태양광 발전 모듈의 변환 효율에 대해서 알아보자

[doh11]

 태양광 발전 모듈의 변환 효율에 대해서 알아보자

태양광 변환 효율이란?

태양광 발전의 "변환 효율"은 "태양광 패널이

태양 에너지를 얼마나 전기 에너지로 변환 할 수 있는지?"를 보여줍니다. 

더 쉽게 말하면, 

"태양에서 얼마나 전기를 발전 할 수 있는지"를 나타내는 숫자입니다.

변환 효율이 높을수록 같은 매수의 태양광 패널을 설치해도 

더 많은 전기를 만들어 낼 수 있습니다. 

태양광 발전의 변화 효율을 나타내는 지표로서 

'모듈 변환 효율'과 '셀 변환 효율'의 두 가지가 존재합니다.

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모듈 변환 효율

모듈 변환 효율은 태양 전지판 (태양 전지 모듈)의 

1 평방 미터 당 변환 효율을 나타내는 지표입니다. 

태양광 패널의 발전 능력을 나타내는 지표로서 

일반적으로 사용되는 것이 이 "모듈 변환 효율"입니다.

모듈 변환 효율은 다음의 계산식으로 도출 할 수 있습니다.

• 모듈 변환 효율 = (모듈 공칭 최대 출력 (W) × 100) ÷ (단위 면적 (m2) × 1000 (W / m2))

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셀 변환 효율

메이커 등의 카탈로그를 보고 있으면, 

모듈 변환 효율 외에 셀 변환 효율라는 설명이 있습니다. 

셀은 태양 전지 모듈을 구성하고 있는 최소 단위의 구성 요소이며, 

셀 변환 효율은 태양 전지 1 장당 변환 효율을 나타내는 지표입니다. 

셀 변환 효율은 셀을 연결했을 때의 전기 저항의 영향을 받지 않기 때문에 

모듈 변환 효율에 비해 수치가 높은 경향이 있습니다.

셀 변환 효율은 다음의 계산식으로 도출 할 수 있습니다. 

• 셀 변환 효율 = 출력 전기 에너지 ÷ 태양 에너지 × 100

셀 변환 효율은 모듈 변화 효율에 비해 수치가 커지기 때문에 

업체에는 셀 변환 효율을 표시하여 

태양광 패널의 성능이 높은 것처럼 보이려고 하는 경우도 있으므로 주의합시다.

소재마다의 변환 효율과 한계 수치

태양 전지 모듈의 소재에 따라 변환 효율의 수치는 다릅니다.

결정 실리콘계 태양 전지

결정 실리콘계 태양 전지는 일본 국내에서의 점유율이 

약 80% 가까이 달하는 태양 전지입니다.

모듈의 제조 방법에 의해

"단결정" "다결정" "박막"으로 종류가 나뉩니다.

"단결정" "다결정" "박막"각각 변환 효율이 다르며,

• 단결정 패널의 변환 효율 ......... 20 % 정도
• 다결정 패널의 변환 효율 ......... 15 % 정도
• 박막 패널의 변환 효율 ............ 10 % 정도

위의 자료와 같다고 보시면 됩니다.

또한 2019년 시점에서 제품화 수준에서 

가장 변환 효율이 높은 태양 전지 모듈은 

도시바 (SPR-X22-360)의 「22.1 %」이라고 합니다.

현재로서는 다른 종류의 태양 전지에 비해 

가장 변환 효율이 높은 결정 실리콘계 태양 전지이지만, 

변환 효율의 한계 수치는 이론상 "29 %"라고 합니다.

[이 포스팅은 일본 기사를 번역한 것 입니다.]

출처 - https://rakuene-shop.jp/columns/solar-conversion-efficiency/

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[전기N정보통신]

태양광 발전은 빛에너지가 원자내 전자에 대하여 일함수 이상의 에너지가 작용하여, 이 전자가
전기의 굴레(궤도)에서 벗어나서 잔유전자가 되었을때, 이 자유전자가 정공이 존재하는
P형 반도체 물질로 넘어가게 되죠

모든 원자는 옥텍규칙이 적용됩니다
즉 최외각 궤도에는 전자(이를 전자가 전자라 함)를 8개로 채워서 가장 안정적인 물질로 되려는 성실이죠
따라서 최외각 전자가 8개인 원자 즉 8족 원소인 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤, 제논 등이 안정적인 물질임

따라서 전자가 4가인 물질인 탄소, 실리콘, 겔마늄과 3가인 붕소, 알미늄, 칼륨 등을 혼합하면 전자가가 7로써 전자가 1개 부족하여(양자가 남고) 양극인 P형 반도체가 되고
전자가 4가인 위 물질과 5가인 질소,인, 비소,안티오니 등과 혼합하면 전자가가 9이 되어 전자가 1개 남게 됨(N형)

위 두 물질을 맞붙여 놓고(포토다이오드) 빛에너지, 열에너지 등 외부에서 에너지를 가하면, 전자가 P형으로 이동하는데, 이때 전위차가 생기면서 전류가 흐름(전자 흐름의 역발향으로 전류의 흐름이 생김)
이때 전자에 가해지는 에너지의 크기는 일함수(네이버에서 검색할것)이상이 되어야 자유전자가

[전기N정보통신]

N형 반도체에서 P형 반도체로 이동하게 되고, 전자의 흐름 반대방향으로 전류의 흐름이 생기고 전위차가 생깁니다.

원자에 가해지는 빛 에너지는 플랭크의 이론대로

E = h . f
h: 프랭크 상수
E 빛에너지의 크기
f : 빛의 주파수 , 파장이 짧은 빛은 주파수가 크다

태양광 전지판은 70여개의 셀로 구성되어 있는데
이 셀이 바로 포토다이오드로 만즐어 집니다.

모듈은 1 x 2m 이고(2 평방미터) 태양광 에너지는 1평방미터당 1,000 w 로 기준으로하고(왜 이 값이 기준이 되는지는 모름) 모듈 1평방 미터당 200w(2펴방미터당 400w) 임으로 대략 빛에너지가 전기에너지로 바뀔때 20% 변환효율이 됩니다.