양면형 태양광 모듈의 원리와 구조

양면형 모듈은 말 그대로 모듈의 표면으로부터 태양광을 받을 뿐만 아니라, 뒷면으로도 지상, 옥상, 구름, 및 대기 중의 모든 반사 및 산란광을 수광함으로써 통상 표면의 발전량에 플러스 알파의 발전량을 얻을 수 있습니다.

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모듈의 양면을 활용함으로써 설치 면적 및 kWp당 발전량을 비약적으로 상승시킬 수 있습니다. 통상의 설치 방법으로 발전량(kWh)이 일반 단면 모듈에 비해 10~20% 향상되는 것으로 알려져 있습니다.

 

양면형 태양전지란?

양면형 태양전지란 그 이름처럼 전면과 후면의 양쪽이 모두 발전 가능한 모듈입니다. 패널의 표면은 원래 후면에서도 빛을 받음으로써 발전에 기여할 수 있습니다. 일반적인 경사 설치의 경우, 지면으로부터의 반사광이나 산란광을 후면에서 수광함으로써 발전량을 증대시킬 수 있습니다.

양면형 태양 전지의 구조

양면형 태양전지 셀은 1장의 단결정형 실리콘 웨이퍼로 제조됩니다. 종래의 일반적인 단면형 셀은 전면을 수광면으로 하고, 후면은 주로 알루미늄 페이스트 등으로 덮여 수광할 수 없습니다.

 

양면형 태양전지 셀의 후면은 전면에 형성된 확산층과 같은 구조를 후면에도 구성함으로써 후면에서도 수광을 가능하게 한 셀 구조로 형성되어 있습니다. 후면으로부터의 추가 수광에 의해 발전량이 올라갈 뿐만 아니라 알루미늄 페이스트재가 셀의 기계적인 휨강도를 경감시킬 수 있기 때문에 웨이퍼 재료의 박막화가 가능하고 재료 비용의 절감에도 기여할 수 있습니다.

양면형 태양 전지 패널의 구조

양면형 셀의 구조를 살려 후면으로부터의 채광을 가능하게 하기 위해 양면형 태양 전지 패널은 표면을 강화 유리, 후면을 한층 더 강화한 유리로 밀봉하는 구조를 채용하고 있습니다. 일부 모델의 후면은 투명 백 시트를 사용하기도 합니다. 강화 유리를 적용한 구조의 태양 전지 패널은 일반적인 패널 구조에 비해 장기적인 옥외 사용에 적합하여 수분의 침입이 적고, 자외선 노출에 의한 열화에도 영향이 적기 때문에 보다 높은 내구성을 얻을 수 있습니다.

 

양면형 태양 전지의 발전량

「후면 효과」

양면형 태양전지의 후면이 발전량에 가져오는 효과는 독일 프랑호퍼 연구소의 감수 하에 일반적인 지붕 구조를 가진 건물의 옥상에서 장기간 실험 관측되었습니다. 후면 효과란 발전량을 태양 전지 패널 표면의 정격치로 나눈 값(kWh/kWp)의 일반적인 단면형 패널의 발전량과 양면형 패널의 발전량의 차이를 나타낸 것입니다. 아래에는 독일 가이렌키르헨에서 계측한 양면형 패널의 후면 효과는 연간 평균 +23%를 기록했습니다.

• 측정 사이트 : 독일 가이렌키르헨(Geilenkirchen, Germany)
• 독일, 프랑호퍼 ISE에 의한 감수, 계측
• 산업용 건물 옥상(육지붕/평 지붕)에서 계측
• 일반적인 단면형 패널과 양면형 패널을 같은 조건으로 설치
• 시험 기간 : 2011-2012
• 패널 경사각 : 15°
• 방위 : 145°(남동)
• 알베도 값(지면 반사율) : 78% 
• 패널 설치 높이 : FL~30cm(모듈 경사 최저변까지)
• 파워 컨디셔너: SMA Sunny boy 1.5kW x 2/string

 

적설지에 최적

적설시 종래의 태양광 패널은 표면이 적설로 덮여 버리기 때문에 발전이 정지되는 약점이 있었습니다. 한편 양면형 패널은 후면에서 적설에 관계없이 빛을 받을 수 있습니다. 아침에 발전이 시작되면 눈이 덮힌 지표면에서 강한 반사광을 후면에서 받아 즉시 발전을 시작합니다. 후면으로부터의 수광으로 발전하기 시작한 패널은 결정형 태양전지의 특성으로 열을 발생시키기 때문에 표면에 쌓인 눈이 녹기 시작해 중력으로 미끄러져 내려오기 쉬워집니다. 따라서 양면형 패널은 일반 태양전지보다 빨리 발전을 개시할 수 있어 겨울철에도 안정된 발전량을 유지할 수 있습니다.

적설지에 어떤 태양전지가 적합한가를 실증하는 옥외 실험을 실시했습니다. 아래에는 일본 아오모리현 히로사키시에서의 실험 데이터이며 적설이 많아지는 12월 중순부터 양면형이 일반 단면형 패널보다 발전량이 커져 최종적으로는 약 +20%의 발전량을 기록했습니다.

 

적설 기간 중 발전량 비교

2012년 11월~2013년 2월 아오모리현 히로사키시

양면형 태양 전지의 수직 설치

양면 구조는 심지어 수직 설치에도 효과를 발휘합니다. 양면형 태양광 패널은 낮의 태양광을 앞뒤로 받는 것으로 수직 설치를 가능하게 합니다. 동서 설치의 경우, 오전 중에는 전면에서 수광하고, 오후에는 후면을 이용해 수광을 계속할 수 있습니다. 일반적으로 발전량의 손실이 큰 수직 설치의 발전량을 비약적으로 개선합니다. 양면형 태양광 패널을 수직 설치하는 것으로 일반 단면형 태양광 패널을 수직 설치한 경우보다 발전량은 약 50% 증가하고, 또 일반 단면형 태양광 패널을 남향으로 최적 경사시킨 경우와 거의 동등한 발전량을 얻을 수 있습니다.

설치 방향에 영향을 크게 받지 않습니다.

양면형 태양광 패널을 수직 설치했을 때의 또 다른 이점은 설치 방향에 의존하지 않는다는 것입니다. 일반 단면형 태양광 패널은 통상 남향 이외의 설치 방향의 경우 발전량이 크게 감소합니다. 양면형 태양광 패널의 수직 설치는 앞뒤의 수광면을 활용함으로써 동서남북 모든 방각에 설치해도 연간 거의 같은 양의 발전량을 얻을 수 있다고 알려져 있습니다. 반드시 남향으로 설치할 수 없는 환경에서도 사용할 수 있습니다.

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이제 태양전지 모듈은 양면형이 대세인 것 같습니다. 그렇지만 양면형 모듈 한 장이 단면형 모듈 두 장의 발전량과 같지는 않으니 착각은 금물입니다. 당연한 얘기겠지만 기술적인 내용은 전문가와 얘기하셔야 합니다. 위 글은 양면형 모듈의 원리와 구조를 이해하시기 쉽게 설명한 것이니 참고만 하시기 바랍니다.