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태양 전지판

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목차

1. 개요

태양 전지판은 빛 에너지를 전기로 변환하는 장치로, 1839년 광전 효과 발견 이후 1881년 상업화 시도가 있었으나, 1954년 실리콘 태양 전지의 개발로 본격적인 성장을 이루었다. 결정질 실리콘과 박막 태양 전지로 나뉘며, 광전 효과를 통해 전기를 생산한다. 태양 전지판은 다양한 설치 방식과 구성 요소를 가지며, 성능은 일사량, 온도, 오염 등에 영향을 받는다. 최근에는 스마트 모듈이 개발되어 효율을 높이고 있으며, 20년에서 40년의 수명을 가진다. 생산량은 중국 기업이 주도하며, 가격 하락 추세에 있다. 다양한 분야에서 활용되지만, 열화, 반사광 문제, 폐기 문제 등 해결해야 할 과제도 존재한다.

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태양 전지판

2. 역사

에드몽 베크렐이 1839년에 광전 효과를 발견하면서 태양 전지의 역사가 시작되었다. 1873년, 윌러비 스미스는 빛이 셀레늄에 닿으면 전하가 발생할 수 있다는 것을 발견했고, 1876년 윌리엄 그리일스 아담스와 리처드 에반스 데이는 "셀레늄에 대한 빛의 작용"을 발표했다.[1][3]

1881년, 찰스 프리츠는 최초의 상업용 태양 전지판을 만들었으나, 석탄 화력 발전소에 비해 매우 비효율적이었다.[4] 1939년, 러셀 올은 현대 태양 전지의 기반이 되는 설계를 개발했고, 1941년에 특허를 받았다.[5] 1954년, 벨 연구소에서 이 설계를 바탕으로 최초의 상업적으로 실행 가능한 실리콘 태양 전지를 개발했다.[1]

2000년대 후반, 태양 전지판 설치가 급증하면서 2008년에서 2013년 사이에 설치자들이 크게 증가하였다.[6] 이로 인해 그늘진 지붕과 방향 문제 등 "이상적이지 않은" 환경에 대한 해결책으로 마이크로 인버터가 다시 유행하고 전력 최적화기가 발명되었다. 2013년에는 많은 태양 전지판 제조업체들이 스마트 모듈 솔루션을 발표했다.[9]

3. 구조 및 원리

태양 전지에서 태양광 발전 시스템까지


태양 전지판은 여러 개의 태양 전지를 직렬 및 병렬로 연결하여 만든다. 태양 전지는 광전 효과를 이용하여 빛 에너지를 전기로 바꾼다.

대부분의 태양 전지판은 웨이퍼 기반의 결정질 실리콘 전지 또는 박막 태양 전지를 사용한다. 전지는 기계적 손상과 습기로부터 보호되어야 한다. 대부분 딱딱한 형태지만, 박막 전지를 기반으로 한 반유연 모듈도 있다.

태양 전지는 일반적으로 원하는 전압을 얻기 위해 직렬로 연결된 다음, 전류를 증가시키기 위해 병렬로 연결된다. 모듈의 전력 (와트)은 전압 (볼트)에 전류 (암페어)를 곱한 값이며, 빛의 양과 모듈에 연결된 전기 부하 모두에 따라 달라진다.

정션 박스는 태양 전지판 뒷면에 부착되어 출력 인터페이스 역할을 한다. 대부분의 태양광 모듈은 MC4 커넥터를 사용하여 시스템의 나머지 부분에 쉽고 날씨에 강한 연결을 용이하게 한다. USB 전원 인터페이스도 사용할 수 있다.[11] 태양 전지판은 또한 패널 구조를 더 잘 지지하기 위해 랙킹 부품, 브래킷, 반사경 모양 및 트로프로 구성된 금속 프레임을 사용한다.



각 모듈은 표준 시험 조건(STC)에서 DC 출력 전력에 따라 정격이 매겨지며, 따라서 현장 출력 전력은 달라질 수 있다. 전력은 일반적으로 100~365 와트 (W) 범위이다. 모듈의 효율은 동일한 정격 출력을 기준으로 모듈의 면적을 결정한다. 예를 들어, 8% 효율의 230W 모듈은 16% 효율의 230W 모듈보다 면적이 두 배 더 크다. 일부 상용 태양광 모듈은 효율이 24%를 넘기도 한다.[34][35] 현재 상용 제품의 햇빛 변환율(태양광 모듈 효율)은 약 21.5% 정도이며, 이는 단독으로 사용되는 셀의 효율보다 일반적으로 낮다.

태양광 패널의 이용률은 주로 지리적 위도에 따라 달라지며, 구름, 먼지, 일조 시간 등에 따라서도 크게 달라진다. 영국에서는 계절별 이용률이 2% (12월)에서 20% (7월)까지이며, 연평균 이용률은 10~11%인 반면, 스페인에서는 18%에 이른다.[39] 전 세계적으로 유틸리티 규모의 태양광 발전소의 이용률은 2019년에 16.1%였다.[40]

태양 전지판은 작은 태양 전지 여러 개를 모아 패널 형태로 만든 것이다. 틀은 알루미늄을 사용하며, 2장의 유리 사이에 셀을 끼워 넣어 건재 일체형으로 사용하기도 한다.

각 태양 전지의 기전력은 작지만, 여러 개를 직렬로 연결하여 전압을 높인다. 납 축전지(12V)와 조합하는 경우, 축전지 충전을 위해 태양 전지판 측 기전력은 17~20V 정도로 설계되어 있다. 전류량을 늘리기 위해 직렬 유닛을 여러 개 병렬로 연결하기도 한다.

태양 전지판 1장으로 배터리 등과 연결하여 사용할 수 있다. 1장의 태양 전지판이 발전할 수 있는 전력은 크기나 결정 타입에 따른 발전 효율에 따라 다르다. 대략 한 변이 수십 센티미터 정도라면 10와트~100와트, 한 변이 수 센티미터 정도의 작은 태양 전지판은 1W 이하~수 와트 정도이다. 주택용은 1장이 100W~200W, 산업용은 250W에서 수백 W 정도이다.

주택용 태양광 발전 시스템에서는 여러 개의 태양 전지판을 사용하며, 접속함을 거쳐 전력 조절 장치에 연결한다. 발전된 전력은 가정 내에서 소비하거나, 전력 판매 형태로 전력망에 공급한다.

태양 전지판을 조합한 것을 "태양 어레이"라고 부르며, 태양광 발전소는 태양 어레이를 다수 설치하여 구축한다. 태양 전지판은 인공위성과 우주 정거장에서도 사용된다.

솔라 패널의 성능 ("태양광 변환 효율")은 시판 제품에서 5%에서 18%이다. 단결정 계열은 18% 전후, 다결정 계열은 16% 전후이다. 패널의 발전 효율은 태양 전지 사이의 틈 때문에 태양 전지 1개의 발전 효율보다 낮다.

일부 솔라 패널은 렌즈나 거울을 사용하여 태양광을 더 작은 태양 전지에 모으는 집광 장치를 채용하여, 단위 면적당 단가가 높은 갈륨 비소 태양 전지 등을 사용해 저렴한 솔라 패널을 만들 수 있다.[99]

솔라 패널은 구성에 따라 다양한 파장의 빛으로 발전할 수 있지만, 일반적으로 태양광의 모든 파장을 커버할 수는 없다. 솔라 패널은 적절한 단색광을 조사했을 때 가장 효율이 좋으므로, 태양광을 여러 파장으로 나누어 각각의 빔을 그 파장에 강한 태양 전지에 쏘는 방식이 제안되고 있다.[102] 또한, 적외선을 중심으로 발전하는 태양 전지를 사용한 TPV (열기전력) 발전도 제안되고 있다.[103]

3. 1. 종류

1980년 이후 PV 기술의 시장 점유율


태양 전지판의 종류는 크게 결정질 실리콘 태양 전지판과 박막 태양 전지판으로 나눌 수 있다.

