[논문]염료감응형 태양전지를 적용한 유리 패널의 효율 향상에 관한 연구

장한빈; 강준구; 이상길; 김준태

doi:10.7836/kses.2013.33.2.035

염료감응형 태양전지를 적용한 유리 패널의 효율 향상에 관한 연구
A Study on the Efficiency Improvement of Glazing Panel with DSC Modules 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.33 no.2, 2013년, pp.35 - 41

장한빈 (공주대학교 대학원 에너지시스템공학과) , 강준구 (공주대학교 대학원 건축학과) , 이상길 (공주대학교 대학원 에너지시스템공학과) , 김준태 (공주대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Dye-sensitized solar cell (DSC) allows light transmission and the application of various colors that make it especially suitable for building-integrated PV (BIPV) application. In order to apply DSC module into windows, it has to be panelized: DSC module should be protected with reinforced glass to the entire surface. Up to date, it seems to be common to make double glazing with DSC modules with air gaps between the glasses and the DSC modules. Few research has been conducted on the characteristics of various glazing types with DSC modules. This study aims to analyze the electrical performance of DSC modules according to panelizing method for glazing unit with DSC modules. The prototype of the DSC glazing that applied silicone filler between DSC modules and glasses was developed. The electrical performances of this type of DSC glazing with the filler and rather conventional double glazing with DSC modules were compared. Their performances were measured using a solar simulator that is suitable for DSC performance testing. The results indicated that the electrical performance of the filler type DSC glazing improved by 7% compared to that of the conventional DSC double glazing type.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 배경으로 본 연구에서는 BIPV 적용 대면적 패널의 효율개선을 위한 패널화 방안을 제안하고 실험을 통해 그 전기적 성능을 분석하였다.

제안 방법

본 연구는 기존 복층유리 방식의 DSC 창호 패널의 효율을 개선하기 위해 DSC 표면의 반사율을 줄이는 충진재 접합방식의 패널화 방안을 제안하고, 기존방식과 충진재 적용 방식의 투과 성능 및 전기성능을 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 제안된 실리콘 충진재를 적용한 DSC 패널의 경우, 기존 복층유리타입 DSC 패널과 비교하여 일사 투과성능은 약 6%, 전기 성능은 7.
본 연구는 기존 복층유리 방식의 DSC 패널의 효율 개선을 위해 표면 반사를 줄이기 위한 충진재 접합 패널방식을 제안하고 기존 방식과 충진재 적용방식의 전면부 투과 성능 및 전기 성능을 비교 분석하였다. 충진재의 광학적 특성은 분광분석기를 통해 측정하였으며 전기적 성능은 DSC 성능 평가에 적합한 Solar Simulator를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

(a)는 기존방식으로 제작된 복층유리 타입의 DSC 패널이고, (b)는 효율 향상을 위해 실리콘 계열의 충진재가 사용된 패널이다. 상세구성은 Table 1과 같으며, 실험에 사용된 DSC 시편은 S사의 모듈로, 23직렬 형식이며 크기는 0.3m x 0.3m이다. DSC 모듈에 사용된 염료는 N719이며 5μm 투명 전도막(TiO₂)이 형성된 유리가 사용되었다.

데이터처리

전기성능은 투과율이 가장 우수한 A 충진재가 적용된 충진재 type DSC 패널과 기존방식의 복층유리 type DSC 패널 그리고 패널화 하지 않은 DSC 서브모듈의 전기효율을 비교하여 분석하였다. 측정결과는 Table 3과 같으며, 패널화 하지 않은 DSC 서브모듈이 5.

이론/모형

본 연구는 기존 복층유리 방식의 DSC 패널의 효율 개선을 위해 표면 반사를 줄이기 위한 충진재 접합 패널방식을 제안하고 기존 방식과 충진재 적용방식의 전면부 투과 성능 및 전기 성능을 비교 분석하였다. 충진재의 광학적 특성은 분광분석기를 통해 측정하였으며 전기적 성능은 DSC 성능 평가에 적합한 Solar Simulator를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

따라서 DSC 창호 패널화를 위한 충진재는 전면 유리와 굴절률이 같고 높은 투과성을 갖는 재료를 선택하는 것이 유리하며, 기포 발생 및 공정의 용이성을 위해 저점도의 재료를 선택하는 것이 적합할 것으로 판단된다.
본 연구는 기존 복층유리 방식의 DSC 창호 패널의 효율을 개선하기 위해 DSC 표면의 반사율을 줄이는 충진재 접합방식의 패널화 방안을 제안하고, 기존방식과 충진재 적용 방식의 투과 성능 및 전기성능을 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 제안된 실리콘 충진재를 적용한 DSC 패널의 경우, 기존 복층유리타입 DSC 패널과 비교하여 일사 투과성능은 약 6%, 전기 성능은 7.9% 향상되는 것으로 확인되었다.

