[논문]고효율 및 고출력 태양광 모듈을 위한 셀 스트링 연구

박지수; 황수현; 오원제; 이수호; 정채환; 이재형

doi:10.4313/jkem.2018.31.5.295

고효율 및 고출력 태양광 모듈을 위한 셀 스트링 연구
A Study on the Cell String for High Efficiency and High Power Photovoltaic Modules 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.31 no.5, 2018년, pp.295 - 299

박지수 (성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 황수현 (성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 오원제 (성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 이수호 (성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 정채환 (한국생산기술연구원 태양전지R&D센터) , 이재형 (성균관대학교 전자전기컴퓨터공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, we conducted a study on cell strings of high efficiency and high power solar cell modules via simulation. In contrast to the conventional module manufacturing method, the simulation was performed by connecting cutting cells divided into four parts from 6-in size using the electrically conductive adhesive (ECA). The resistance of the ECA added in series connection was extracted using an experimental method. This resistance was found to be $3m{\Omega}$. Based on this simulation, we verified the change in efficiency of the string as a function of the number of cutting cell connections. Consequently, the cutting cell efficiency of the first 20.08% was significantly increased to 20.63% until the fifth connection; however, for further connections, it was confirmed that the efficiency was saturated to 20.8%. Connecting cutting cells using ECA improves the efficiency of the string; therefore, it is expected that it will be possible to fabricate modules with high efficiency and high power.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 논문에서는 화석연료에 비해 태양광 발전의 발전 단가가 높아 경제성이 부족한 점을 해결하기 위해 고효율 및 고출력 모듈을 위한 셀 스트링 연구를 진행하였고 그 방법으로 기존의 모듈 제작 방식과 다른 방식인 분할 셀을 ECA로 접합하는 방식을 사용하였다 [6]. 연구는 PSpice 시뮬레이션을 통해 분할 셀이 ECA로 접합되는 것을 ECA 저항성분을 포함한 회로상의 직렬연결로 구현하였고 분할 셀의 접합 수에 따라 접합된 스트링의 특성이 어떻게 변화하는지 경향성을 확인하였다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 화석연료에 비해 태양광 발전의 발전 단가가 높아 경제성이 부족한 점을 해결하기 위해 고효율 및 고출력 모듈을 위한 셀 스트링 연구를 진행하였고 그 방법으로 기존의 모듈 제작 방식과 다른 방식인 분할 셀을 ECA로 접합하는 방식을 사용하였다 [6]. 연구는 PSpice 시뮬레이션을 통해 분할 셀이 ECA로 접합되는 것을 ECA 저항성분을 포함한 회로상의 직렬연결로 구현하였고 분할 셀의 접합 수에 따라 접합된 스트링의 특성이 어떻게 변화하는지 경향성을 확인하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 셀은 PERC (passivated emitter and rear cell)으로 156×156 ㎜ 면적에 두께가 210 ㎛, 단결정의 붕소가 도핑된 p타입 웨이퍼에서 제조되었다.

이론/모형

PSpice 시뮬레이션에서 분할 셀을 회로상의 소자로 나타내어야 이후에 ECA 저항성분을 포함한 분할 셀간의 직렬연결을 통해 접합 셀의 Ⅰ-Ⅴ 곡선을 얻을 수 있고, 연결된 스트링의 특성을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 그림 2의 single-diode 모델을 통해 분할 셀을 등가회로로 나타냈다.

성능/효과

이는 기존 모듈의 동일 면적 대비 고출력을 실현하는 데 기인한다. 게다가 본 논문에서 시뮬레이션을 통해 분할 셀의 접합 수에 따른 효율 변화를 확인한 결과 접합 수가 늘어남에 따라 스트링의 효율이 증가된 일정 효율로 포화되는 것을 알 수 있었다. 이는 기존의 모듈 제작 방식보다 셀 분할-접합 기술을 이용한 모듈 제작 방식이 전류이득이 더 많아 효율이 증가하는 특성을 보였다.
분할 셀을 ECA로 접합하여 스트링을 제작할 시 분할 셀 간에 전면 버스바와 후면 Ag 패드가 겹쳐서 연결하기 때문에 기존의 스트링 제작 방식보다 동일 면적 많은 수의 셀로 모듈을 제작할 수 있다. 이는 기존 모듈의 동일 면적 대비 고출력을 실현하는 데 기인한다.
분할 셀을 ECA로 접합하여 스트링을 제작할 시 분할 셀 간에 전면 버스바와 후면 Ag 패드가 겹쳐서 연결하기 때문에 기존의 스트링 제작 방식보다 동일 면적 많은 수의 셀로 모듈을 제작할 수 있다. 이는 기존 모듈의 동일 면적 대비 고출력을 실현하는 데 기인한다. 게다가 본 논문에서 시뮬레이션을 통해 분할 셀의 접합 수에 따른 효율 변화를 확인한 결과 접합 수가 늘어남에 따라 스트링의 효율이 증가된 일정 효율로 포화되는 것을 알 수 있었다.
게다가 본 논문에서 시뮬레이션을 통해 분할 셀의 접합 수에 따른 효율 변화를 확인한 결과 접합 수가 늘어남에 따라 스트링의 효율이 증가된 일정 효율로 포화되는 것을 알 수 있었다. 이는 기존의 모듈 제작 방식보다 셀 분할-접합 기술을 이용한 모듈 제작 방식이 전류이득이 더 많아 효율이 증가하는 특성을 보였다. 따라서 연구된 스트링 특성을 통해 모듈을 제작하였을 때 기존의 모듈보다 고출력 및 고효율 모듈이 제작될 것으로 기대한다.

