과학 기술의 급속한 발전과 함께 태양광 발전 기술은 국내외에서 다양한 형태와 장소로 널리 활용되고 있으며, 주로 대규모 지상형 태양광 발전소, 주거 및 상업용 건물, 옥상, 태양광 건물 통합, 태양광 가로등 등에 사용되고 있습니다. 그러나 건물, 그림자, 굴뚝, 먼지, 구름 등은 특정 위치에서 태양광 모듈을 가릴 수 있습니다. 따라서 이러한 현상이 태양 전지의 발전 효율에 얼마나 영향을 미치는지, 그리고 어떻게 해결해야 하는지에 대한 우려가 제기되고 있습니다.
실제로 태양전지는 원하는 전압이나 전류를 생성하기 위해 직렬 또는 병렬로 연결된 수많은 모듈로 구성됩니다. 높은 광전 변환 효율을 달성하려면 모듈 내 각 셀이 유사한 특성을 공유해야 합니다. 사용 중 균열, 내부 연결 불량 또는 음영 등으로 인해 하나 이상의 셀이 불일치하게 되어 셀 간의 특성 차이와 전체 시스템의 성능 저하를 초래할 수 있습니다.
직렬 분기 회로에서 음영이 진 태양 전지 모듈은 특정 조건에서 부하처럼 작용하여 빛을 받는 다른 태양 전지 모듈에서 생성된 에너지를 소비하게 됩니다. 이 경우 음영이 진 태양 전지 모듈은 과열되어 핫스팟 현상이 발생합니다. 이러한 핫스팟 현상은 태양 전지에 치명적인 손상을 초래할 수 있습니다. 음영이 진 태양 전지는 빛을 받는 다른 태양 전지에서 생성된 에너지의 일부를 소비할 수 있습니다. 핫스팟 현상으로 인한 태양 전지 손상을 방지하기 위해 태양 전지 모듈의 양극과 음극 단자 사이에 바이패스 다이오드를 병렬로 연결해야 합니다. 이렇게 하면 빛을 받는 모듈에서 생성된 에너지가 음영이 진 모듈에 의해 소비되는 것을 막을 수 있습니다.
핫스팟 발생 원인, 문제 발생 셀의 출처 및 관련 대책에 대해 설명합니다.
태양광 모듈의 핵심 구성 요소는 태양 전지입니다. 일반적으로 각 모듈에 사용되는 태양 전지의 전기적 특성은 유사해야 합니다. 그렇지 않으면 전기적 성능이 떨어지거나 음영이 진 전지(문제 전지)에서 소위 핫스팟 현상이 발생할 수 있습니다.
과열 지점을 방지하려면 각 셀을 바이패스 다이오드와 병렬로 연결해야 합니다. 배터리에 문제가 발생하거나 셀에 음영이 생기면 바이패스 다이오드가 문제가 있는 셀을 우회하게 됩니다.
각 셀에 다이오드를 병렬로 연결하는 것은 현실적으로 불가능합니다. 일반적으로, 어셈블리는 18개(직렬 연결 시 36개 또는 54개 셀) 또는 24개(직렬 연결 시 72개 셀)의 셀이 직렬로 연결되고 다이오드가 병렬로 연결됩니다.
이 18개 또는 24개 셀에서 생성되는 전류가 일정하지 않을 경우, 즉 문제가 있는 셀이 존재할 경우, 스트링 전체에 흐르는 전류가 해당 문제 셀에 과열 지점을 유발할 수 있습니다. 스트링마다 전류가 다를 경우, 바이패스 다이오드가 연결된 상태에서 모듈의 특성 곡선에 계단형 곡선 또는 비정상적인 곡선이 나타날 수 있습니다.
모듈 내 태양 전지의 성능이 균일하지 않으면 반드시 핫스팟이 발생합니다. 핫스팟 현상은 모듈의 출력 특성 곡선과 적외선 이미징을 이용하여 감지할 수 있습니다.
모듈 내 태양 전지 성능의 불규칙성이 태양 전지 광 감쇠에 따른 효율 손실로 인해 발생하는 경우, 모듈의 출력 특성 곡선과 적외선 이미징을 이용하여 핫스팟 문제를 감지할 수 있습니다. 감쇠 전후의 모듈 출력 특성 곡선을 비교하고, 적외선 이미징을 통해 조명 전후의 변화를 관찰할 수 있습니다.
모듈이 바이패스 다이오드에 연결되지 않은 경우, 문제가 있는 셀이 있더라도 모듈의 출력 특성 곡선에서 계단형 곡선이 나타나지 않지만 단락 전류는 정상 모듈보다 작아야 합니다. 이는 핫스팟 현상이 존재함을 나타냅니다.
