반사시스템을 이용한 양면형 태양광모듈 발전량 평가기법 = Methods for Evaluating Bifacial Solar Module Power Generation Using Reflection System

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 IEC 표준방법의 발전량 평가법을 대체 할 반사시 스템을 이용한 양면형 태양광모듈 발전량 평가법에 대한 연구 이다. 후면을 통한 추가적인 발전량을 확보할 수 있다는 장점을 가 진 양면형 태양광모듈은 최근까지 단면형 태양광모듈의 방법을 적용하여 후면 발전량의 기여를 인정받지 못하고 있었다. 이는 양면형 태양광모듈이 국내외 시장에서 단면형 태양광모듈을 대 체하며 점유율이 50% 가까이 차지하고 있는 상황에서 시험인 증평가체계가 시장에서 요구하는 기술 개발에 대한 대응의 한 계를 보여주었다. 2019년 국제전기기술위원회(IEC)에서는 양 면형 태양광모듈에 관한 성능평가 표준인 IEC TS 60904-1-2 를 제정하게 되었는데 양면형 태양광모듈에 대한 최초의 독립 적인 표준이라는 점에서 의미가 있다. 이 표준에서는 옥외측정 법, 양면광원법, 단면광원법 세가지의 성능평가 방법을 제시하 고 있는데 이 방법들은 다양한 환경조건과 기존의 시험장비 및 절차를 적용 가능한 장점이 있지만, 각 측정 방법은 실제 측정 환경에 적용하기 어려운 단점들이 존재하는 문제를 가지고 있다. 먼저 옥외측정법에서는 날씨로 인한 시험환경의 다변화로 시험 재현형과 데이터 신뢰성이 저하되며, 양면광원법은 양면 광원 시뮬레이터 조성을 위한 고가의 신규 장비 구매로 인한 비용 증가하게 된다. 단면광원법은 광원 보정을 위한 시험절차 의 추가로 인한 인력 운영의 증가로 시간적, 경제적 손해가 발 생하는 한계점을 보여주고 있다. 이에 본 논문에서는 IEC 표 준방법의 구조적 한계를 보완할 수 있는 대체 방법에 대해 찾 는 것을 주목적으로 하였으며, 그 방안으로 모듈 후면에 태양 광 시뮬레이터의 신규구매 및 개조 비용 대비 경제성이 높은 반사시스템을 제작하고 설치하여 후면발전량을 발생시킬 수 있는 반사시스템을 이용한 발전량 성능평가 방법을 제안하였 다. IEC 표준의 대체 방법으로는 단면광원법을 선택하였는데, 이는 현재 대부분의 시험·연구기관에서 단면광원 방식의 태양 광 시뮬레이터를 사용하고 있다. 또한 이에 기반한 시험절차가 널리 표준화 되어 있기에 장비 호환성 및 숙련된 절차로 인한 실무적 접근 측면에서 단면광원법은 비교검증 연구를 수행하 기 위한 가장 적절한 기준이다. 실험에서는 반사시스템의 반사 율과 모듈 후면과의 거리 및 기울기를 변화시켜 발전량을 측 정 및 분석하였고 후면조사량, 광조사각, 반사광 유입특성, 출 력변화를 정량적으로 분석하였다. 그 결과 반사시스템을 이용 하여 도출한 양면형 태양광모듈의 발전량은 IEC 표준방법에 의한 평가 결과와 발전량 차이가 1~3.5% 사이로 허용 오차범 위 내에서 일치하였으며, 이는 반사시스템 평가방법을 제안한 가장 큰 목적인 IEC 표준방법과 동등한 수준의 결과를 나타내 고 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 반사시스템이 IEC 표준 에서 제시한 단면광원법의 대체 방법으로서 가능성을 확인하 였으며, 경제적이고 효율적인 방법으로서 양면형 태양광모듈의 성능평가체계 확립 발전에 도움이 될 것으로 사료 된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구의 필요성 및 목적 1
• 1.2 연구동향 4
• 1.3 연구내용 7
• Ⅱ. 양면형 태양광모듈의 특성 9
• 2.1 양면형 태양광모듈 원리 9
• 2.1.1 태양전지원리 9
• 2.1.2 양면형 태양전지구조 및 특성 13
• 2.2 양면형 태양광모듈 동향 및 성능평가절차의 특징 21
• 2.2.1 국내외 표준동향 21
• 2.2.2 성능평가절차의 특징 32
• 2.2.3 성능평가절차의 문제점 38
• Ⅲ. 제안된 발전량 평가법 40
• 3. 반사시스템을 이용한 발전량 평가 40
• 3.1 실험구성 40
• 3.2 실험조건 46
• Ⅳ. 반사시스템 평가법 연구 51
• 4.1 IEC 표준 기반 발전량 평가 51
• 4.1.1 단면광원법 선정 사유 51
• 4.1.2 평가결과 및 분석 53
• 4.2 반사시스템 기반 발전량 평가 61
• 4.2.1 반사시스템 조건별 평가 61
• 4.2.2 평가결과 및 분석 72
• Ⅴ. 결론 101