대부분의 태양광 모듈은 현재 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘으로 만들어진 결정질 실리콘(c-Si) 태양 전지로 생산된다.[16][17] 2021년에는 결정질 실리콘이 전 세계 PV 생산량의 95%를 차지했다.[16][17] 결정질 실리콘 태양 전지판은 현재 가장 널리 사용되는 형태로, 단결정 모듈과 다결정 모듈로 구분된다.

박막형 태양 전지를 채용한 모듈은 저렴하고 유연하다는 장점이 있다. 나머지 시장은 텔레화 카드뮴(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS) 및 비정질 실리콘(a-Si)을 사용하는 박막 기술로 구성되었다.[18]

; 유리 기판 박막 모듈

: 단단한 박막 모듈로, 태양 전지와 모듈이 동일한 생산 라인에서 제조된다. 태양 전지를 유리 기판 또는 표판 위에 형성하고, 배선도 그 자리에서 수행한다. 기판이나 표판은 다층 구조로 되어 있다. 태양 전지로는 CdTe, 비정질 실리콘(a-Si), a-Si와 uc-Si(단결정 실리콘)의 다중 접합형, CIS계 등이 자주 사용된다. 비정질 실리콘의 태양광 변환 효율은 6%에서 12%이다.

; 플렉시블 기판 박막 모듈

: 부드러운 박막 모듈로, 이것 또한 태양 전지와 모듈이 동일한 생산 라인에서 제조된다. 주로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판 위에 태양 전지를 형성한다. 이 외에도, 폴리에스터, 폴리이미드 필름이 사용된다. 이들은 절연체이므로 배선도 유리와 마찬가지로 용이하다. 기판에 전기 전도체를 사용하는 경우에는 별도의 기술이 필요하다. 주로 비정질 실리콘을 사용한 박막형 태양 전지를 무색 투명한 불소 수지 위에 형성하여 그쪽을 표면으로 하고, 뒷면을 다른 수지 필름으로 보강한다.

IntertechPira에 따르면, 플렉시블 기판을 포함한 박막형 태양 전지 시장은 2019년까지 연평균 35% 성장할 것으로 예측된다.[104]

스마트 모듈


스마트 모듈은 모듈에 내장된 전력 전자 장치가 패널 수준의 최대 전력점 추적(MPPT), 모니터링 및 향상된 안전성과 같은 향상된 기능을 제공하기 때문에 기존 태양 전지판과 다르다. 태양광 모듈 프레임에 부착되거나 커넥터를 통해 태양광 회로에 연결된 전력 전자 장치는 스마트 모듈로 간주되지 않는다.[14]

여러 회사에서 각 PV 모듈에 다음과 같은 다양한 내장형 전력 전자 장치를 통합하기 시작했다.

  • 최대 전력점 추적(MPPT) 전력 최적화 장치는 음영 효과를 보상하여 태양광 발전 시스템에서 전력 수확을 최대화하기 위해 개발된 DC-DC 컨버터 기술로, 모듈의 일부에 그림자가 드리워지면 모듈의 하나 이상의 셀 스트링의 전기 출력이 0에 가깝게 떨어지지만 전체 모듈의 출력이 0으로 떨어지지는 않는다.[15]
  • 데이터 및 결함 감지를 위한 태양광 성능 모니터


새롭게 등장하는 3세대 태양광 기술은 고급 박막 전지를 사용한다. 이들은 다른 태양광 기술에 비해 비교적 높은 효율의 변환을 저렴한 비용으로 생산한다. 또한 비용이 많이 들지만 효율이 높고 촘촘하게 포장된 직사각형 다중 접합(MJ) 전지는 킬로그램당 생성되는 전력 비율이 가장 높기 때문에 일반적으로 우주선의 태양 전지판에 사용된다. MJ 전지는 화합물 반도체이며 비소 갈륨(GaAs) 및 기타 반도체 재료로 만들어진다. MJ 전지를 사용하는 또 다른 떠오르는 PV 기술은 집광형 태양광 발전(CPV)이다.

3. 2. 고려 사항

태양 전지판은 일부 또는 전부가 그림자에 가려지거나, 밤이 되면 전류가 역류할 수 있다. 이를 막기 위해 다이오드를 사용하기도 한다[100]. 단결정 실리콘 태양 전지의 pn 접합은 빛이 닿지 않을 때 역전류를 발생시키는데, 이는 불필요하다. 역전류는 전력을 낭비할 뿐만 아니라 태양 전지가 열을 받는 문제가 있다. 태양 전지는 온도가 높을수록 효율이 떨어지므로[101], 태양 전지판은 가능한 한 열을 받지 않아야 한다. 냉각을 고려한 태양 전지판 설계는 거의 없지만, 설치할 때 뒷면에서 열을 방출할 수 있도록 하는 것이 좋다.

제조, 운송, 설치, 이용 과정에서 파손되지 않도록 주의해야 한다. 특히 우박, 비, 눈의 무게가 문제가 된다. 웨이퍼 기반의 태양 전지는 깨지기 쉬우므로 주의해야 한다. 습기가 안으로 들어가면 금속 배선이나 접속 부분이 부식될 수 있으며, 박막형 태양 전지나 투명 전도성 박막층도 습기에 약하므로 성능 저하나 수명 단축으로 이어질 수 있다.

4. 설치 및 구성

광전지 모듈은 수많은 태양 전지로 구성되며, 광전 효과를 통해 빛 에너지를 전기로 변환한다. 대부분 결정질 실리콘 전지 또는 박막 태양 전지를 사용하며, 기계적 손상과 습기로부터 보호되어야 한다.[10] 전지는 일반적으로 직렬로 연결하여 전압을 높이고, 병렬로 연결하여 전류를 증가시킨다. 모듈의 전력은 전압과 전류를 곱한 값으로, 빛의 양과 전기 부하에 따라 달라진다. 태양 전지판의 제조 사양은 실제 작동 조건과 다를 수 있는 표준 조건에서 얻어진다.[10]

PV 정션 박스는 태양 전지판 뒷면에 부착되어 출력 인터페이스 역할을 하며, 대부분 MC4 커넥터를 사용하여 시스템에 연결한다. USB 전원 인터페이스도 사용 가능하다.[11] 태양 전지판은 랙킹 부품, 브래킷 등으로 구성된 금속 프레임을 사용하여 구조를 지지한다.

태양 전지판은 작은 태양 전지 여러 개를 모아 틀에 넣어 패널 모양으로 만든 것이다. 틀은 알루미늄이 사용되는 경우가 많고, 2장의 유리 사이에 셀을 끼워 건재 일체형으로 사용하기도 한다.

기전력은 작지만, 여러 개를 직렬로 연결하여 전압을 높여 사용한다. 납 축전지(12V)와 조합하는 경우, 태양 전지판 측의 기전력은 17~20V 정도로 설계된다. 전류량을 늘리기 위해 직렬 유닛이 여러 개 병렬로 연결되기도 한다.

태양 전지판은 딱딱한 것이 대부분이지만, 유연성이 있는 박막형 태양 전지를 사용한 것도 있다. 1장의 태양 전지판이 발전할 수 있는 전력은 크기나 결정의 타입에 따른 발전 효율 등에 따라 다르다. 대략 한 변이 수십 센티미터 정도라면 10와트~100와트, 한 변이 수 센티미터 정도의 작은 태양 전지판은 1W 이하~수 와트 정도이다. 주택용은 1장이 100W~200W, 산업용은 대형으로 250W에서 수백 W 정도의 것이 주류이다.

태양 전지 모듈에 전자 회로를 내장한 제품이 생산되기 시작했다. 이를 통해 개별 모듈이 최대 전력점 추종(MPPT)을 수행하거나, 작동 데이터를 모니터링하여 모듈 수준에서 장애 발생을 감지할 수 있다.

