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문제 정의
- 본 연구에서는 현재 태양광 시장에서 가장 많이 사용되고 있는 5인치 다 결정 태양전지를 이용하였는데, 모듈 제조전 사용될 태양전지의 초기 성능 평가를 수행하였다. 약 500 여장의 태양전지를 정격 상태에서 시험한 결과 평균 출력이 2.
- 알 수 있었다. 본절에서는 이러한 온도변화에 따른 전기적 발전 특성을 분석하였다. 실험은 STC 조건에서 모듈의 온도만 25℃에서 65℃까지의 변화시켜 이에 따른 발전 특성을 분석하였다.
- 본 연구는 이와 같은 건물 내 환경에의 영향 및 건물 에너지에 관한 연구의 선행 연구단계로, 투과형 모듈의 열 및 광학적 특성을 분석하는데 목적을 두고 있다. 본 연구를 통해 투과 형 태양광발전 모듈이 건물에 미치는 영향 분석을 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
제안 방법
- 따라서 본 논문에서는 투과형 모듈의 열 및 광학적 특성을 분석하는 첫 단계로 여러 종류의 유리를 사용한 각 모듈의 휘도를 측정하고 그 결과를 상호 비교 분석하였다. 또한, 외부 조건 그리고 유리의 종류에 따른 모듈의 온도 변화와 이에 따른 발전 성능 특성을 분석하였다.
- 따라서 본 논문에서는 투과형 모듈의 열 및 광학적 특성을 분석하는 첫 단계로 여러 종류의 유리를 사용한 각 모듈의 휘도를 측정하고 그 결과를 상호 비교 분석하였다. 또한, 외부 조건 그리고 유리의 종류에 따른 모듈의 온도 변화와 이에 따른 발전 성능 특성을 분석하였다.
- 94%로 측정되었다. 측정 완료 후 모듈 한 장에 가능한 한균일한 성능의 태양전지가 사용될 수 있도록 별도의 분류 작업을 수행하였다.
- 사용된 유리는 그린, 브라운, 반사그린, 반사 블루, 투명 유리이다. 본 모듈은 건물 외장 재 대체용이므로 단열을 고려하여 공기층을 두고 한 장의 유리를 더 사용하였는데, 최후면에는 전면의 것과 동일한 유리를 사용하였다.
- 이용하였다. 32 직렬 1병렬로 구성되었으며, 부분음영 등의 현상에 대비하여 각 모듈마다 바이패스 다이오드를 사용하였다. 모듈 구성 및 회로도는 다음과 같다.
- 모듈적 층별 열 전달 및 온도 변화를 최대한 정확히 측정 및 분석하기 위해 모듈의 레이어 별로 온 도 센서를 부착하였다. 측정 위치는 그림3에서 보이는 바와 같이 모듈 전면과 후면 유리, 공기층, 최후면에 설치 되었다.
- 수직면의 경우에는 태양의 고도가 높은 하절기 보다는 태양의 고도가 낮은 춘, 추, 동절기에 더 많은 일사를 획득할 수 있다. 본 연구에서는 이와 관련하여 PV 모듈 및 어레이의 모델링 및 시뮬레이션이 가능한 SolarPro 를 이용하여 경사각별 모듈의 연간 일사획득 및 발전량 예즉 분석을 수행하였다.
- 본 실험에서 사용된 것과 동일한 용량의 모듈을 경사각별로 시뮬레이션하여 각 모듈의 월별 발전량을 산출하였다. 그림 11은 시뮬레이션 수행 결과로, 가장 상반되는 경향을 나타낸 수평면(0°)과 수직면(90°) 모듈의 연간 발전량을 비교한 그래프이다.
- 본절에서는 이러한 온도변화에 따른 전기적 발전 특성을 분석하였다. 실험은 STC 조건에서 모듈의 온도만 25℃에서 65℃까지의 변화시켜 이에 따른 발전 특성을 분석하였다.
- 본 논문에서는 투과형 모듈의 열 및 광학적 특성을 분석하기 위해 모듈의 후면에 여러 종류의 유리를 사용하였고, 제조된 각 모듈의 휘도를 측정하여 그 결과를 상호 비교분석하였다. 또한, 모듈의 온도 변화와 이에 따른 발전 성능 특성을 분석하였다.
