태양 전지 패널 : 정의, 유형 및 작동방식

 

태양 전지판이란?

태양전지 패널 또는 태양광(PV) 모듈은 설치를 위한 프레임워크에 장착된 태양광 전지의 조립체입니다. 태양 전지 판넬은 태양 광선을 흡수하고 전기 또는 열로 변환하는 데 사용할 수 있습니다.

태양 전지판은 실제로 태양광 효과를 통해 전기를 생성하는 데 사용할 수 있는 태양전지(또는 태양광) 전지의 집합체입니다. 이 셀은 태양 전지 패널의 표면에 그리드 와 같은 패턴으로 배열됩니다. 따라서 이를 지지하는 구조상에 장착된 태양광 모듈 세트로도 기재될 수 있습니다. 태양광(PV) 모듈은 6×10의 태양전지의 포장 및 연결된 조립체입니다.

대부분의 태양 전지 판지는 천연 해변 모래의 주요 구성 요소인 결정성 실리콘 태양 전지로 만들어집니다. 실리콘은 풍부하게 사용할 수 있어 지구상에서 두 번째로 사용할 수 있는 요소입니다. 그러나 모래를 고급 실리콘으로 변환하는 것은 높은 비용으로 제공되며 에너지 집약적인 공정입니다.

 

태양 전지패널은 어떻게 작동할까?

태양전지 판넬은 햇빛을 에너지원으로 사용하고 직접 전류 전기를 생성합니다. PV모듈 모음을 PV패널이라고 하며 패널 시스템은 배열입니다. 태양광 시스템의 배열은 전기 장비에 태양 광 전기를 공급합니다.

우리 모두는 태양광 태양 전지판이 햇빛을 사용 가능한 전기로 변환한다는 것을 알고 있지만, 그 과정의 실제 과학을 아는 사람은 거의 없습니다.

분자 수준에 도달하기 전에 전기 발전의 기본 흐름을 살펴보겠습니다.

태양 에너지 발전 및 전송의 기본 단계

▷ 햇빛은 태양 전지 패널에 부딪히고 전기장을 만듭니다.

▷ 생성된 전류는 패널의 가장자리와 전도성 와이어로 흐릅니다.

▷ 전도성 와이어는 전기를 인버터로 운반하며, 이 전기는 건물에 전력을 공급하는 데 사용되는 직류에서 교대로 변환됩니다.

▷ 또 다른 케이블은 인버터에서 속성의 전기 패널(브레이커 박스라고도 함)에 번갈아 가는 전류를 전달하며, 필요에 따라 건물 전체에 전력을 분배합니다.

▷ 생성에 필요하지 않은 전기는 전력망으로 전기 미터를 통해 흐릅니다. 전류가 미터를 통해 흐르면 미터가 역전되어 과도한 생성이 귀하의 재산에 기여합니다.

 

이제 태양광 발전이 어떻게 생성되고 흐르는지에 대한 기본적인 아이디어를 가지고 있기 때문에 태양광 패널 뒤에 있는 과학을 더 깊이 살펴보겠습니다.

태양 광 PV패널은 많은 작은 태양광 전지로 구성되어 있습니다. - 태양광은 햇빛을 전기로 변환 할 수 있음을 의미합니다. 이 세포는 전기장을 만드는 데 필요한 전기 불균형을 유지하면서 전기를 전도 할 수있는 재료인 반도체 재료, 가장 일반적으로 실리콘으로 만들어집니다.

태양광 PV 셀에서 반도체에 햇빛이 닿으면 빛의 에너지가 광자 형태로 흡수되어 일련의 전자를 방출하여 셀 주위를 자유롭게 표류합니다. 태양 전지는 전기장을 만들기 위해 함께 연결된 양적으로 음전하 반도체로 특별히 설계되었습니다.

 

이 전기장은 구동 전자가 셀에 줄을 선 전도성 금속판을 향해 특정 방향으로 흐르도록 강요합니다. 이 흐름은 에너지 흐름이라고 하며 전류의 크기는 각 셀이 생성할 수 있는 전력의 양을 결정합니다. 느슨한 전자가 금속판에 부딪히자마자 전류가 전선에서 수행되어 전자가 다른 발전 원과 같이 흐를 수 있습니다.