4. 1. 설치 방식

대규모 유틸리티 규모의 태양광 발전소는 종종 지상 설치형 광발전 시스템을 사용한다. 태양광 모듈은 지상 기반의 지지대에 부착된 랙이나 프레임에 의해 제자리에 고정된다.[19][20] 지상 기반 지지대는 다음과 같다.

  • 기둥형 마운트: 땅에 직접 박거나 콘크리트에 매립한다.
  • 기초 마운트: 콘크리트 슬라브 또는 부어 넣은 기초 등
  • 바닥 고정 마운트: 태양광 모듈 시스템을 제자리에 고정하기 위해 무게를 사용하는 콘크리트 또는 강철 기반으로, 지면을 관통할 필요가 없다. 이러한 유형의 설치 시스템은 매립지 등과 같이 굴착이 불가능한 장소에 적합하며 태양광 모듈 시스템의 해체 또는 이전을 단순화한다.


솔라 캐노피 주차장, 뉴헤이븐의 호텔 마르셀(Hotel Marcel). 캐노피 아래에는 EV 2단계 충전기가 있으며, 뒤편에는 12개의 테슬라 슈퍼차저가 설치되어 있다.


솔라 캐노피는 기존 캐노피 상단에 설치되는 태양광 어레이이다. 이러한 캐노피는 주차장 캐노피, 차고, 정자, 퍼골라, 또는 파티오 덮개가 될 수 있다. 솔라 캐노피는 도시 지역에서 사용 가능한 공간을 최대화하는 동시에 자동차에 그늘을 제공하는 장점이 있다. 생산된 에너지는 전기 자동차(EV) 충전소를 만드는 데 사용될 수 있다.[23]

휴대용 태양 전지판은 USB 포트를 통해 장치(휴대폰, 라디오 등)를 충전하거나 보조 배터리를 충전할 수 있을 만큼 충분한 전력을 제공할 수 있다. 이 패널의 특징으로는 높은 유연성, 높은 내구성과 방수 기능이 있으며, 여행이나 캠핑에 적합하다.

USB 포트가 있는 5V, 2A, 10W 태양 전지판


태양광 추적 장치는 기계적 복잡성과 유지보수 필요성 증가의 대가로 모듈당 생산되는 에너지를 증가시킨다. 태양광 추적 장치는 태양의 방향을 감지하여 빛에 최대한 노출되도록 모듈을 기울이거나 회전시킨다.[24][25]

또는 고정식 랙은 주어진 기울기(천정각)와 주어진 방향(방위각)을 향한 상태로 하루 종일 모듈을 고정할 수 있다. 설치 지역의 위도와 동일한 기울기 각도가 일반적이다. 일부 시스템은 연중 시기에 따라 기울기 각도를 조정할 수도 있다.[26]

반면에 동쪽과 서쪽을 향하는 어레이(예: 동서 방향의 지붕을 덮는)가 일반적으로 설치된다. 이러한 설치는 개별 태양광 패널에서 가능한 최대 평균 전력을 생산하지는 않지만, 현재 패널 비용이 추적 메커니즘보다 저렴하며, 북쪽 또는 남쪽을 향하는 시스템보다 아침 및 저녁 피크 수요 시 더 경제적으로 가치 있는 전력을 제공할 수 있다.[27]

집광형 태양광(CPV) 모듈과 같은 일부 특수 태양광(PV) 모듈에는 집광기가 포함되어 있으며, 여기서 빛은 렌즈 또는 거울에 의해 더 작은 셀에 집중된다. 이를 통해 고도로 효율적이지만 비싼 셀(예: 비소 갈륨)을 비용 효율적으로 사용할 수 있으며, 더 넓은 태양 노출 면적을 사용하는 것을 상쇄할 수 있다. 햇빛을 집중시키면 효율을 약 45%까지 높일 수 있다.[28]

; 트래커

: 태양광 추적 장치는 태양을 자동 추적하여 항상 패널 면을 태양을 향하게 하여 발전량을 늘린다.

; 고정 랙

: 고정 랙은 태양광 패널을 단순히 고정한다. 위도에 맞춰 각도를 설정하여 설치하는 것이 일반적이다.

4. 2. 구성 요소

태양광 모듈은 여러 개의 태양 전지를 연결하여 구성되며, 광전 효과를 통해 빛 에너지를 전기로 변환한다. 대부분의 모듈은 결정질 실리콘 전지 또는 박막 태양 전지를 사용하며, 기계적 손상과 습기로부터 보호되어야 한다.[10] 전지는 일반적으로 직렬로 연결하여 전압을 높이고, 병렬로 연결하여 전류를 증가시킨다. 태양 전지판의 제조 사양은 실제 작동 조건과 다를 수 있는 표준 조건에서 얻어진다.[10]

PV 정션 박스는 태양 전지판 뒷면에 부착되어 출력 인터페이스 역할을 하며, 대부분 MC4 커넥터를 사용하여 시스템에 연결한다. USB 전원 인터페이스도 사용 가능하다.[11] 태양 전지판은 랙킹 부품, 브래킷 등으로 구성된 금속 프레임을 사용하여 구조를 지지한다.

단일 태양광 모듈은 제한된 양의 전력만 생산할 수 있으므로, 대부분의 설치는 여러 모듈을 연결한다. 광전 시스템은 일반적으로 광전 모듈 어레이, 인버터, 에너지 저장을 위한 배터리 팩, 충전 컨트롤러, 배선, 회로 차단기, 퓨즈, 분리 스위치, 전압 미터 등을 포함한다.

스마트 모듈은 모듈에 내장된 전력 전자 장치가 패널 수준의 최대 전력점 추적, 모니터링 및 향상된 안전성과 같은 기능을 제공한다.[14]

여러 회사에서 다음과 같은 내장형 전력 전자 장치를 각 PV 모듈에 통합하기 시작했다.

  • 최대 전력점 추적(MPPT) 전력 최적화 장치: 음영 효과를 보상하여 전력 수확을 최대화하는 DC-DC 컨버터 기술.[15]
  • 데이터 및 결함 감지를 위한 태양광 성능 모니터


태양광 패널의 최대 전력점(MPP)은 MPP 전압(V) 및 MPP 전류(I)로 구성된다. 최대 전력점 추적(MPPT)을 수행하는 태양광 인버터는 태양 전지의 출력을 샘플링(I-V 곡선)하고 최대 전력을 얻기 위해 적절한 전기적 부하를 적용한다.

AC (교류) 태양광 패널은 뒷면에 소형 DC-AC 마이크로 인버터가 있으며 외부 DC 커넥터 없이 AC 전력을 생산한다.[31] 마이크로 인버터는 각 패널이 독립적으로 작동하여 최대 출력을 제공하지만 더 비쌀 수 있다.[32]

모듈 전기 연결은 전도성 전선으로 이루어지며, 전류 정격 및 고장 조건에 따라 크기가 결정된다. 패널은 일반적으로 직렬 및 병렬로 연결되어 원하는 출력 전압 및 전류를 얻는다.

차단 및 바이패스 다이오드는 부분 어레이 음영 처리를 처리하여 출력을 최대화하기 위해 사용될 수 있다. 직렬 연결의 경우, 바이패스 다이오드는 음영 처리된 모듈을 우회하도록 배치된다. 병렬 연결의 경우, 차단 다이오드는 각 모듈의 스트링과 직렬로 배치되어 전류 역류를 방지한다.

야외 태양 전지판은 일반적으로 MC4 커넥터를 포함하며, 자동차용 태양 전지판은 자동차 보조 전원 콘센트 및/또는 USB 어댑터를 포함할 수 있다.

