태양전지 최대전력점(MPP)

최대전력점의 정의

최대전력점은 주어진 일사량과 온도에서 태양전지 출력 P=V×I가 최대가 되는 동작점이다.

전압을 높이면 전류가 줄고, 전압을 낮추면 전류가 늘어난다. 둘의 곱이 가장 큰 지점이 최대전력점이다.

이 점의 전압은 Vmp, 전류는 Imp라 하며, 두 값의 곱이 최대 출력 Pmax다.

I-V 곡선과 무릎

태양전지는 넓은 전압 구간에서 거의 일정한 전류원처럼 동작한다.

전압이 개방전압 Voc에 가까워지면 전류가 급격히 떨어진다. 전압이 0일 때의 전류가 단락전류 Isc다.

전력은 두 끝에서 0이 되므로 그 사이 무릎 부근에 최댓값이 생긴다. 이 점이 MPP다.

셀 효율 계산 예

셀 사양은 최대전압 0.519V, 최대전류 7.744A이고 면적은 0.156m × 0.156m다.

입사 전력은 1000W/㎡ × 0.024336㎡ = 24.336W다. 최대출력 4.015W를 나누면 효율은 16.5%다.

효율은 최대출력을 입사 전력으로 나눈 비율이다. MPP를 잡지 못하면 효율도 낮게 나온다.

세 개념 비교

세 개념은 층위가 다르다. MPP는 곡선의 점, MPPT는 그 점을 찾는 제어, FF는 곡선 모양의 지표다.

온도가 오르면 전압이 먼저 떨어져 최대전력점 출력도 줄어든다. 이 방향을 답안에 빠뜨리지 않는다.

MPPT는 추적 손실을 줄이는 기술이지, 온도 손실을 없애는 기술이 아니다.

직접 풀어 보기

직접 풀어 보자. 온도가 오를 때 최대전력점 출력이 어떻게 변하는지 생각해 본다.

정답은 감소한다. 온도가 오르면 전압이 낮아져 최대 출력이 줄어든다.

정리

마지막으로 정리한다. 최대전력점은 전압과 전류의 곱이 최대인 동작점이다.

효율은 최대 출력을 입사 에너지로 나눈 값이며, 기준 조건은 1000W/㎡, 25℃다.

온도가 오르면 MPP 출력이 줄어든다. 답안에서 이 내용을 빠뜨리지 않는다.