 

태양전지 패널이 전기를 생성함에 따라 에너지는 일련의 전선을 통해 인버터로 흐릅니다. 태양전지 판넬은 직접 전류를 생성하지만 대부분의 전기 소비자는 건물에 전력을 공급하기 위해 전류를 번갈아 가며 야합니다. 인버터의 기능은 전류를 직접 전류에서 번갈아 가는 전류로 변환하고 매일 사용할 수 있도록 하는 것입니다.

 

전기가 사용 가능한 상태(교류 전류)로 변환된 후 인버터에 의해 전기 패널(회로 차단기 상자라고도 함)으로 전송되고 필요한 경우 건물 전체에 배포됩니다. 이제 전기는 태양 에너지를 가진 램프, 가전제품 및 기타 전기 장치에 사용할 수 있습니다.

 

 

태양광 전지판은 어떻게 만들어질까?

태양광발전은 실리콘 셀의 주요 부품의 숫자로 구성되어 있습니다. 주기적인 표에서 원자번호 14인 실리콘은 햇빛을 전기로 변환할 수 있는 전도성 특성을 가진 비금속입니다.

빛이 실리콘 셀과 상호 작용할 때 전자가 움직이면서 전기의 흐름을 일으킵니다. 이를 "태양광 효과"라고 합니다. 그러나 실리콘 셀만으로는 가정에 전기를 공급할 수 없습니다. 그들은 태양 전지의 전자가 탈출하고 유용한 에너지를 제공 할 수 있는 금속 케이스 및 배선과 결합됩니다.

실리콘은 박막 태양 전지판과 가장 자주 연관되는 단일 세포 (단결정), 다결정 성 또는 무정형 형태와 같은 여러 가지 다른 세포 구조에서 발생합니다.

 

태양전지 패널 제조 공정

단결정 PV 셀 을 제조하는 단계:

▷ 실리카 모래는 99 % 순수 실리콘을 만들기 위해 아크 로에서 정제됩니다.

▷ 99% 실리콘은 100% 순수 실리콘에 가깝게 더욱 정제됩니다.

▷ 실리콘은 붕소 또는 인 (P형 또는 N형)으로 도핑됩니다.

▷ 도핑 된 실리콘은 용융되어 결정성 고부로 추출됩니다.

▷ 둥근 통은 얇은 사각형 웨이퍼로 다이아몬드 와이어 컷입니다.

▷ 얇은 베이스 웨이퍼는 P형 또는 N형 실리콘의 초박층으로 코팅되어 PN 접합을 형성합니다.

▷ 반사 방지 층과 금속 손가락이 셀 표면에 추가됩니다.

▷ 플랫 리본 부스바(그림과 같이) 또는 얇은 와이어(MBB) 부스바가 추가됩니다.

 

단결정 태양 전지 판넬은 대형 실리콘 블록으로 만들어졌으며 실리콘 웨이퍼 형식으로 제조됩니다. 제조 공정에는 태양전지 패널에 장착할 수 있는 개별 실리콘 웨이퍼절단이 포함됩니다.

 

단결정 실리콘 셀은 다결정성 또는 비정질 태양 전지보다 더 효율적입니다. 개별 단결정 웨이퍼의 제조는 노동 집약적이며 결과적으로 다결정 세포보다 제조비용이 더 비쌉니다. 단결정 세포는 뚜렷한 검은 미학을 가지고 있으며 종종 SunPower의 프리미엄 패널의 매끄러운 외관과 관련이 있습니다.

다결정 태양 전지는 실리콘 전지이기도 하지만 큰 블록으로 형성되어 웨이퍼로 절단되는 대신 여러 실리콘 결정을 함께 녹여 만들어집니다. 많은 실리콘 분자가 녹은 다음 다시 플레이트 자체로 융합됩니다.

다결정 세포는 단결정 세포보다 덜 효율적이지만 비용이 적게 듭니다. 그들은 종종 SolarWorld 태양 전지 패널의 미학과 관련된 푸른 색조를 가지고 있습니다.

마지막으로, 비정질 실리콘 셀은 박막 태양 전지 판넬에 자주 사용되는 유연한 태양 전지 패널 재료를 생성합니다. 비정질 실리콘 셀은 비 결정적이며 대신 유리, 플라스틱 또는 금속과 같은 기판에 부착됩니다.

 태양전지의 독특한 유형이 만들어진 후, 태양 전지 제조업체는 전기 시스템을 연결하고, 셀에 반사 방지 코팅을 추가하고, 금속 및 유리 케이스에 전체 시스템을 하우징하여 공정을 완료합니다.

