추가 설치하고 남은 기간 초과발전을 버리는 게 낫지 않나 생각함. 하지만 실제로는 2주 정도 저장이 현실적일 수 있음. 가격이 자주 바뀌니 그때그때 다시 계산하고 시스템 상태 보며 판단해야 함

    • 몇몇 코멘트에서 언급됐듯, 글쓴이가 있는 영국은 지붕 면적 자체가 부족함. 내 단독주택도 14장(465W 패널×14, 동·남향)에 겨우 맞췄고, 추가 5장 시공에 40%나 더 달라는 등 현실적 장벽이 큼. 패널 추가 설치가 저녁 피크 수요 상쇄에 도움될 텐데, 설치업체가 일하기 싫어서 이런 무리한 비용상승을 적용한 것 같음. 여름엔 하루 생산량이 100% 초과하기도 했고, 여름 초과분을 팔아 겨울 밤 배터리 충전에 쓰는 구조에서, 현재 요금 체계(24p/kWh 판매, 15p/kWh 충전)라면 본전은 충분히 맞출 듯. 다만, 인센티브가 해마다 줄어들 가능성이 커서 앞으로는 불리할 수도 있음

    • (작성자) 내 지붕도 이미 양쪽 다 가득 채웠음. 패널 발전 효율이 늘어나면 교체나, 또는 별채(셀터, 창고)에 추가 설치하는 것 외에는 답이 없음. 겨울에는 패널이 눈에 덮히지만 않으면 그래도 약간은 생산하지만, 내 평소 소비를 감당하려면 20배는 효율이 올라야 함

    • 지역에 따라 다르지만 북중부 유럽은 9~3월 동안 패널 실생산량이 거의 0에 가까움. 날씨도 흐리고 낮도 짧고 햇볕 자체가 지표에 거의 도달하지 않음

    • 우리 동네도 겨울에는 구름+짧은 해+낮은 입사각 등으로 태양광 생산이 거의 0에 가까워짐. 패널를 아무리 더 늘려도 이 기간은 못 버팀

    • 나는 북극에 더 가까운 지역에 거주하고 있음. 17.6kWp(남향, 44장) 실제 2024 생산량이 이러함:
      5월: 2494kWh,
      6월: 2323,
      7월: 1915,
      8월: 1634,
      9월: 1008,
      10월: 442,
      11월: 185,
      12월: 31,
      1월: 43,
      2월: 335,
      3월: 980,
      4월: 1510

  • 가정용 태양광이 소비자에게 기후위기 책임을 전가하려는 사기 같다는 느낌을 떨칠 수 없음. 대형 PV 발전소의 ROI가 소규모 가정보다 훨씬 우수한 게 당연해 보임

    • 대형 발전소 ROI가 가정보다 높다는 것에 동의하지만, 주택에 분산 설치하면 단기간에 엄청난 양의 태양광을 신속히 보급할 수 있는 장점이 있음(수십만 명이 즉시 투자하고, 부지와 시공도 각자 준비). 정부는 부지나 자금, 전송인프라 투자 없이 태양광 설치가 늘어나니 국가적 ROI도 향상됨. 책임 문제에 있어서도 사회 대다수가 자동차 등 개인 결정으로 온실가스 감축 기회를 놓쳤기 때문에 개인이 일부 책임을 지는 것도 맞다고 생각함

    • 전기요금 고지서를 보면 실제 발전원가보다 그리드 비용이 더 큼. 로컬 태양광은 광범위 그리드 확충 부담을 줄일 수 있어서, 미국 등 정치적으로 그리드 확장이 어려운 국가에서는 특히 중요함. 미국서 가정용 태양광은 설치비만 비쌀 뿐(호주는 3~5배 저렴), 효과 자체는 잘 입증됨. 가정용 태양광이 전력회사엔 구조적으로 위협적이기에, 진짜 어나운서가 아닌 전력업계 이익 대변 논평이 많다는 점도 염두에 두어야 함

    • 가정용 태양광은 추가 부지 필요없고, 신송전선 필요성과 전송 손실을 줄임. 크기가 주는 장점도 큼. 단, 배터리는 웨어하우스 규모로 몰아서 수요지 부근에 설치할 수도 있겠음. 그러면 송전 비용이 최소화됨

    • 산업용과 개인용 태양광을 모두 병행해야 함. 유틸리티 PV가 상업적으로는 저렴하지만, 분산형은 극한 기후나 정전에서 최고 회복력을 제공해서(특히 배터리 결합시) 내가 구역 정전에 수차례 경험했을 때, 이 시스템 덕분에 더 높은 요금에도 평화를 얻을 수 있었음. 시간이 지날수록 가격 보험 효과도 아주 큼

    • 이런 분산 발전은 어느 누구의 허락도 필요 없는 최고의 혁명임. 분산화의 가치를 과소평가하지 말아야 함

  • 선진국의 송전망은 오랜 시간 동안 전기 사용량 감소 덕에 상당히 여유 있음. 내가 본 통계에 따르면 영국 피크 수요가 사상 최고보다 30% 줄었음. 이런 이유로, 신재생에 따라 소스와 싱크 위치가 달라져도 어떻게든 버틸 만한 용량임. 물론 V2G 대중화 시에는 말단 보강이 별도로 필요하겠지만, 생각만큼 위험 수준은 아님
    관련 링크1
    관련 링크2

    • 경우에 따라 다름. 이웃 지역은 데이터센터 신규 허가가 중단될 만큼 이미 그리드가 포화 상태임. AI 때문에 과거 수십 년Efficiency 이득이 많이 상쇄되고 있는 중임

    • 현재 용량이 잘못된 위치에 있음. 영국은 중부 지역 석탄 발전소를 폐쇄했고, 새 발전원도 북쪽 해상 풍력으로 치우쳐 있음. 그래서 북남 축 해상 직류 송전 연결 추진 중임

    • 내 나라의 일부 지역에선, 송전망 용량 제한 때문에 신규 산업 수전이 제한되고 있음
      관련 기사

    • 난방·교통의 전기화로 전력수요가 앞으로 크게 늘 것으로 전망됨

    • '선진국 그리드가 넉넉하다'고 했는데, 실제로는 영국 및 몇몇 탈산업화 국가에만 해당함. 미국이나 기타 유럽 국가는 전기화와 AI 때문에 수요가 꾸준히 상승 중임

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