태양전지 발전특성
태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 반도체 소자다. 광기전력 효과로 PN 접합에서 직류 전압과 전류가 생긴다. 빛이 셀 표면으로 들어오면 밴드갭 이상의 광자가 전자-정공 쌍을 만든다. 접합의 내장 전기장이 전자는 n형 쪽, 정공은 p형 쪽으로 밀어낸다. 외부…
주요 장면
대본
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.