후속연구

이는 기존의 모듈 제작 방식보다 셀 분할-접합 기술을 이용한 모듈 제작 방식이 전류이득이 더 많아 효율이 증가하는 특성을 보였다. 따라서 연구된 스트링 특성을 통해 모듈을 제작하였을 때 기존의 모듈보다 고출력 및 고효율 모듈이 제작될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	모듈 제작 과정 중에서 셀들을 전기적으로 분리하기 위한 공간이 발생시키는 문제는 무엇인가?	기존의 모듈 제작 방식은 셀과 셀을 금속 리본(metal ribbon)으로 연결하여 제작하는 방식으로 셀들을 금속 리본으로 연결하여 스트링 제작 시 셀들을 전기적으로 분리하기 위한 공간이 필요하다. 이로 인해 모듈에 전류를 생성하지 않는 빈 여백이 있어 출력 손실이 발생한다. 또한 셀에 전면 버스바(busbar)를 포함하고 있기 때문에 이 부분에는 전류 생성이 불가능하여 출력 손실을 유발한다.
	태양광 발전이란?	태양광 발전은 태양으로부터 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하며 화석연료와 다르게 저탄소, 미래에도 고갈되지 않는 지속 가능한 친환경 에너지이다. 세계시장에서 신재생에너지(new and renewable energy)는 지난 5년간 연평균 28.
	태양광 발전의 단점은?	1%까지 확대할 예정이다 [2]. 하지만 태양광 발전은 화석연료와 비교하여 경 제성이 떨어지는 에너지원이다. 비록 태양광 발전단가는 2010년부터 2015년까지 평균 54% 하락하였고 앞으로 2020년이면 발전단가가 1 W당 1 $ 미만까지 떨지는 소위 그리드패리티(태양광 발전 단가와 화석연료의 발전 단가가 같아지는 시점)에 진입할 것으로 전망하지만 아직까지 실리콘 태양전지와 발전 시스템의 가격이 비싸 화석연료에 비해 경제성을 갖기 어려운 상황이다 [3].

참고문헌 (10)

C. S. Lee, S. Y. Yoo, K. J. Han, J. H. Cha, and E. C. Jeon, J. Clim. Change Res., 8, 91 (2017). [DOI: https://doi.org/ 10.15531/ksccr.2017.8.2.91]
Ministry of Trade, Industry and Energy, 4th Renewable Energy Plan (MOTIE, Sejong, 2014) p. 5.
Ministry of Trade, Industry and Energy, The Fourth Industrial Revolution: In Search of a Korean Route (MOTIE, Sejong, Korea, 2017) p. 99.
J. H. Lee, J. Korean Soc. Precis. Eng., 25, 7 (2017).
H. Jee, W. Choi, J. Lee, and C. Jeong, Curr. Photovoltaic Res., 5, 95 (2017). [DOI: https://doi.org/10.21218/CPR.2017.5.3.095]

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M. Mittan, T. Zech, M. Wiee, D. Blasi, M. Ebert, and H. Wirth, 44th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), (IEEE, Washington DC, 2017) p. 1.
D.S.H. Chan and J.C.H. Phang, IEEE Trans. Electron Devices, 34, 286 (1987). [DOI: https://doi.org/10.1109/T-ED.1987.22920]

상세보기
L. Castaner and S. Silvestre, Modelling Photovoltaic Systems Using PSpice (John Wiley & Sons, New York, 2002) p. 42.
R. J. Handy, Solid State Electron., 10, 765 (1967). [DOI: https://doi.org/10.1016/0038-1101(67)90159-1]

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J. S. Lee, G. H. Kang, Y. G. Park, J. J. Park, Y. J. Lee, Y. S. Jeon, and B. D. Choe, Solar Cell Measurement and Analysis (Green, Seoul, 2016) p. 25.

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