태양광 모듈은 햇빛을 전기로 바꾸는 여러 태양전지를 연결해 만든 발전 단위다. 태양전지는 반도체 재료로 만들어지며, 모듈은 각각의 전지가 만든 전기를 모아 더 큰 전력 단위로 공급한다.[2] 태양광 발전은 이처럼 빛에너지를 전기로 변환하는 방식이다.[3]

1. 개요

모듈은 축전지와 전력변환장치와 함께 태양광 발전시스템을 구성한다.[3] 시스템이 요구하는 전압과 전류에 맞추어 여러 모듈을 연결하면 태양광 어레이를 이룬다.[7]

건물에서는 지붕 위에 직사각형 유리 모듈을 설치하는 방식이 흔히 떠오르지만, 모듈을 지붕·외벽·창문·차양 같은 건축 부재에 통합할 수도 있다.[4] 투명도를 확보해 자연 채광을 허용하고 다양한 건축물에 적용할 수 있도록 설계한 사례도 있다.[5]

2. 태양전지의 집합과 발전시스템에서의 역할

태양전지는 햇빛을 흡수해 전기에너지로 변환하는 반도체 소자다. 여러 태양전지를 연결하면 개별 전지보다 큰 발전 단위인 모듈이 된다.[2] 따라서 모듈은 태양전지를 시스템에 연결하고 전력을 모으는 기본 구성 요소다.[3]

태양광 발전시스템은 모듈 외에도 축전지와 전력변환장치로 구성된다.[3] 시스템에서 요구하는 전압과 전류에 맞도록 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결해 어레이를 구성한다.[7]

3. 건물 적용 형태와 일체형 태양광

일반적인 건물 설치 사례로는 지붕 위에 놓인 직사각형 유리 모듈이 있다.[4] 건물 일체형 태양광은 기존 건축 자재를 발전 소재로 대체하는 방식으로, 지붕뿐 아니라 천창·난간·차양·외벽·창문에도 적용될 수 있다.[4]

주차장 차양 구조물에 태양광 패널을 직접 통합하는 형태도 소개되어 있다.[4] 이처럼 모듈은 건물에 부착하는 방식뿐 아니라 건축 부재의 일부로 쓰이는 건물 일체형 태양광의 구성 요소가 될 수 있다.[4]

4. 투명하고 신축성 있는 모듈 설계

한 개발 사례에서는 기판에 서로 교차하는 절개선을 두어 기판을 길이 방향으로 늘릴 때 틈이 열리도록 설계했다.[5] 늘어나는 과정에서 단위판 사이 간격이 벌어지고, 그 틈으로 햇빛이 통과해 투명도가 확보된다.[5]

이 설계는 전력 생산과 자연 채광을 함께 구현하는 것을 목표로 한다.[5] 기존의 딱딱한 모듈로 시공하기 어려운 다양한 건축 디자인에 유연하게 적용하는 방안도 제시됐다.[5]

5. 충격 흡수 구조와 내구성 개선

한 모듈 개발 사례에서는 태양전지를 봉지부 안에 배치할 때 수직 방향과 30~90도의 각도를 이루도록 설계했다.[6] 태양전지 사이와 모듈 바깥쪽에는 충격 흡수부를 두어 외부 충격을 흡수하도록 했다.[6]

해당 기술은 내구성 향상에 따른 유지보수 비용 절감과 모듈 수명 연장을 기대 효과로 제시한다.[6] 이는 모듈 구조를 설계할 때 발전 기능뿐 아니라 충격에 대한 저항성도 고려하는 사례다.[6]

6. 모듈 연결과 출력 특성

여러 모듈은 시스템이 요구하는 전압과 전류를 공급하도록 직렬·병렬 방식으로 연결되어 태양광 어레이를 이룬다.[7] 어레이의 출력은 일사량과 온도에 영향을 받으며, 먼지 같은 이물질도 전력 손실을 일으킬 수 있다.[7]

한 연구는 국부적인 그림자로 전력 손실이 발생하는 조건에서 블록 연결 방식과 기존 직렬·병렬 연결 방식을 비교했다.[7] 비교에는 PSPICE 시뮬레이션과 실험이 사용되었으며, 분석 대상은 각 연결 방식의 전류·전압 특성이었다.[7]

7. 관련 문서

  • 태양전지
  • 태양광 발전시스템
  • 건물 일체형 태양광
  • 태양광 어레이

8. 인용 및 각주

[2] Wwww.energy.gov(새 탭에서 열림)

[3] Wwww.ddc.go.kr(새 탭에서 열림)

[4] Wwww.energy.gov(새 탭에서 열림)

[5] Ttlo.korea.ac.kr(새 탭에서 열림)

[6] Ttlo.korea.ac.kr(새 탭에서 열림)

[7] Sscienceon.kisti.re.kr(새 탭에서 열림)