[태양전지 교과서] Week 3 - Energy Yield

그림들의 출처는 모두 EPFL의 MICRO-565, IEM NEUCHATEL PV-lab 에 있습니다

Prof. Christophe Ballif

STC 조건에서, 태양전지에서는 손실이 발생한다. 보통 그러한 손실은 heating effect, 먼지, 전력 전환 과정 등에서 발생한다.

모듈과 셀은 시간이 지날수록 degradation이 일어난다. 1년에 0.2~1%정도로 일어난다. 그래서 이러한 degradation을 막는 것이 중요한 연구 과제로 꼽히고 있다. degradation에 영향을 미치는 요인에는 cell type, 기후, packaging 등이 있다.

온도가 높아질수록 효율이 점점 떨어지는 중

그리고 module의 뒷면을 insulated시킨 경우 모듈의 온도가 더 높게까지 올라간다

degradation은 c-Si에서는 0.5%/y, think film solar cell에서는 0.7~1%정도의 속도로 일어난다. 오늘날의 일반적인 cell들은 첫 번째 해에만 2~3%의 degradation이 일어나고 그 다음 해부터는 연간 0.3~0.6%에 그친다. 그래서 주로 태양전지가 작동을 시작한지 25년쯤 지나면 nominal power의 84~90%정도의 출력을 갖게 된다.

그래서 energy yield가 좋은 PV system을 갖기 위해선 좋은 product를 선택해야 하고, 태양의 일사가 좋은 장소를 골라야 한다. 또, 눈이나 비, 먼지 등으로 인해 태양전지가 방해받지 않도록 관리하고 빌딩이나 그림자에 의해 가려지지 않도록 해야한다. Energy yield는 단순히 효율의 개념이 아니라 실제 solar panel이 실제 상황에서 1년에 몇 kWh의 전기를 생산해낼 수 있는지 따지는 척도이다.

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Performance ratio는 annual efficiency를 nominal module efficiency로 나눈 건데, 현재 태양전지의 효율과 초기 태양전지의 효율의 비를 나타낸다. 이러면 초기의 효율에 비해 어느 정도의 성능을 갖고 있는지 알 수 있다.

n_av : average system efficiency

n_STC : module STC efficiency

Yf : production yield (kWh/kWp) - 1kWp의 태양전지가 실제 환경에서 설치되었을 때 1년에 생산하는 kWh수

Yr : reference yield production - nominal STC condition에서 1kWp의 태양전지가 생산하는 kWh수

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energy yield는 수십년간 꾸준히 증가해왔다. 더 높은 inverter 효율, system design, temperature coefficient 등이 이에 기여했다.

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Bifacial PV는 양면 발전하는 태양전지로 뒷면에 빛을 비추면 앞면에 비추었을 때보다 70~93% 정도의 효율이 난다. 만약 albedo를 이용한 ground reflection을 이용한다면 5~30%정도 향상시킬 수 있다.

bifacial을 이용하면 albedo가 높은 눈 쌓인 곳에서 더 큰 효과를 낼 수 있다. 백색의 눈은 가시광선을 잘 반사한다. 반사된 빛이 태양전지 후면에 도달하여 발전에 이용된다. 

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