5. 성능 및 수명

태양 전지판의 성능은 일반적으로 표준 시험 조건(STC)에서 평가된다. STC는 일사량 1000 W/m2, 태양 스펙트럼 AM 1.5, 모듈 온도 25°C를 의미한다.[43] 실제 환경에서는 조명, 온도 및 부하 조건의 변화에 따라 모듈의 전압 및 전류 출력이 변동한다.[43]

전기적 특성에는 공칭 전력(PMAX, W 단위), 개방 회로 전압(VOC), 단락 전류(ISC, 암페어 단위), 최대 전력 전압(VMPP), 최대 전력 전류(IMPP), 피크 전력 (와트 피크, Wp) 및 모듈 효율(%) 등이 있다.[43] 개방 회로 전압(VOC)은 모듈이 전기 회로 또는 시스템에 연결되지 않았을 때 생성할 수 있는 최대 전압이다.[45]

태양광 패널의 성능은 온도의 영향을 받는다. p-n 접합부의 온도(T)는 단락 전류(ISC), 개방 회로 전압(VOC), 최대 전력(Pmax)과 같은 주요 전기적 매개변수에 영향을 미친다.[41] 온도가 증가하면 Pmax가 감소한다.[41] 즉, 더운 날에는 온도 상승으로 인해 태양 전지판의 발전 효율이 저하된다.[117]

태양 전지판은 시간이 지남에 따라 출력이 감소하는데, 이를 열화라고 한다. 열화는 태양 복사에 노출될 뿐만 아니라 다른 외부 조건으로 인해 발생한다. 연간 출력 전력 손실의 백분율로 정의되는 열화 지수는 광전 발전소의 장기 생산량을 결정하는 핵심 요소이다.[55] 결정질 실리콘 모듈의 경우, 많은 제조사들이 10년 경과 시 90%, 25년 경과 시 80%의 출력을 보증한다.[105]

5. 1. 성능 평가

모듈의 성능은 일반적으로 표준 시험 조건(STC)에서 평가된다. 표준 시험 조건은 일사량 1000 W/m2, 태양 스펙트럼 AM 1.5, 모듈 온도 25°C이다.[43] 실제 태양 전지판의 전압 및 전류 출력은 조명, 온도 및 부하 조건의 변화에 따라 변동하므로, 특정 전압에서만 작동하는 것은 아니다. 성능은 지리적 위치, 하루 중 시간, 연중 날짜, 태양 일사량, 모듈의 방향 및 기울기, 구름, 음영, 오염, 충전 상태 및 온도 등 다양한 요인에 따라 달라진다.[43]

전기적 특성에는 공칭 전력(PMAX, W 단위), 개방 회로 전압(VOC), 단락 전류(ISC, 암페어 단위), 최대 전력 전압(VMPP), 최대 전력 전류(IMPP), 피크 전력 (와트 피크, Wp) 및 모듈 효율(%) 등이 포함된다.[43]

개방 회로 전압(VOC)은 모듈이 전기 회로 또는 시스템에 연결되지 않았을 때 생성할 수 있는 최대 전압이다.[45] VOC는 조명이 켜진 모듈의 단자 또는 분리된 케이블에서 전압계로 직접 측정할 수 있다.

피크 전력 등급(Wp)은 표준 시험 조건에서의 최대 출력이다. 일반적인 모듈은 효율에 따라 75W에서 600W까지 등급이 매겨진다.[46]

태양 전지판의 성능(피크 와트) 측정은 "표준 시험 조건"(STC)에서 수행된다. 구체적으로, 복사 조도 1000W/m2, AM=1.5의 태양 시뮬레이터를 광원으로 하고, 모듈 온도 25℃에서 시험한다.[105]

전기적 특성으로는 공칭 최대 출력(와트), 공칭 최대 출력 동작 전압(볼트), 공칭 최대 출력 동작 전류(암페어), 공칭 개방 전압, 공칭 단락 전류 등이 있다. 실제 태양 전지판의 출력은 광량, 온도, 부하 등에 따라 항상 변화한다. 공칭 개방 전압은 태양 전지판에 아무런 회로를 연결하지 않은 상태에서 발생할 수 있는 최대 전압을 의미한다. 공칭 최대 출력은 STC 조건 하에서의 최대 출력이다.[105]

5. 2. 온도 영향

태양광 패널의 성능은 온도의 영향을 받는다. p-n 접합부의 온도(T)는 단락 전류(ISC), 개방 회로 전압(VOC), 최대 전력(Pmax)과 같은 주요 전기적 매개변수에 영향을 미친다.[41] 일반적으로 VOC는 T와 역 상관관계를 가지며, ISC는 정비례하지만 약한 상관관계를 가진다. 결과적으로 T가 증가하면 Pmax가 감소한다.[41] 즉, 더운 날에는 온도 상승으로 인해 태양 전지판의 발전 효율이 저하된다.[117]

태양 전지의 전력 출력과 접합부의 작동 온도 간의 상관관계는 반도체 재료에 따라 다르다. 이는 태양광 전지 내부의 고유 캐리어(전자와 홀)의 농도, 수명, 이동성에 대한 T의 영향 때문이다.

온도 감도는 일반적으로 다음의 온도 계수로 설명된다.

  • β: T에 대한 VOC 변화 계수 (∂VOC/∂T)
  • α: T에 대한 ISC 변화 계수 (∂ISC/∂T)
  • δ: T에 대한 Pmax 변화 계수 (∂Pmax/∂T)


이러한 계수 값은 태양광 모듈의 데이터 시트에서 확인할 수 있다.

태양광(PV) 모듈의 성능은 표준 시험 조건(STC)에서 평가된다. STC는 일사량 1,000 W/m2, 태양 스펙트럼 AM 1.5, 모듈 온도 25°C를 의미한다.[43] 그러나 실제 환경에서는 조명, 온도, 부하 조건의 변화에 따라 모듈의 전압 및 전류 출력이 변동한다.[43]

태양 전지는 고온이 될수록 효율이 저하되므로[101], 솔라 패널은 가능한 열을 받지 않는 것이 바람직하다.

5. 3. 열화

태양광 전지(PV) 장치의 출력은 시간이 지남에 따라 감소한다. 이러한 감소는 태양 복사에 노출될 뿐만 아니라 다른 외부 조건으로 인해 발생한다. 연간 출력 전력 손실의 백분율로 정의되는 열화 지수는 광전 발전소의 장기 생산량을 결정하는 핵심 요소이다. 광전 모듈의 개별 열화는 전체 스트링의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 동일한 설치 환경의 모든 모듈이 정확히 동일한 속도로 성능이 저하되는 것은 아니다. 각 모듈은 다르게 열화되는 경향이 있으므로 시간이 지남에 따라 모듈의 동작이 점점 더 달라져 발전소의 전체적인 성능에 부정적인 영향을 미친다.[55]

최근 연구에 따르면, 결정질 실리콘 모듈의 열화는 매우 규칙적이며, 연간 0.8%에서 1.0% 사이에서 변동한다.[55]

태양 전지판은 보통 실외에 설치되기 때문에, 온도 변화나 비나 우박에 장기간 노출된다. 결정질 실리콘 모듈의 경우, 10년 경과 시 90%, 25년 경과 시 80%의 출력을 보증하는 제조사가 많다.[105]

6. 유지 보수

솔라 패널은 여러 개의 태양 전지를 전기적으로 상호 연결하여 구성된다. 필요한 전압을 얻기 위해 직렬로 연결하고, 전류를 확보하기 위해 병렬로 연결한다.[99]

솔라 패널의 성능(태양광 변환 효율)은 시판 제품에서 5%~18% 정도이다. 단결정 계열은 18% 전후, 다결정 계열은 16% 전후의 효율을 보인다. 패널의 발전 효율은 태양 전지 1개의 효율보다 낮은데, 이는 태양 전지 사이에 발전하지 않는 "틈"이 있기 때문이다.

