초록 ▼

□연구개요
본 연구는 기존의 단일 칩 기반 집광형 태양광발전(CPV) 방식이 갖는 스펙트럼 한계를 뛰어넘어 0.2~3.0μm에 달하는 태양광의 스펙트럼을 더욱 넓게 커버할 수 있는 스펙트럼 분할 방식의 새로운 태양광 집광 기술을 개발함으로써 태양광 발전의 광전변환효율을 획기적으로 증가시키며 이를 저가의 광부품으로 구현하여 대규모의 초고효율 CPV 태양광 발전이 가능하게 하고자 하는 연구이다.

□연구 목표대비 연구결과
기존의 단일접합 실리콘 태양전지에 기반한 태양광발전(PV)의 광전변환효율은 15%내외에 머물고

□연구개요
본 연구는 기존의 단일 칩 기반 집광형 태양광발전(CPV) 방식이 갖는 스펙트럼 한계를 뛰어넘어 0.2~3.0μm에 달하는 태양광의 스펙트럼을 더욱 넓게 커버할 수 있는 스펙트럼 분할 방식의 새로운 태양광 집광 기술을 개발함으로써 태양광 발전의 광전변환효율을 획기적으로 증가시키며 이를 저가의 광부품으로 구현하여 대규모의 초고효율 CPV 태양광 발전이 가능하게 하고자 하는 연구이다.

□연구 목표대비 연구결과
기존의 단일접합 실리콘 태양전지에 기반한 태양광발전(PV)의 광전변환효율은 15%내외에 머물고 있다. 이에 태양전지 사용 면적을 획기적으로 줄이고 광전변환효율을 30% 이상으로 향상시키기 위한 방안으로 다중접합 III-V족 태양전지를 사용하는 집광형 태양광발전(CPV) 방식이 있다. CPV는 PV에 비해 다양한 파장의 빛을 흡수 하지만 단일 칩으로 구성되어 매우 넓은 태양의 스펙트럼을 흡수하기에는 역부족이다. 이에 본 연구에서는 새로운 스펙트럼 분할 방식을 고안하여 태양의 넓은 스펙트럼을 충분히 활용하는 초고효율 CPV 방식을 도출하였다. 특히 고가의 스펙트럼분할용 광부품을 사용하는 기존 방식을 뛰어넘어 저가의 광부품으로 구현되는 스펙트럼 분할 집광 광학계를 설계함으로써 대규모의 CPV factory 구현을 지향하였다. 이를 위해 본 연구에서는 다음과 같은 세 가지 방안을 제시하고 검증하였으며 그 결과를 SCI저널에 게재하였다.
1. STW(Stepped Thickness Waveguide 계단식 두께 도파로)를 사용하는 대규모 스펙트럼 분할 태양광 집광장치 ☞ 특징: 높은 집광 비율
2. 프리즘+CPC(Compound Parabolic Concentrator) 조합의 스펙트럼 분할 CPV 방식 ☞ 특징: 간단한 구조->대량생산, 확장성 용이->대규모설치
3. 특수 커브 선형 프레넬 렌즈(special curved linear Fresnel lens)를 사용하는 point-focus 스펙트럼 분할 태양광 집광장치 ☞ 특징: 최소의 비용소요
※ 각각의 방식은 서로 다른 특징으로 인하여 필요로 하는 태양광 발전 상황에 따라 유효적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

□연구개발결과의 중요성
• 학문적 측면: (1안)STW를 사용할 경우, 도파로 내에서 빛의 모드가 고르게 섞이므로 균일한 조도에 의한 광전변환효율의 증대가 기대됨. (2안)태양추적장치에 의해 항상 수직으로 입사되는 빛이 프리즘을 통해 CPC로 입사되면 CPC에 의한 집광뿐만 아니라 프리즘의 분산특성으로 인해 자동으로 스펙트럼별 grouping이 되는 점을 이용하는 것은 매우 획기적인 아이디어임. (3안)하나의 primary lens만을 사용하여 스펙트럼분할 및 집광효과를 동시에 얻을 수 있음.
• 기술 ․ 경제적 측면: (1안, 2안, 3안)주요 광학부품의 제작이 PMMA와 같은 저가의 물질로 간단하게 이루어지므로 대량생산이 가능함. 모듈별 반복적 설치가 가능하므로 대규모 태양광발전에 적합함.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 6
• 4. 참고문헌 ... 7
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10