- 또한, 모듈의 온도 변화와 이에 따른 발전 성능 특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 또한, 본 연구에서 사용된 모듈은 불투명한 결정질 실리콘 태양전지 사이에 간격을 두어 모듈을 통해 빛이 건물 내로 유입될 수 있는 (반)투명 모듈이다. 이러한 투과형 모듈을 건물에 적용한 경우에는 건물 내의 열 환경 뿐 아니라 빛 환경에도 영향을 미치게 되므로, 이 부분에 대한 고려 역시 선행되어야 한다.
- 본 논문에서 사용된 모듈은 건물 외벽 마감재 또는 창호재로 널리 사용되고 있는 유리를 대체할 수 있도록 디자인 및 제작된 것으로, 다음과 같이 구성되었다.
- 본 모듈은 총 3장의 유리로 구성되어 있다. 전면에는 발전 효율을 높이기 위해 저 철분 강화 유리를 사용하였고, 중간증에는 색깔 및 반사유리를 사용하였다.
- 있다. 전면에는 발전 효율을 높이기 위해 저 철분 강화 유리를 사용하였고, 중간증에는 색깔 및 반사유리를 사용하였다. 사용된 유리는 그린, 브라운, 반사그린, 반사 블루, 투명 유리이다.
- 전면에는 발전 효율을 높이기 위해 저 철분 강화 유리를 사용하였고, 중간증에는 색깔 및 반사유리를 사용하였다. 사용된 유리는 그린, 브라운, 반사그린, 반사 블루, 투명 유리이다. 본 모듈은 건물 외장 재 대체용이므로 단열을 고려하여 공기층을 두고 한 장의 유리를 더 사용하였는데, 최후면에는 전면의 것과 동일한 유리를 사용하였다.
- 모듈은 총 32매의 5인치 다 결정 태양전지를 이용하였다. 32 직렬 1병렬로 구성되었으며, 부분음영 등의 현상에 대비하여 각 모듈마다 바이패스 다이오드를 사용하였다.
- 적용이 되었다. 본 실험용 건물은 4 층 규모의 실험 건물 옥상에 위치하여 주변 환경의 영향을 거의 받지 않도록 하였다.
- 휘도 측정을 위해서 Konica Mimolta사의 CS-1000A를 사용하였다. 본 분광휘도계의측정 파장 범 위 는 380~780nm, 분광정밀 도는 ±0.
- RTD(PTIOO))를 사용하였다. 이 센서들을 통해 측정된 데이터는 Graphtec사의 midi LOGGER GL450를 이용하여 수집하였다.
- Illb를 사용하였다. 본 시뮬레이터는 flash light generator의 펄스 안정도 ±1%, Electronic load의 정밀도 ±0.5%의 IEC class A급 장비이다. 모듈의 부하 역할을 감당하고 운전상태에서의 발전 성능을 계측하기 위해 소용량 인버터인 OK5E-LV를 사용하였다.
이론/모형
- 표준시 험조건(Standard Test Condition)에서의 발전 성능 측정을 위해 Pasan사의 Sun Simulator Illb를 사용하였다. 본 시뮬레이터는 flash light generator의 펄스 안정도 ±1%, Electronic load의 정밀도 ±0.
성능/효과
- 초기 성능 평가를 수행하였다. 약 500 여장의 태양전지를 정격 상태에서 시험한 결과 평균 출력이 2.417W, 태양전지 간 균일도는 약 2.94%로 측정되었다. 측정 완료 후 모듈 한 장에 가능한 한균일한 성능의 태양전지가 사용될 수 있도록 별도의 분류 작업을 수행하였다.
- 그 격차가 점차 커졌다. 전면, 후면, 공기층, 최후면 간의 온도를 비교해보면 공기층이 다른 구조층보다 가장 큰 온도 상승 현상을 나타냈다.가장 높은 온도를 기록한 오후 1시~3시 사이에는 공기층과 모듈 전면의 온도 차는 약 5笆, 공기층과 최후면 사이에서는 약 3℃의 온도 차이를 나타내었다.