일부 솔라 패널은 렌즈나 거울을 사용하여 태양광을 더 작은 태양 전지에 모으는 집광 장치를 채용하기도 한다. 이를 통해 단위 면적당 단가가 높은 태양 전지를 사용하여 비교적 저렴한 솔라 패널을 만들 수 있다.[99]
고려 사항 및 주의 사항


  • 솔라 패널 일부 또는 전부가 그림자에 가려지거나 밤이 되면 전류 역류가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 별도의 다이오드를 사용하기도 한다.[100]
  • 단결정 실리콘 태양 전지의 pn 접합은 빛이 닿지 않을 때 역전류를 발생시켜 전력 낭비 및 태양 전지 발열 문제를 야기할 수 있다.
  • 태양 전지는 고온에서 효율이 저하되므로[101], 솔라 패널은 가능한 열을 받지 않도록 설계하는 것이 좋다.
  • 제조, 운송, 설치, 이용 과정에서 파손되지 않도록 주의해야 하며, 특히 우박, 비, 적설의 무게에 유의해야 한다.
  • 습기는 금속 배선이나 접속 부분의 부식, 박막형 태양 전지나 투명 전도성 박막층의 성능 저하 및 수명 단축을 유발할 수 있다.

새로운 아이디어솔라 패널은 다양한 파장의 빛으로 발전할 수 있지만, 일반적으로 태양광의 모든 파장을 커버하지는 못한다. 따라서 태양광을 여러 파장으로 나누어 각각의 빔을 그 파장에 강한 태양 전지에 쏘는 방식[102]이나 적외선을 중심으로 발전하는 TPV (열기전력) 발전[103] 등이 제안되고 있다.

태양 전지판의 성능 측정은 "표준 시험 조건"(STC)에서 수행된다. 즉, 복사 조도 1000W/m2, AM=1.5의 태양 시뮬레이터를 광원으로 하고, 모듈 온도 25℃에서 시험한다.

태양 전지판은 보통 실외에 설치되므로 온도 변화나 비, 우박에 장기간 노출된다. 결정질 실리콘 모듈의 경우, 많은 제조사들이 10년 경과 시 90%, 25년 경과 시 80%의 출력을 보증한다.[105]

6. 1. 청소

탄자니아 샨타 골드 광산의 지상형 태양광 패널 일반 청소


캘리포니아주 마운틴뷰의 구글플렉스 주차장 태양광 패널의 고압 세척을 통한 심층 청소


일반적으로 20% 범위에 있는 태양광 패널의 변환 효율은 먼지, 때, 꽃가루 및 기타 미립자가 태양광 패널에 축적되면서 감소하며, 이를 통칭하여 소일링이라고 한다. 휴스턴 대학교 물리학 부교수이자 나노구조 설계, 엔지니어링 및 조립을 전문으로 하는 나노에너지 연구소의 소장인 시머스 커런은 "먼지가 많은 태양광 패널은 먼지/꽃가루가 많거나 사막 지역에서 최대 30%까지 전력량을 감소시킬 수 있다"고 말한다.[58] 2018년 세계 평균 소일링 손실은 최소 3% – 4%로 추정된다.[59]

2019년 기준으로 태양광 패널 청소 비용을 지불하는 것은 많은 지역에서 좋은 투자이다.[59] 그러나 일부 지역에서는 청소가 비용 효율적이지 않다. 2013년 기준으로 캘리포니아에서는 소일링으로 인한 재정적 손실이 패널 세척 비용을 정당화할 만큼 충분하지 않은 경우가 드물었다. 평균적으로 캘리포니아의 패널은 하루에 전체 효율의 0.05% 미만을 손실했다.[60]

태양광 패널 세척 방법은 수동 도구, 기계화된 도구(트랙터 장착 브러시 등), 설치된 유압 시스템(스프링클러 등), 설치된 로봇 시스템 및 배치 가능한 로봇의 5가지 그룹으로 나눌 수 있다. 수동 세척 도구는 구매 비용이 저렴하기 때문에 지금까지 가장 널리 사용되는 세척 방법이다. 그러나 2014년 사우디 아라비아에서 실시된 연구에 따르면 "설치된 로봇 시스템, 기계화 시스템 및 설치된 유압 시스템이 태양광 패널 세척에 사용될 가능성이 가장 높은 세 가지 기술"로 나타났다.[64]

6. 2. 안전 점검

태양광 발전 시스템은 화재나 감전 등의 위험을 내포하고 있어 정기적인 안전 점검이 필수적이다. 2015년부터 2018년까지 영국에서 실시된 연구에 따르면, 태양광 발전(PV) 관련 화재 사고 80건 중 20건 이상이 PV 설치와 직접적인 관련이 있었으며, 이 중 37건은 가정 건물, 6건은 태양광 발전소에서 발생했다.[61] 사고 원인의 1/3은 밝혀지지 않았고, 나머지는 대부분 부실한 설치, 제품 결함, 설계 문제 등으로 인해 발생했다. 특히 DC 절연기는 화재를 일으키는 가장 흔한 단일 요소였다.[61]

PV 시스템의 성능 저하 역시 안전 점검의 중요한 이유 중 하나다. kWh Analytics의 2021년 연구에 따르면, PV 시스템의 연평균 성능 저하는 주거용의 경우 1.09%, 비주거용의 경우 0.8%로, 이전 추정치의 거의 두 배에 달했다.[62] 또한, 2021년 모듈 신뢰성 연구에서는 태양광 모듈 고장률이 증가하는 추세를 보였으며, 제조업체의 30%가 접합함 관련 안전 고장(20%에서 증가), 26%가 자재명세서 고장(20%에서 증가)을 경험했다.[63]

태양광 모듈의 품질 보증은 태양 전지와 태양광 패널이 품질 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 테스트와 평가를 포함한다.[96] 태양광 모듈은 20년에서 40년 사이의 긴 수명을 가질 것으로 예상되며,[96] 지속적이고 안정적으로 예상 전력을 전달해야 한다. 이를 위해 물리적 테스트, 실험실 연구, 수치 분석 등 다양한 방법을 통해 태양광 모듈을 테스트할 수 있다.[97] 또한, 태양광 모듈은 수명 주기의 여러 단계에서 평가되어야 한다.

제조 과정에서의 검사는 구성 요소 제조업체 방문을 통해 이루어지며, 조립 검사, 재료 시험 감독, 비파괴 검사(NDT) 등을 포함할 수 있다. 인증은 ANSI/UL1703, IEC 17025, IEC 61215, IEC 61646, IEC 61701, IEC 61730-1/-2에 따라 수행된다.

7. 재활용

태양광 모듈의 대부분은 재활용이 가능하다. 특정 반도체 재료의 최대 95% 또는 유리뿐만 아니라 많은 양의 철금속 및 비철금속도 재활용할 수 있다.[68] 일부 사기업 및 비영리 단체는 수명이 다한 모듈을 회수하여 재활용한다.[69]

재활용 가능성은 모듈에 사용된 기술 종류에 따라 달라진다.