후속연구

추후, 충진재 적용 방식에 따른 내구성 평가 연구가 요구되며, 실리콘 계열의 충진재 이외의 다양한 재료에 대한 성능 분석이 필요하다. 또한, 충진재 적용으로 인한 DSC 창호 패널의 단열 성능 변화에 대한 규명도 필요할 것으로 판단된다.
본 연구 결과는 DSC를 적용한 기존 패널 제작 방식의 문제점을 개선할 수 있는 실리콘 충진재 적용 패널의 설계 및 제작을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대한다. 추후, 충진재 적용 방식에 따른 내구성 평가 연구가 요구되며, 실리콘 계열의 충진재 이외의 다양한 재료에 대한 성능 분석이 필요하다.
본 연구 결과는 DSC를 적용한 기존 패널 제작 방식의 문제점을 개선할 수 있는 실리콘 충진재 적용 패널의 설계 및 제작을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대한다. 추후, 충진재 적용 방식에 따른 내구성 평가 연구가 요구되며, 실리콘 계열의 충진재 이외의 다양한 재료에 대한 성능 분석이 필요하다. 또한, 충진재 적용으로 인한 DSC 창호 패널의 단열 성능 변화에 대한 규명도 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	염료감응 태양전지가 건물일체형 태양전지에 유리한 이유는?	염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell:DSC)는 염료 종류에 따라 다양한 색상 구현이 가능하고 생산비용이 저렴하기 때문에 건물일체형 태양전지(building-integrated photovoltaic:BIPV)적용에 높은 잠재성을 갖고 있다. 특히 실리콘 태양전지와는 달리 태양전지 자체에 투과성이 있어 창호형 BIPV 적용에 유리하다고 할 수 있다.
	DSC 모듈 보호를 위해 어떤 과정을 거치는가?	이러한 특성을 갖는 DSC를 건물에 적용하기 위해서는 일반적으로 여러 장의 서브모듈을 한 장의 대면적 모듈로 패널화하는 작업이 필요하다. DSC 모듈을 보호하기 위해 이 패널화 과정에서 DSC모듈 전면과 후면에 유리를 적용하는 것이 일반적이며,이때 전면 유리와 중공층을 통해 일사투과율이 감소하게 된다. 이로 인해 이중 유리에 적용된 DSC모듈의 발전 효율은 DSC 모듈에 비해 낮아지게 된다.
	DSC의 충진재로 EVA와 PVB를 사용할 수 없는 이유는?	최근에는 EVA의 자외선에 대한 변색으로 인해 PVB도 많이 이용하고 있는 추세이다.3) EVA와 PVB의 경우 공정온도가 110∼160℃로 고온의 라미네이팅 과정을 요구한다. 그러나 DSC는 순간적인 과열에 취약하기 때문에 이러한 재료를 사용하는데 한계가 있다. DSC에 사용될 수 있는 충진재는 고온의 공정이 사용되지 않고, EVA와 같이 투과성이 좋으며, 외부 습기나 충격으로부터 태양전지를 보호할 수 있는 재료를 선정하는 것이 적합하다.

참고문헌 (9)

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Kim, J.S., Park, S.H., Kang, J.G. and Kim, J.T., A Study on Thermal & Electrical Performance of Glazings with DSC modules, The Korean Solar Energy Society Fall Annual Conference, Vol.31, No.2, pp.158-163, 2011.
Kang, J.G., Kim, J.H. and Kim, J.T., The Analysis of Optical Characteristics on Dye-sensitized Solar Cell Modulefor Glazing Applications,The Korean Solar Energy Society Fall Annual Conference, Vol.30, No.2, pp.217-221, 2010
Yu, G.J., Develop of BIPV Modules and Manufacturing Technology for Enviromental Building, Industry and Energy, 2007.
Kim, K.S., Kang, G.H. and Yu,G.J., Analysis of Optical Characteristics of Transparent Glasses for PV and Glass-Glass Module Application, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol.28, No.5, pp.8-13, 2008.
Z.R. Fei, Photovoltaic Encapsulant Optical Property Study, Dupont R&D Center,2009.

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