[논문]태양전지 온도에 따른 효율

신혜영; 최홍규; 김용규; 안윤기; 최준영; 윤철구; 임명환; 김종수; 서범관

태양전지 온도에 따른 효율
The efficiency of solarcell related to temperature 원문보기

신혜영 (홍익대학교) , 최홍규 (홍익대학교) , 김용규 (홍익대학교) , 안윤기 (홍익대학교) , 최준영 (홍익대학교) , 윤철구 (홍익대학교) , 임명환 (홍익대학교) , 김종수 (홍익대학교) , 서범관 ((주) 삼우 종합건축사 사무소)

화석연료의 문제점을 보완하고 있는 태양광발전 시스템은 태양전지 모듈의 온도에 따라 출력량이 급격히 변화하는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 잘 이해하고 전력생산을 극대화하기 위해 태양전지의 온도를 낮추기 위한 방법을 고려하였다. 본 논문에서는 모듈의 앞면과 뒷면에 똑같은 온도 감소 설비를 한 후 뒷면의 온도를 낮추는 것이 발전량에 더 큰 도움을 준다는 결론을 도출하였다.

Photovoltaic system that is overcoming the problem of fossil furl, changes the output quantity rapidly according to the temperature of module. so, we studied this principle and considered the method making lower the temperature of module for maximization of electric power production. In this thesis, we concluded that we fit on below and upper direction of the module to decrease at the same temperature lower temperature of below direction is more useful for the generating quantity.

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문제 정의

태양전지의 출력은 모듈 표면으로 입사되는태양빛의 세기와 태양전지의 온도에 따라 변하는 특성을 가지고 있는데 환경조건에 따라 전기 생산량이 의존적이다 현재 가장 많이 이용하고 있는 결정질 실리콘태양 전지의 경우 PV모듈 온도의 상승이 PV시스템의성능을 저하시키는 주요 요인이 된다. 본 논문에서는계절에 따른 발전량의 변화를 비교 검토한 뒤, 모듈의표면온도를 낮추어 발전량을 실측하고, 실측 data를 통해 태양전지의 온도변화에 따른 효율을 비교해 보았다.
신. 재생에너지중 태양광 발전 시스템의 발전기술의 중요한 요소인 효율증대를 고려하여 태양전지의 온도변화에 다른 발전량을 검토해 보았다. 태양전지 모듈의 온도가 1卩負감소하는 경우 효율 0.

제안 방법

1 조의 모듈과 2조의 모듈을 각각 6직렬 2 병렬결선을 하여 같은 용량으로 나누어 결선하여 비교해 볼 수 있도록 하였다.
발전량 차이는 뒤에 실험 시 1조 모듈과 2조 모듈의 발전량 차이를 비교하는데 오차를 보정하는 상수로 사용한다. 1조에는 태양전지의 모듈의 온도를 감소시키기 위하여 온도 감소를 위한 장치를 설치함으로써 2조의 태양전지 모듈의 온도보다 감소시킨 뒤 온도변화에 따른 발전량을 비교해 볼 수 있도록 모니터링 시스템을 통해 발전량을 측정해 보았다.
그리하여 1조 모듈의 온도를 변화 시켜 발전량을 증가 시키도록 하였다.
그리하여 태양전지의 뒷면 온도를 감소시킨 후 각 태양전지 모듈의 발전량을 비교하였다.
45[%]증가한다는 모듈의 특성을 고려하여 모듈의 온도를 감소시켜 발전량을 측정하였다. 또한 태양전지의 뒷면온도를 감소시켜 태양전지 모듈의 온도를 최대한 낮추었다. 그 측정결과 태양전지 모듈의 앞면의 온도를 감소시킨 경우 발전량이 2.
모듈온도와 발전량의 관계를 검토해 보기 위하여 실제 건물 옥상에 설치되어 있는 용량 5[kW]급 태양광발전시스템의 모듈온도와 그에 따른 발전량을 비교해보았다. 표 1은 한여름인 1월, 8월의 측정 data와 겨울철인 1월, 2월의 측정 data중 일사량이 비슷한 날짜를 비교한 표이다.
보다 정확한 비교 실험을 위하여 먼저 1조의 모듈과 2조 모듈의 같은 조건에서의 발전량을 비교하였다.
재생에너지중 태양광 발전 시스템의 발전기술의 중요한 요소인 효율증대를 고려하여 태양전지의 온도변화에 다른 발전량을 검토해 보았다. 태양전지 모듈의 온도가 1卩負감소하는 경우 효율 0.45[%]증가한다는 모듈의 특성을 고려하여 모듈의 온도를 감소시켜 발전량을 측정하였다. 또한 태양전지의 뒷면온도를 감소시켜 태양전지 모듈의 온도를 최대한 낮추었다.
태양전지 모듈의 온도변화에 따른 발전량을 비교해보기 위하여 1조 모듈의 앞면의 온도만을 감소시킨 후비교하였다. 보정된 발전량은 2조 모듈의 발전량에 23 절의 6, 6[豹를 감소시킨 수치이다.
태양전지의 온도변화에 따른 발전량의 변화를 측정하기 위해 건물옥상의 외부에 설치 되어있던 기존의 모듈결선을 다음과 같이 바꾸어 설치하였다

성능/효과

또한 태양전지의 뒷면온도를 감소시켜 태양전지 모듈의 온도를 최대한 낮추었다. 그 측정결과 태양전지 모듈의 앞면의 온도를 감소시킨 경우 발전량이 2.8[%] 증가 하였고 후면의 온도를 감소시킨 경우 4.3[%]의 증가율을 보였다.
91[Wh]만큼 증가 하였다. 이를 통해 모듈의 온도와 발전량이 관계는 온도가 증가 할수록 발전량은 감소하는 반비례 관계임을 알 수 있다. 또한 모듈온도 1[C] 감소 시 효율 0.
측정한 결과를 분석하여 보면 일사량이 거의 같은 날임에도 불구하고 여름철과 겨울철에 모듈 온도와 발전량에는 7월 24일과 1월 5일은 같은 시간동안 같은 일사량을 가지지만 모듈의 온도가 낮은 겨울철인 1월 5일의발전량이 217.91[Wh]만큼 증가 하였다. 이를 통해 모듈의 온도와 발전량이 관계는 온도가 증가 할수록 발전량은 감소하는 반비례 관계임을 알 수 있다.
표 5에서와 같이 태양전지의 앞면과 뒷면의 온도측정 결과 뒷면의 온도가 태양전지 뒷면의 온도보다 고온임을 확인하였다.

후속연구

또한 향후 태양전지 온도 감소에 대한 발전 증가량과 온도감소를 위한 장치 설비의 경제성을 함께 비교하여 4계절마다의 특성에 적합하며 최대한의 효율을 얻기 위한 최적화 방안도 찾도록 해야 할 것이다.
실험결과 대용량 발전 시스템에서와 태양전지의 모듈 온도가 60~70[莒]까지 상승하게 되는 한여름에 이와 같은 방식으로 태양전지의 온도를 감소시킨다면 큰 효율증대를 기대 할 수 있을 것으로 생각된다.
이 결론을 토대로 추후 연구에는 앞면 물 분무 시의 장점과 뒷면 물 분무시의 장점을 합친 앞뒷면 부분에 동시에 물을 뿌려 효율을 고려해봐야 할 것이다. 또한 향후 태양전지 온도 감소에 대한 발전 증가량과 온도감소를 위한 장치 설비의 경제성을 함께 비교하여 4계절마다의 특성에 적합하며 최대한의 효율을 얻기 위한 최적화 방안도 찾도록 해야 할 것이다.

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