  • 실리콘 기반 모듈: 알루미늄 프레임과 정션 박스는 공정 초기에 수동으로 분해된다. 그런 다음 모듈을 분쇄기에 넣고 유리, 플라스틱, 금속 등 다양한 부분을 분리한다.[72] 투입 중량의 80% 이상을 회수하는 것이 가능하다.[73] 이 공정은 평판 유리 재활용 업체에서 수행할 수 있는데, 태양광 모듈의 모양과 구성이 건축 및 자동차 산업에서 사용되는 평판 유리와 유사하기 때문이다. 예를 들어, 회수된 유리는 유리 폼 및 유리 단열 산업에서 쉽게 받아들여진다.
  • 비실리콘 기반 모듈: 다양한 반도체 재료를 분리하기 위해 화학 용액을 사용하는 것과 같은 특정 재활용 기술이 필요하다.[74] 텔루르화 카드뮴 모듈의 경우, 모듈을 분쇄한 다음 다양한 부분을 분리하는 것으로 재활용 공정이 시작된다. 이 재활용 공정은 유리 최대 90%와 포함된 반도체 재료의 95%를 회수하도록 설계되었다.[75] 최근 몇 년 동안 일부 상업 규모의 재활용 시설이 사기업에 의해 설립되었다.[76]


유럽 연합(EU) 법률은 제조업체가 태양광 패널을 적절하게 재활용하도록 요구한다. 일본, 인도, 오스트레일리아에서도 유사한 법률이 진행 중이다.[70] 2010년부터 제조업체, 재활용 업체 및 연구자들이 모여 태양광 모듈 재활용의 미래를 모색하는 연례 유럽 컨퍼런스가 열리고 있다.[77][78]

8. 생산 및 가격

태양 전지판은 여러 개의 작은 태양 전지를 틀·구조체에 넣어 패널 모양으로 만든 것이다. 틀은 알루미늄을 사용하며, 2장의 유리 사이에 셀을 넣어 건재 일체형으로 사용하기도 한다.

각 태양 전지의 기전력은 작지만, 여러 개를 직렬로 연결하여 전압을 높인다. 납 축전지(12V)와 조합하는 경우, 축전지를 충전하기 위해 태양 전지판의 기전력은 17~20V 정도로 설계된다. 전류량을 늘리기 위해 직렬 유닛을 여러 개 병렬로 연결하기도 한다.

태양 전지판은 딱딱한 것이 대부분이지만, 유연한 박막형 태양 전지도 있다. 1장의 태양 전지판이 발전할 수 있는 전력은 크기나 결정 타입에 따라 다르다. 한 변이 수십 센티미터라면 10와트~100와트, 수 센티미터 정도의 작은 태양 전지판은 1W 이하~수 와트 정도이다. 주택용은 1장이 100W~200W, 산업용은 250W에서 수백 W 정도이다.

태양광 발전 기술 발전과 생산량 증가로 태양 전지판 가격은 지속적으로 하락하고 있다. 1970년 와트당 약 150달러에서 1998년 와트당 4.5달러, 2012년에는 와트당 약 0.60달러로 크게 낮아졌다.[89][90][112][113]

2015년 연구에 따르면 1980년 이후 kWh당 가격이 연간 10%씩 하락했으며, 태양광 발전이 2030년까지 총 전력 소비량의 20%를, 국제 에너지 기구는 2050년까지 16%를 차지할 것으로 예측했다.[91]

태양광 발전 가격은 계속 하락하여 2012년 이후 많은 국가에서 화석 연료 발전보다 저렴해졌으며, 이는 계통 균형으로 알려져 있다.[93]

2005년에는 세계 시장 점유율의 절반을 일본 제조업체가 차지했다.[106] 2009년에는 전 세계적으로 발전 능력 7.5 GW의 태양광 패널이 설치되었으며, IMS Research는 앞으로 출하량이 더욱 증가할 것으로 예측한다.[107] 2011년 7월, 쇼와 셸 석유의 자회사 솔라 프론티어는 미야자키현에 연간 생산 능력 900메가와트의 단일 공장으로는 세계 최대 규모의 라인을 가동시켰다.[108][109]

8. 1. 생산 업체

PV 시스템 설치가 전년 대비 100% 이상 성장함에 따라 PV 모듈 제조업체들은 2019년에 태양광 모듈 출하량을 대폭 늘렸다. 이들은 적극적으로 생산 능력을 확장하여 스스로를 기가와트(GW) 플레이어로 만들었다.[81] 펄스 솔라에 따르면, 2019년 상위 10개 PV 모듈 회사 중 5곳은 2019년에 비해 태양광 패널 생산량이 최소 25% 증가했다.[82]

기가와트(GW) 단위의 PV 시스템 생산량 기준 상위 생산 업체
모듈 생산 업체2019년 출하량
(GW)[79]
징코 솔라(Jinko Solar)14.2
JA 솔라(JA Solar)10.3
트리나 솔라(Trina Solar)9.7
LONGi 솔라(LONGi Solar)9.0
캐나디안 솔라(Canadian Solar)8.5
한화 큐셀(Hanwha Q Cells)7.3
라이선 에너지(Risen Energy)7.0
퍼스트 솔라(First Solar)5.5
GCL 시스템 통합 기술(GCL System)4.8
순펑 광전(Shunfeng Photovoltaic)4.0



2018년 출하량 기준 세계 상위 5대 태양광 모듈 생산 업체는 징코 솔라(Jinko Solar), JA 솔라 홀딩스(JA Solar), 트리나 솔라(Trina Solar), 롱지 솔라(Longi solar), 캐나디안 솔라(Canadian Solar)였다.[85]

8. 2. 가격 동향

태양광 발전 기술의 발전과 생산량 증가로 인해 태양 전지판 가격은 지속적으로 하락하고 있다. 1970년에는 와트당 약 150달러였던 가격이 1998년에는 와트당 4.5달러, 2012년에는 와트당 약 0.60달러로 크게 낮아졌다.[89][90][112][113]

2015년 연구에 따르면 1980년 이후 kWh당 가격이 연간 10%씩 하락했으며, 태양광 발전이 2030년까지 총 전력 소비량의 20%를 차지할 수 있다고 예측한 반면, 국제 에너지 기구는 2050년까지 16%를 예측했다.[91]

평균 가격 정보는 소량 구매자(연간 킬로와트 범위), 중급 구매자(일반적으로 연간 최대 10 MWp), 대량 구매자의 세 가지 범주로 나뉜다.

태양광 발전의 가격은 계속 하락하여 2012년 이후 많은 국가에서 화석 연료로 생산되는 전력보다 전력망에서 공급되는 전력보다 저렴해졌으며, 이는 계통 균형으로 알려진 현상이다.[93]

2014년 9월 기준 주택용 태양광 발전의 경우 최저 가격(지붕면 설치 환경)은 킬로와트당 250000JPY에서 350000JPY 사이였다.[114]

9. 관련 표준

태양광 모듈에 일반적으로 사용되는 표준은 다음과 같다.


  • IEC 61215 (결정질 실리콘 성능), 61646 (박막 성능) 및 61730 (모든 모듈, 안전), 61853 (태양광 모듈 성능 시험 및 에너지 등급)[99]
  • ISO 9488 태양 에너지 - 어휘.[99]
  • UL 1703[99]
  • 언더라이터스 래버러토리 UL 1741
  • 언더라이터스 래버러토리 UL 2703
  • CE 마크[99]
  • 전기 안전 테스터(EST) 시리즈(EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).[99]

10. 활용 분야

태양 전지판은 농업 분야의 관개용 전력, 의료 분야의 의약품 냉장 보관 등 다양한 분야에서 활용된다. 또한, 다음과 같은 인프라에도 사용된다.


  • 농업 태양광
  • 태양광 발전 수로
  • 태양광 발전소
  • 지붕 태양광 발전 시스템
  • 독립형 PV 시스템
  • 태양광 하이브리드 발전 시스템
  • 집광형 태양광 발전
  • 부유식 태양광
  • 태양광 비행기
  • 태양광 정수
  • 태양광 펌핑 레이저
  • 태양광 자동차
  • 태양열 온수
  • 우주선 및 우주 정거장의 태양 전지판
  • 태양광 매립지


태양 전지판은 보통 여러 개의 작은 태양 전지를 틀(주로 알루미늄 사용)이나 구조체에 넣어 패널 형태로 만든다. 2장의 유리 사이에 셀을 넣어 건물 일체형으로 사용하기도 한다.

