[논문]태양광 발전 모듈 내부 저항요소 분석

지양근; 공지현; 강기환; 김경수; 유권종; 정태희; 신준오; 김태범; 안형근; 한득영

태양광 발전 모듈 내부 저항요소 분석
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지양근 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 공지현 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 강기환 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) , 김경수 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 유권종 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) , 정태희 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 신준오 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 김태범 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 안형근 (건국대학교 대학원 전기공학과) , 한득영 (건국대학교 대학원 전기공학과)

현재 양산중인 태양전지모듈의 효율은 일반적으로 태양전지보다 2~3% 낮은 상황이다. 이것은 태양전지모듈의 구성 부품 및 공정기술 등 여러가지 요인에 의한 것으로 태양전지 모듈의 고 효율화를 위해서는 이러한 요소에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 태양전지 모듈 구성 부품 중 PV-ribbon이 태양전지모듈에 적용되는 과정에서 발생하는 저항에 대한 분석을 통해 PV-ribbon의 저항이 모듈 효율에 미치는 영향을 실험을 통해 검토하고자 하였다.

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문제 정의

bus bar ribbon과 bus bar ribbon을 150mm의 길이로 준비하여 시료 제작을 위한 단위 ribbon의 초기 저항을 측정하여 오차를 줄이고자 하였다. 단위 ribbon의 저항 측정은 측정 오차를 줄이기 위해 probe의 connection 위치를 ribbon의 양 끝에서 3mm지점으로 고정하였다.
본 논문에서는 이와 같은 많은 요소 중 태양전지를 모듈화하는 과정에서 적용되는 PV-ribbon에 의해 발생하는 저항에 대해 분석하고자 하였다.

제안 방법

bus bar ribbon과 interconnection ribbon의 단위 ribbon 측정을 통해 와 같은 평균치를 얻었으며, 시료 제작을 위해 평균치에 가까운 단위 ribbon들을 선별하였다
앞선 실험에서 사용하였던 시료의 접촉저항 및 기타 저항의 분포를 관찰하기 위해 sample ⓐ, sample ⓑ, sample ⓓ, sample ⓔ, sample ⓖ, sample ⓗ에 대한 열 분포 실험을 실시하였다. power supply를 이용하여 정전류 6A 10분 동안 공급하여 발열을 관찰하였다.
bus bar ribbon과 bus bar ribbon을 150mm의 길이로 준비하여 시료 제작을 위한 단위 ribbon의 초기 저항을 측정하여 오차를 줄이고자 하였다. 단위 ribbon의 저항 측정은 측정 오차를 줄이기 위해 probe의 connection 위치를 ribbon의 양 끝에서 3mm지점으로 고정하였다. bus bar ribbon과 interconnection ribbon의 단위 ribbon 측정을 통해 <표.
본 실험에서는 ZENTECH 1075 LCR meter를 사용하여 일정한 온도(25.0℃) 조건에서 PV-ribbon module의 직렬저항의 측정을 진행하였고,, Therma CAM S65를 사용하여 일정한 온도(23℃)에서 열 분포 관찰을 진행하였다. 구성 재료는 표.
시료는 bus bar ribbon과 bus bar ribbon을 접촉한 경우와 bus bar ribbon과 interconnection ribbon을 접촉한 경우로 구분하여 과 같은 구성으로 제작하였으며, soldering의 재현성을 위해 2개의 PV-ribbon시료의 solder가 확실히 액화 될 때까지 충분한 열과 압력을 가하여 제작하였다.
실험 앞선 실험 결과를 토대로 접촉저항이 가장 작은 것으로 확인된 sample ⓔ를 적용한 태양광 모듈과 일반적으로 사용되는 sample ⓐ를 적용한 태양광 모듈을 제작하여 저항 측정 실험과 열 분포 실험을 각각 진행하였다.
앞선 실험에서 사용하였던 시료의 접촉저항 및 기타 저항의 분포를 관찰하기 위해 sample ⓐ, sample ⓑ, sample ⓓ, sample ⓔ, sample ⓖ, sample ⓗ에 대한 열 분포 실험을 실시하였다. power supply를 이용하여 정전류 6A 10분 동안 공급하여 발열을 관찰하였다.
접촉저항 분석을 위해 앞서 선별한 단위 ribbon들을 과 같은 구성으로 soldering을 실시하였다.

대상 데이터

0℃) 조건에서 PV-ribbon module의 직렬저항의 측정을 진행하였고,, Therma CAM S65를 사용하여 일정한 온도(23℃)에서 열 분포 관찰을 진행하였다. 구성 재료는 표.1와 같은 Spac의 PV-ribbon과 태양전지를 사용하였다.

성능/효과

그림과 같이 접촉면에서 저항이 증가하여 비접촉면에 비해 온도가 높게 나타나는 것이 관찰되었고, 표면이 불량한 sample의 경우 ribbon 전면에서 국부적인 온도 상승이 관찰되었다. interconnection ribbon을 적용한 sample에서는 저항이 더 높은 interconnection ribbon부분에서 bus bar ribbon보다 큰 온도 상승이 관찰되었고, bus bar ribbon에서와 같이 표면이 불량한 sample에서 국부적인 온도 상승이 관찰되었다
2>를 얻었다. 그림과 같이 접촉면에서 저항이 증가하여 비접촉면에 비해 온도가 높게 나타나는 것이 관찰되었고, 표면이 불량한 sample의 경우 ribbon 전면에서 국부적인 온도 상승이 관찰되었다. interconnection ribbon을 적용한 sample에서는 저항이 더 높은 interconnection ribbon부분에서 bus bar ribbon보다 큰 온도 상승이 관찰되었고, bus bar ribbon에서와 같이 표면이 불량한 sample에서 국부적인 온도 상승이 관찰되었다
3>과 같이 면적에 따라 크지는 않지만 저항이 증가하는 것을 알 수 있다. 또, 표면이 불량한 경우 저항이 증가하는 것을 알 수 있으며, 접촉면이 불량한 경우에도 저항이 증가하는 것이 관찰 되었다. 반면에 ribbon을 절단하지 않고, 제작한 sampleⓔ에서 저항이 가장 낮은 것이 관찰되었다.

후속연구

모듈의 발열실험 중 모듈의 핫스팟에 의해 PV-ribbon의 온도가 함께 상승하는 것이 관찰되어 모듈의 온도 변화에 따른 PV-ribbon의 저항 변화에 대한 실험을 진행할 예정이다.

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