 

태양광 전지판의 부품구성은?

태양전지 판넬은 아래에 설명된 6개의 주요 부품을 사용하여 제조되며 고급 제조 시설에서 최대한 정밀도로 조립됩니다.

현재 가장 널리 사용되고 가장 강력한 태양 전지이기 때문에 결정성 실리콘 태양 전지로 만든 모듈에 초점을 맞출 것입니다. 박막 및 스크린 인쇄 셀과 같은 다른 태양광 PV 기술이 있지만 사용이 제한적이거나 아직 개발 중이기 때문에 이러한 기술에 대해서는 제외하도록 하겠습니다.

 

태양전지 패널의 6가지 주요 구성 요소

▷ 태양 광 전지

▷ 튼튼한 유리 - 3 ~ 3.5mm 두께

▷ 압출 알루미늄 프레임

▷ 캡슐화 – EVA 필름 레이어

▷ 폴리머 리어 백 시트

▷ 정션 박스 – 다이오드 및 커넥터

 

1. 태양 광 전지

태양 광 전지 또는 PV셀은 햇빛을 DC 전기 에너지로 직접 변환합니다. 태양 전지 패널의 성능은 사용되는 실리콘의 세포 유형 및 특성에 의해 결정되며, 두 가지 주요 유형은 단결정 및 다결정 실리콘입니다. PV셀의 베이스는 매우 얇은 웨이퍼, 전형적으로 0.1mm 두께이며 양수 p형 실리콘 또는 음수 n형 실리콘으로 만들어집니다.

반 컷 또는 분할 셀, 멀티 버스바(MBB) 셀 및 최근에는 얇은 겹치는 웨이퍼 스트립을 사용하여 셀을 파쇄하는 등 다양한 수준의 효율성과 성능을 제공하는 다양한 셀 크기와 구성이 있습니다.

 

2. 유리

전면 유리창은 날씨로부터 PV 세포를 보호하고 공기 중의 우박이나 퇴적물로부터 영향을 미칩니다. 유리는 일반적으로 기계적 하중과 극한의 온도 변동을 견딜 수 있는 3.0 ~ 4.0mm의 두께가 있는 고강도 강화 유리입니다.

IEC 최소 표준 충격 테스트는 태양전지 패널이 직경 25mm(1인치)의 충격을 최대 27m/s의 속도로 견딜 수 있어야 합니다. 사고나 심한 충격이 발생할 경우, 강화 유리는 날카롭고 들쭉날쭉한 섹션보다 작은 조각으로 부서질 가능성이 높기 때문에 표준 유리보다 훨씬 안전합니다.

 

3. 알루미늄 프레임

알루미늄 프레임은 셀이 있는 라미네이트 섹션의 가장자리를 보호하고 태양 전지판을 배치하는 견고한 구조를 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 압출 된 알루미늄 프로파일은 매우 가볍고 뻣뻣하며 강한 바람과 외부 힘의 극단적 인 하중과 부하를 견딜 수 있습니다.

알루미늄 프레임은 실버 또는 검은색으로 양극 산화될 수 있습니다. 패널 제조업체에 따라 코너 섹션은 서로 다른 강점과 강성을 달성하기 위해 나사, 압착 또는 함께 고정할 수 있습니다.

 

4. 에바 필름

EVA는 특별히 개발된 매우 투명한 폴리머 층(플라스틱 층)인 "에틸렌 비닐 아세테이트"를 의미하며, 이는 세포가 제조 중에 캡슐화 되고 제자리에 고정되어 있습니다. EVA 재료는 내구성이 뛰어나고 온도가 매우 뛰어나며 습기에 내성이 있어야 합니다. 습기와 먼지가 유입되는 것을 방지하여 장기적인 성능에 중요한 역할을 합니다.

 

5. 백시트

백 시트는 수분 장벽과 최종 외부 피부 역할을 하며 기계적 보호 및 전기 절연을 모두 제공하는 일반적인 태양 전지 패널의 가장 후방 층입니다. 백 시트 재료는 PP, PET 및 PVF를 포함한 다양한 폴리머 또는 플라스틱으로 만들어졌으며, 이는 다양한 수준의 보호, 열 안정성 및 장기 UV 저항을 제공합니다. 뒷면 시트 수준은 일반적으로 흰색이지만 제조업체 및 모듈에 따라 투명하거나 검은색으로도 사용할 수 있습니다.