각 태양 전지의 기전력은 작지만, 여러 개를 직렬로 연결하여 전압을 높인다. 보통 납 축전지(12V)와 함께 사용하며, 태양 전지판의 기전력은 17~20V 정도로 설계된다. 전류량을 늘리기 위해 직렬 유닛을 여러 개 병렬로 연결하기도 한다.

대부분 태양 전지판은 딱딱하지만, 유연한 박막형 태양 전지를 사용한 제품도 있다.

태양 전지판 1장의 발전 전력은 크기, 발전 효율 등에 따라 다르다. 대략 한 변이 수십 센티미터 정도면 10W~100W, 주택용은 100W~200W, 산업용은 250W에서 수백 W 정도이다.

주택용 태양광 발전 시스템은 여러 개의 태양 전지판을 접속함을 거쳐 전력 조절 장치에 연결하여 사용한다. 발전된 전력은 가정 내에서 소비하거나 전력망으로 공급하여 판매할 수 있다.

여러 개의 태양 전지판을 조합한 것을 "태양 어레이"라고 하며, 태양광 발전소는 다수의 태양 어레이를 설치하여 구축한다.

태양 전지판은 인공위성과 우주 정거장에서도 사용된다.

수천 장 또는 수만 장의 태양 전지판을 조합하여 태양광 발전소를 건설하는 예 (미국 네바다 주의 태양광 발전소 예)


이 외에도 태양광 자동차, 태양광 비행기, 태양광 조명 (태양광 램프), 태양광 여기 레이저, 휴대 전화(au는 2009년 태양 전지 탑재 휴대 전화 발표[115]), 노트북 컴퓨터(스페인의 IUNIKA가 세계 최초의 태양 전지 내장 발전 노트북 컴퓨터 Gyy 개발[116]), 손목시계, 계산기 등에 활용된다.

11. 과제 및 문제점

태양 전지판은 여러 장점에도 불구하고 해결해야 할 과제와 문제점 또한 안고 있다.


  • 효율 저하: 더운 날에는 온도 상승으로 인해 태양 전지판의 발전 효율이 떨어진다.[101]
  • 반사광: 태양 전지판의 반사광은 인근 주민들에게 불편을 초래할 수 있다. 2012년 요코하마 지방 법원은 태양 전지판 반사광 피해를 인정하는 판결을 내렸으며[117], 2015년에는 반사광으로 인한 열사병 피해 소송이 고베 지방 법원에 제기되기도 했다.[118]
  • 경관: 교토시와 나라현 등 일부 지역에서는 태양광 패널 설치를 제한하여 경관을 보전하고 있다.
  • 비둘기 문제: 태양 전지판 근처에 비둘기가 둥지를 짓고 똥을 싸는 것을 방지해야 한다.
  • 파손 및 유지보수: 일부 파손된 채로 사용하면 누전 등의 문제가 발생할 수 있으므로 정기적인 점검과 즉각적인 교체가 필요하다. 가대의 볼트 풀림에도 주의해야 한다.
  • 자연재해: 토네이도 발생 시 태양 전지판이 날아가 주변에 피해를 줄 수 있다. 이는 태양 전지판만의 문제는 아니지만, 토네이도 자체가 문제의 원인이다.
  • 부적절한 시공: 토사 붕괴 우려가 있는 지역에 무허가 굴착을 하는 등 부적절한 시공은 사회 문제를 야기할 수 있다.[122] 2015년 9월 태풍 18호로 인한 호우 피해 당시, 기누가와강 제방이 태양 전지판 설치 업체에 의해 깎여 있었던 사실이 밝혀지기도 했다.[123]
  • 전력망 영향: 태양광 발전 시스템 증가는 양방향 에너지 흐름을 야기하는데, 이는 기존 전력망 설계와 맞지 않아 과전압 문제를 발생시킬 수 있다.[94]

11. 1. 한국 내 과제


  • 경관 문제: 일부 지역에서는 태양광 발전 시설이 주변 경관을 해친다는 민원이 제기되고 있다. 교토시에서는 미관 지구 등 특정 구역 내 태양광 패널 설치에 제한을 두고 있다. 나라현에서도 경관 보전 지구 및 환경 보전 지구 내 태양광 패널 설치를 제한한다.
  • 반사광 문제: 태양 전지판의 반사광으로 인해 인근 주민들이 불편을 겪을 수 있다. 2012년 요코하마 지방 법원은 태양 전지판 반사광 피해를 인정하는 판결을 내렸다. 2015년에는 태양 전지판 반사광으로 인한 열사병 피해 소송이 고베 지방 법원에 제기되었다.
  • 부동산 투기: 일부 지역에서는 태양광 발전 사업을 빌미로 한 부동산 투기가 발생하고 있다.
  • 환경 문제: 태양광 발전 시설 설치로 인한 산림 훼손, 생태계 파괴 등의 문제가 제기되고 있다.
  • 전자파 유해성 논란: 태양광 발전 시설에서 발생하는 전자파가 인체에 유해하다는 주장이 있으나, 과학적으로 명확히 밝혀진 바는 없다.
  • 비둘기 문제: 태양 전지판 장치 근처에 비둘기가 둥지를 짓고 똥을 싸는 것을 방지해야 한다.
  • 수명과 철거: 일본에서 2009년경부터 보급된 가정용 태양 전지판은 2040년경부터 대량 폐기될 것으로 예상된다. 폐기물 증가에 따른 철거 비용 상승, 철거 노하우 부족, 시공 회사의 도산 등의 문제가 발생할 수 있다.
  • 폐기물 처리: 수명이 다한 태양 전지판의 처리 문제가 대두되고 있다. 유럽에서는 태양 전지판 제조사가 NPO를 설립하여 재활용 시스템을 구축하고 있다.

11. 2. 일반적인 과제


  • 더운 날에는 온도 상승으로 인해 태양 전지판의 발전 효율이 저하된다.[101]
  • 태양 전지판에서의 반사광
  • 반사광으로 인해 인근 주민으로부터 불만이 제기될 수 있다.
  • 2012년 4월 18일 요코하마 지방 법원은 요코하마시 카나자와구의 주민 2명이 태양 전지판을 자택 옥상에 설치한 남성과 설치 공사를 맡은 타마홈을 상대로 일부 패널 철거와 손해 배상을 요구한 소송에 대해 원고 측의 주장을 인정한 판결을 내렸다.[117]
  • 2015년 9월에는 태양 전지판의 반사광 영향으로 자택 실내에 열이 갇혀 열사병에 걸렸다며 패널을 설치한 JAG 국제 에너지를 상대로 고베 지방 법원에 소송이 제기되었다.[118]
  • 태양 전지판 장치 근처에 비둘기가 둥지를 짓고 똥을 싸지 않도록 대책을 마련해야 한다.
  • 태양 전지판 설치와 경관과의 조화
  • 교토시에서는 미관 지구, 미관 형성 지구, 건조물 수경 지구, 풍치 지구, 역사적 풍토 특별 보존 지구, 전통적 건조물군 보존 지구, 조망 공간 보전 구역, 근경 디자인 보전 구역, 원경 디자인 보전 구역 내에서의 태양광 패널 설치에 제한이 있다.[119]
  • 나라현에서는 경관 보전 지구 및 환경 보전 지구 내에서의 태양광 패널 설치에 제한이 있다.[120]
  • 일부가 파손된 채로 사용하면, 패널은 태양광이 닿는 한 멈추지 않고 발전을 계속하므로 누전 등이 발생할 수 있다. (→ 정기적으로 점검하고 파손된 것은 즉시 교체한다.)
  • 가대의 볼트 풀림. (→ 시공 시, 볼트에 적절한 토크를 가한다.)
  • 토네이도에 휩쓸리면 태양 전지판이 날아가 인근 집에 비산 피해를 입힐 수 있다. (다만, 지붕의 보통 기와도, 집의 벽 재료도, 거리의 간판도, 정원의 화분도, 무엇이든 토네이도로 날아가 주변에 피해를 준다. 토네이도에서는 집 전체도 흩어져 날아간다. 집 안의 부엌에 놓인 냄비나 프라이팬도 날아간다. 원자력 발전소나 화력 발전소 부지에 놓인 다양한 물품도 토네이도로 날아가 인근 시설에 피해를 준다. 태양 전지판만 나쁜 것은 아니다. 모든 물체가 "나쁘다"는 것이다. 하지만 진짜 (나쁜) 원인은 토네이도이다.)
  • 부적절한 시공
  • 토사 붕괴 등 토사 재해의 우려가 있는 "토사 재해 경계 구역" 내에서 태양 전지판을 설치할 때 무허가로 굴착을 한 업체가 있어 사회 문제화된 사례가 있다.[122]
  • 이바라키현조소시내의 기누가와강에서는 2015년9월 태풍 18호의 영향으로 인한 호우 재해로 제방이 월수되었는데, 해당 제방의 월수 지점이 태양 전지판 설치 공사를 한 업체에 의해 높이가 약 2m에 걸쳐 깎여 있었던 것이 판명되었다.[123]
  • 전력망 영향
  • 태양광 발전 시스템이 증가함에 따라 에너지 흐름은 양방향이 된다. 지역 발전량이 소비량보다 많을 경우 전기가 전력망으로 수출된다. 그러나 전통적으로 전력망은 양방향 에너지 전송을 처리하도록 설계되지 않았다. 예를 들어, 호주 퀸즐랜드에서는 2017년 말까지 가구의 30% 이상이 옥상 태양광 발전을 사용했다. 2015년부터 많은 지역 사회에서 오리 곡선이 자주 나타났다. 태양광 발전 가구에서 전력망으로 전기가 다시 흐르면서 과전압 문제가 발생할 수 있다.[94]