- 전면, 후면, 공기층, 최후면 간의 온도를 비교해보면 공기층이 다른 구조층보다 가장 큰 온도 상승 현상을 나타냈다.가장 높은 온도를 기록한 오후 1시~3시 사이에는 공기층과 모듈 전면의 온도 차는 약 5笆, 공기층과 최후면 사이에서는 약 3℃의 온도 차이를 나타내었다. 이러한 온도 변화 경향은 계절의 바뀌어도 계속되며, 외기 온도, 일사 획득, 일사 획득에 따른 발전 정도, 그리고 모듈에 사용된 재료 특성에 따라 그 온도 변화폭이 달라진다.
- 모듈 전면과 최후면 유리는 실외 또는 실내의 기온이나 바람 등의 영향으로 비교적 편차가 나타난 반면, 태양전지 후면 유리와 공기층 온도는 안정적으로 나타나고 있다. 따라서 온도의 변화에 따른 발전 성능의 영향을 판단하기 위해서는 태양전지 후면의 유리 온도를 기준으로 하여 각 모듈별 온도를 비교해본 결과, 모듈 후면에 투명유리를 사용한 모듈과 갈색 유리를 사용한 모듈이 가장 큰 온도 차를 나타내었다. 이는 앞절의 모듈 휘도 측정 결과와 일치한다.
- 앞에서 확인한 바와 같이 일사 및 대기 온도, 태양전지의 특성, 그리고 발전 시 발생하는 열로 인해 태양광 모듈의 온도가 상승됨을 알 수 있었다. 본절에서는 이러한 온도변화에 따른 전기적 발전 특성을 분석하였다.
- 출력은 모듈의 전압 감소 폭이 전류의 상승폭보다 크기 때문에 전압과 유사한 형태로 감소되었다. 즉, 일사강도 l, OOOW/m!, 25℃에서 65℃까지의 온도 변화에 따른 발전량 변화를 분석한 결과 전압의 감소율은 당 약 0.49%, 전류의 상승률은 1℃ 당 약 0.01%로 나타났고, 이에 따른 최대출력은 1 ℃ 당 약 0.48%의 감소를 나타냈다.
- 그 결과 유리 종류에 따라 모듈의 스펙트럼 및 휘도 측정 결과에서 모듈 간 차이를 확인할 수 있었고, 모듈의 온도 변화에서도 차이를 나타냈다. 모듈의 온도차는 계절별로 다른 결과를 나타냈는데, 태양의 고도 변화에 따라 직 사광을 많이 받게 되면 유리의 열 및 광적 특성에 따라 모듈 간 온도 차이가 나타남을 확인할 수 있었다.
- 나타냈다. 모듈의 온도차는 계절별로 다른 결과를 나타냈는데, 태양의 고도 변화에 따라 직 사광을 많이 받게 되면 유리의 열 및 광적 특성에 따라 모듈 간 온도 차이가 나타남을 확인할 수 있었다. 모듈의 온도는 발전성능에 영향을 준다.
- 모듈의 온도는 발전성능에 영향을 준다. 본 연구에서 사용된 모듈의 경우, 1 ℃ 당 약 0.49%의 전압이 감소되고 약 0.48%의 출력이 감소됨을 알 수 있었다. 따라서 동절기로 갈수록 커지는 모듈 간 온도 차에 따른 발전량차도 나타내게 된다.
- 설치 전초기모듈의 전기적 성능 평가를 수행한 결과, 후면 유리의 색깔 및 종류에 따른 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 그림 5 는 각 모듈의 초기 성능 평가 결과로서 각 모듈의 I-V Curve를 나타낸다.
후속연구
- 본 연구를 통해 투과형 태양광 발전 모듈이 건물에 미치는 영향 분석을 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구를 통해 투과형 태양광 발전 모듈이 건물에 미치는 영향 분석을 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
- 따라서 본 연구를 기본으로, 보다 다양한 유리 및 기타 투과체를 이용한 시료에 대한 다양한 각도에서의 광및 열 특성 분석이 이루어져야 하며, 향후 이에 대한 연구를 계속 수행하고자 한다.
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