 

6. 정션 박스 및 커넥터

정션 박스는 패널 뒷면에 작은 내후성 하우징입니다. 패널을 연결하는 데 필요한 케이블을 안전하게 부착해야 합니다. 접합 상자는 모든 세포가 연결되어 습기와 먼지로부터 보호해야 하는 중심 지점이기 때문에 중요합니다.

 

태양 전지패널의 종류

1. 단결정 태양 전지패널

이 태양 전지 판넬은 인위적으로 재배 된 결정에서 추출 된 실리콘의 얇은 웨이퍼를 사용하여 만들어집니다. 단독으로 개발된 단일 결정은 이러한 세포를 형성하고 가장 효율적으로 만드는 데 도움이 됩니다. 이것이 다른 유형 중에서 가장 비싼 이유입니다. 그들의 대응 다결정 세포에 비해, 단결정 태양 전지는 약 35% 더 비싸고 15-24% 사이에서 효율성 비율을 제공합니다.

 

2. 다결정 태양 전지 패널

다결정 태양 전지는 또한 인위적으로 자란 결정에서 파생된 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용하여 만들어지며, 유일한 차이점은 단일 결정이 아니라는 것입니다. 오히려 동시에 전파되는 여러 개의 연동 실리콘 결정을 사용합니다. 따라서 생산 비용이 저렴하고 여전히 13-18 %의 효율 속도를 제공합니다.

 

3. 박막 태양 전지 패널

보다 비용 효율적인 옵션을 찾고 있다면 박막을 고려하십시오. 박막 태양 광 모듈은 기판에 태양광 재료 (예 : 실리콘, 카드뮴 또는 구리와 같은)의 하나 이상의 필름을 배치하여 만들어집니다. 이러한 유형의 태양광 모듈은 제조하기가 가장 쉽고, 규모의 경제로 인해 제조업체에 필요한 재료가 적기 때문에 대안보다 저렴합니다.

또한 대체 응용 분야에 대한 많은 가능성을 열어주며 고온의 영향을 덜 받는 유연합니다. 가장 큰 문제는 공간을 많이 차지하며 일반적으로 주거용 설치에 적합하지 않다는 것입니다.

모노 및 다결정 태양 광 모듈보다 수명이 짧기 때문에 가장 짧은 보증을 제공하지만 공간이 충분한 다양한 유형의 태양 전지 패널 중에서 선택할 수 있는 좋은 옵션이 될 수 있습니다.

 

4. 비정질 태양 전지패널

태양 전지의 가장 저렴한 형태는 비정질 태양 전지입니다. 비정질 태양 전지는 결정의 사용을 피하는 대신 생산 공정은 백업 기판에 얇은 실리콘을 포함합니다.

비정질 태양 전지는 매우 얇은 실리콘 층을 가진 태양 전지의 유연성과 겨울 동안 낮은 수준의 빛에서 높은 효율의 두 가지 주요 이점을 제공합니다.

하지만, 이러한 위의 장점을 제공하는 동안, 효율성을 손상시키고 다른 두 가지 변종에 비해 7%-9%의 가장 낮은 효율률을 제공합니다. 따라서 동일한 출력을 제공하기 위해서는 패널 영역의 약 2배가 필요합니다. 지금까지는 업계에서 승인된 생산 기술조차 없기 때문에 다른 두 유형의 태양전지 패널보다 견고하지 않습니다.

 

5. 바이오 하이브리드 태양 전지 패널

완전히 태양전지가 아니지만 하이브리드 태양전지는 단결정 태양전지와 비정질 태양전지의 혼합물입니다.

각 유형의 태양전지에 비해 하이브리드 유형은 두 태양전지의 힘의 조합으로 인해 가장 효율적입니다.

최고의 것을 선택해야 하는 경우 다결정 세포는 가격, 설계 및 효율성 속도에 대한 가치로 인해 대부분의 설치에 가장 적합한 것으로 생각됩니다.

 

 

태양 에너지의 장점과 단점

태양 에너지 시스템의 장점

1. 재생 가능 에너지 원

태양전지 판넬의 모든 장점 중에서 가장 중요한 것은 태양 에너지가 진정한 재생 에너지원이라는 것입니다. 그것은 세계의 모든 지역에서 사용할 수 있으며 매일 사용할 수 있습니다. 다른 에너지원과 달리 태양 에너지가 부족할 수는 없습니다.

