태양광 모듈의 종류와 장단점

[아윈]

태양광 모듈은 태양광 발전 시스템에서 가장 핵심 부품으로, 종류도 여러가지(결정질, 비결정질, 단결정, 다결정 등)

이고 성능과 특성에 차이가 크다.

이곳에서 각 종류별 기초적인 내용을 알아보자.

      

1. 결정질 실리콘 태양전지
   실리콘을 주재료로한 1세대 제품으로 단결정과 다결정으로 나뉘며 태양광 발전에 주로 사용된다.
 

  1) 단결정 실리콘 태양전지
      태양전지중 가장 먼저 개발된 태양전지로 실리콘 원자의 배열이 규칙적이고 일정하여 전자의 흐름에 방해가

      없어서 변환 효율(12~19%)이 높으며 아침, 저녁이나 흐린 날에도 비교적 발전이 양호하다.
      단, 변환 효율이 높고 내구성이 좋으나 생산 과정에서 비용이 많이 발생하여 가격이 높은것이 단점이다.

  2) 다결정 실리콘 태양전지
      단결정에 비하여 생산 공정이 간단하고 가격도 상대적으로 저렴하다는 장범을 가진다.
      그러나 원자의 배열이 균일하지 않아서 전자의 흐름이 원활하지 못하여 변환 효율(10~15%)이 떨어진다. 
 

             

2. 박막형 태양전지(비결정질 태양전지)

  실리콘 웨이퍼 대신 값싼 유리나 금속기판 위에 반도체 박막을 증착하여 셀과 모듈을 일관 공정으로 제조하는

  2세대 태양 전지 기술로, 1세대의 태양 전지가 소재→잉곳→웨이퍼→셀→모듈의 순차적 공정으로 처리하는 것과

  달리 TFT-LCD 박막 기술 발달로 셀과 모듈을 일관 공정으로 처리하여 저가격화가 유리하다.
  단, 박막 태양 전지는 값싼 유리/금속 기판을 소재로 사용하여 1세대 실리콘 태양 전지에 견주어 단가는 낮지만

  에너지 효율이 떨어지는 단점이 있다.

  1) 비정질 실리콘 박막형 태양전지
      비정질 실리콘(a-Si)을 유리 기판 사이에 주입해 만드는 박막형 태양 전지로 가장 일반적인 재료인 실리콘을

      사용하며, 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT-LCD) 생산 기술을 기반으로 하고 있어 기술적 안정성, 공정

      구현의 용이, 다양한 형태로 제작이 가능하다는 장점이 있으나, 에너지 전환 효율(ECF: Energy Conversion

      Efficiency)이 낮다는 단점이 있다.

  2) 화합물 박막형 태양전지
     플라스틱 등 유연한 기판을 사용하여 구부릴수 있는 플렉서블 태양전지를 만들 수 있고 가벼워서 운반과

     설치가 쉬우며 효율이 높아 응용 범위와 발전 가능성이 매우 높다.

① CIGS 박막형 태양전지 
    구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 화합물로 만든 박막형 태양 전지. 유리 기판은 물론 스테인리스,

    알루미늄 등 유연한 기판에 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 화합물을 증착하는 방식으로, 기존

    실리콘 계열 태양 전지와 달리 실리콘을 전혀 사용하지 않으면서도 태양광을 전기로 변환해 주는 효율

    (단결정질 태양전지의 약 5배)이 높은 것이 특징이다.
 
② 카드뮴텔루라이드 박막 태양전지
    카드뮴 텔루라이드(CdTe) 화합물로 만든 박막형 태양 전지. 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있으나,

    카드뮴은 희소 원료로 태양 전지를 대량 생산하는 것이 곤란하며, 공해를 유발하는 문제점을 안고 있다.

3. 3세대 태양전지

  1) 염료 감응형 태양 전지
      얇은 유리막 사이에 특수 염료를 넣어 마치 식물이 광합성을 하듯 빛을 흡수해 전기를 생산해 내는 기술. 빛을

      흡수하는 광감응성 염료, 이 염료를 지지하는 나노 티타니아 전극, 전해질, 촉매 상대전극으로 구성된 3세대

      태양 전지이다.

      Si나 박막 태양 전지와 같이 p형과 n형 반도체의 접합을 사용하지 않고 전기화학적 원리에의해 전기를

      생산하므로 이론 효율이 33%에 이르고 친환경적이어서 그린 에너지로 가장 적합한 태양 전지이다. 실리콘

      태양 전지에 비해 전력 생산 효율은 다소 떨어지지만 하루 중 전기를 발생시키는 시간이 길고, 생산 단가가

      현저하게 낮다.

      플라스틱 기판에 부착하면 건물 곡선 면에도 적용할 수 있고 색상이 다양하다.

  2) 플라스틱 태양 전지

      플라스틱의 한 종류인 고분자와 탄소 원자 60개가 축구공 모양의 구조를 이룬 플러린이라는 물질을 이용해

      빛을 전기로 만드는 전지.

      기존의 태양 전지는 실리콘이나 화합물 반도체 같은 무기물을 이용한 것으로 제조 공정이 복잡하고 제작

      단가가 비싸다는 단점이 있었으나, 플라스틱 태양 전지는 유기물인 식물의 광합성 작용 원리를 응용한 것으로

      무기물 태양 전지에 비해 값이 싸고 가벼우면서 제작 공정은 간편하다.또한 두께가 매우 얇아(100nm) 휘거나

      접을 수 있어 휴대용 충전기나 창문에 얇게 코팅하는 태양 전지 등에 활용된다.