태양전지 발전특성

태양전지란

태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 반도체 소자다.

광기전력 효과로 PN 접합에서 직류 전압과 전류가 생긴다.

구조와 원리

빛이 셀 표면으로 들어오면 밴드갭 이상의 광자가 전자-정공 쌍을 만든다.

접합의 내장 전기장이 전자는 n형 쪽, 정공은 p형 쪽으로 밀어낸다.

외부 회로를 연결하면 전자가 부하를 거쳐 흘러 전력이 공급된다.

셀 하나의 개방 전압은 0.5~0.6V로 낮아 직렬로 묶어 모듈 전압을 올린다.

I-V 곡선과 주요 점

태양전지의 전압-전류 곡선에는 세 가지 중요한 점이 있다.

단락 전류 I_SC 는 전압이 0일 때, 개방 회로 전압 V_OC 는 전류가 0일 때 나온다.

두 경우 모두 전력은 0이므로 실제 운전은 최대 출력점 MPP에서 한다.

충진율 FF 는 곡선이 사각형에 얼마나 가까운지를 나타낸다.

일사량과 온도의 영향

일사량이 줄면 전류는 거의 비례해 줄고, 전압은 거의 변하지 않는다.

온도가 오르면 전류는 아주 조금 늘지만 전압이 크게 떨어진다.

예를 들어 25℃에서 V_OC 0.60V 인 셀이 45℃가 되면 전압은 약 10% 낮아진다.

그 결과 V_OC 는 약 0.54V 가 되어, 출력과 효율이 함께 떨어진다.

헷갈리는 점

앞 문제의 정답은 단락 전류 I_SC 다.

흔한 실수는 V_OC 와 I_SC 를 곱한 값을 그대로 최대 출력으로 쓰는 것이다.

최대 출력은 V_OC 와 I_SC 의 곱에 충진율을 곱한 값과 같다.

온도 상승 시 전류가 늘어 출력이 증가한다고 쓰면 감점된다.

온도가 오르면 전압이 크게 떨어져 전체 효율이 줄어든다는 순서로 적는다.

핵심 정리

태양전지 발전특성은 I_SC, V_OC, MPP, 충진율로 정리된다.

일사량은 주로 전류를, 온도는 주로 전압을 바꾼다.

변환 효율은 최대 출력을 입사 전력으로 나눈 값으로 비교한다.