 

2. 전기요금 절감

태양계에서 생성된 전기로 에너지 수요의 일부를 충당하기 때문에 에너지 비용은 감소합니다. 청구서에 얼마나 절약하느냐는 태양계의 크기와 전기 또는 열 소비량에 따라 달라집니다.

 

3. 다양한 응용 프로그램

태양 에너지는 다양한 목적으로 사용될 수 있습니다. 전기(태양광) 또는 열(태양열 에너지)을 생성할 수 있습니다. 태양 에너지는 그리드 접근이 없는 지역에서 전기를 생성하고, 깨끗한 물을 공급할 수 없는 지역에 물을 증류하고, 우주에서 위성에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.

 

4. 낮은 유지 보수 비용

태양광 시스템은 일반적으로 많은 유지 보수가 필요하지 않습니다. 당신은 그들을 상대적으로 깨끗하게 유지해야하므로 일년에 몇 번 청소하는 것만으로도 충분합니다. 일부 태양광 모듈 제조업체는 20년에서 25년 의 보증을 제공합니다.

움직이는 부품이 없기 때문에 마모가 없습니다. 인버터는 태양 에너지를 전기와 열(태양 광 PV 대 태양열)으로 변환하기 위해 지속적으로 작동하기 때문에 일반적으로 5-10 년 후에 교체해야 하는 유일한 부분입니다. 인버터 외에도 태양광 시스템이 최대 효율로 실행되도록 케이블을 유지 관리해야 합니다.

 

5. 기술 개발

태양광 산업의 기술은 끊임없이 진화하고 있으며 향후 개선이 더욱 심화될 것입니다. 양자 물리학 및 나노 기술의 혁신은 잠재적으로 태양 전지 패널의 효율성을 높이고 태양 광 발전 시스템의 전기 입력을 두 배 또는 세 배로 늘릴 수 있습니다.

 

단점은 태양 에너지 시스템

1. 비용

태양계를 구입하는 초기 비용은 매우 높습니다. 여기에는 태양 전지 판넬, 인버터, 배터리, 배선 및 설치비용을 지불하는 것이 포함됩니다. 그럼에도 불구하고 태양광 기술은 끊임없이 진화하고 있으므로 향후 가격이 하락할 것으로 가정할 수 있습니다.

 

2. 날씨에 따라 달라 지는 효율

태양 에너지는 여전히 흐리고 비오는 날에 수집 할 수 있지만, 태양계의 효율성은 감소합니다. 태양 전지판은 태양광에 의존하여 태양 에너지를 효과적으로 수집합니다. 그 결과, 몇 가지 흐린, 비오는 날은 에너지 시스템에 눈에 띄는 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 밤에는 태양 에너지를 수집할 수 없다는 점을 고려해야 합니다.

 

 

3. 태양 에너지 저장은 비싸다

태양 에너지를 즉시 사용하거나 대형 배터리에 보관할 수 있어야 합니다. 오프 그리드 태양 광 시스템에 사용되는 이 배터리는 밤에 에너지를 사용할 수 있도록 낮동안 충전할 수 있습니다. 이것은 하루 종일 태양 에너지를 사용하기 위한 좋은 솔루션이지만, 또한 매우 비쌉니다.

대부분의 경우 낮에는 태양 에너지만 사용하고 밤에 그리드에서 에너지를 섭취하는 것이 현명합니다(시스템이 그리드에 연결되어 있는 경우에만 가능합니다). 다행히도, 에너지 요구는 일반적으로 낮에는 더 높기 때문에 태양 에너지에서 대부분의 에너지를 얻을 수 있습니다.

 

4. 많은 공간을 사용

더 많은 전기를 생산할수록 가능한 한 많은 햇빛을 수집해야 할 태양전지 패널이 많아집니다. 태양 전지 패널은 공간을 많이 차지하고 일부 지붕은 당신이 원하는 태양 전지 패널의 수를 수용 할 만큼 크지 않다.

대안은 마당에 패널 중 일부를 설치하는 것이지만 햇빛에 액세스 할 수 있어야합니다. 원하는 모든 패널에 충분한 공간이 없는 경우 에너지 요구 사항을 충족하기 위해 더 적은 수의 패널을 설치할 수 있습니다.

 

5. 오염

태양 에너지 시스템의 오염은 다른 에너지원에 비해 훨씬 적지만 태양 에너지는 오염과 관련이 있을 수 있습니다. 태양광 시스템의 운송 및 설치는 온실 가스 배출과 관련이 있습니다.