12. 갤러리



주차장 지붕을 태양 전지판으로 하여 "일석이조"를 실현.


태양광 에너지 만으로 주행하는 전기 자동차. 휘발유를 전혀 사용하지 않음.


인샛3의 태양 전지판

참조

[1] 간행물 April 25, 1954: Bell Labs Demonstrates the First Practical Silicon Solar Cell http://www.aps.org/p[...] American Physical Society 2009-04
[2] 웹사이트 The history of the invention of the solar panel summary. https://www.energyma[...] Energymatters.com 2019-01-25
[3] 간행물 IX. The action of light on selenium 1877-01-01
[4] 뉴스 Photovoltaic Dreaming 1875--1905: First Attempts At Commercializing PV https://cleantechnic[...] Sustainable Enterprises Media Inc. 2018-09-07
[5] 웹사이트 Light-sensitive electric device https://patents.goog[...] 2018-09-07
[6] 웹사이트 Solar Industry Data http://www.seia.org/[...] SEIA 2014-01-13
[7] 웹사이트 California Rooftop Photovoltaic (PV) Resource Assessment and Growth Potential by County https://www.energy.c[...] 2022-09-28
[8] 웹사이트 Solar Module OEMs Seeking Advantage With Inverter Electronics http://www.greentech[...] Greentech Media 2014-01-13
[9] 웹사이트 Leading Solar Module OEMs To Display Next-generation Tigo Energy Technology During PV Expo Japan http://www.tigoenerg[...] Tigo Energy 2014-01-13
[10] 간행물 Performance Evaluation of Mono-Crystalline Photovoltaic Panels in Funaab, Alabata, Ogun State, Nigeria Weather Condition
[11] 웹사이트 Are solar chargers worth it: a useful tool or a flash in the pan gimmick? https://www.advnture[...] 2022-02-16
[12] 웹사이트 What is a TOPCON solar cell? - https://www.kschan.c[...] 2022-11-11
[13] 웹사이트 Solar Cell Technology BSF PERC TOPCON HJT IBC - Knowledge https://www.dsneg.co[...] 2022-11-11
[14] 웹사이트 Solar Electronics, Panel Integration and the Bankability Challenge http://www.greentech[...] Greentech Media 2014-01-13
[15] 웹사이트 Do Solar Panels Work In The Shade? A Complete Guide To Solar Panel Shading, Its Effect, And Its Solutions {{!}} RenewableWise https://www.renewabl[...] 2022-11-11
[16] 웹사이트 PHOTOVOLTAICS REPORT https://www.ise.frau[...]
[17] 간행물 Raw materials for the Portuguese decarbonization roadmap: The case of solar photovoltaics and wind energy https://doi.org/10.1[...] 2024
[18] 웹사이트 Photovoltaics Report http://www.ise.fraun[...] 2014-07-28
[19] 웹사이트 Ground-Mount PV Racking Systems http://solarprofessi[...] 2014-10-19
[20] 웹사이트 Ground-Mounted Solar Photovoltaic Systems http://www.mass.gov/[...] 2012-12
[21] 웹사이트 Have we been doing Solar wrong all along? - Undecided with Matt Ferrell https://undecidedmf.[...] 2024-02-06
[22] 웹사이트 A Guide To Photovoltaic System Design And Installation http://www.ecodiy.or[...] ecodiy.org 2011-07-26
[23] 웹사이트 Why Putting Solar Canopies on Parking Lots Is a Smart Green Move https://e360.yale.ed[...] 2024-09-29
[24] 웹사이트 One-Axis Trackers – Improved Reliability, Durability, Performance, and Cost Reduction http://www.nrel.gov/[...] National Renewable Energy Laboratory 2012-12-30
[25] 웹사이트 A review of principle and sun-tracking methods for maximizing http://xa.yimg.com/k[...] Elsevier 2012-12-30
[26] 웹사이트 Optimum Tilt of Solar Panels http://www.solarpane[...] MACS Lab 2014-10-19
[27] 뉴스 Most solar panels are facing the wrong direction, say scientists https://www.telegrap[...] 2018-09-09
[28] 간행물 Space solar: The global race to tap the sun's energy from orbit https://www.newscien[...] 2016-02-13
[29] 간행물 Effect of obliquity of incident light on the performance of silicon solar cells 2019-07
[30] MSt Angle of Incidence And Power Degradation Analysis of Photovoltaic Modules https://core.ac.uk/d[...] Arizona State University 2023-05-01
[31] 문서 UL1741 pp 17, Section 2.2
[32] 웹사이트 Micro Inverters for Residential Solar Arrays https://www.expertsu[...] 2017-05-10
[33] 웹사이트 Champion Photovoltaic Module Efficiency Plot https://www.nrel.gov[...] 2022-04-06
[34] 웹사이트 Elon Musk and SolarCity unveil 'world's most efficient' solar panel https://mashable.com[...] 2018-09-09
[35] 웹사이트 Milestone in solar cell efficiency achieved https://www.scienced[...] 2018-09-09
[36] 웹사이트 SunPower e20 Module https://web.archive.[...] 2014-07-25
[37] 웹사이트 HIT Photovoltaic Module http://www.panasonic[...] Sanyo / Panasonic 2016-11-25
[38] 논문 Experimental system for current–voltage curve measurement of photovoltaic modules under outdoor conditions https://doi.org/10.1[...] Progress in Photovoltaics
[39] 웹사이트 UK Solar PV Vital Statistics http://euanmearns.co[...] 2015-10-20
[40] 웹사이트 Solar PV capacity factor globally 2020 https://www.statista[...] 2021-07-14
[41] 논문 Parametric study for optimizing double-layer microchannel heat sink for solar panel thermal management 2022-10-31
[42] 뉴스 Managing Light To Increase Solar Efficiency https://wayback.arch[...] MIT Technology Review 2018-03-14
[43] 서적 Photovoltaic systems https://www.worldcat[...] American Technical Publishers, Inc 2012
[44] 웹사이트 Bypass Diodes https://www.pveducat[...] 2021-06-29
[45] 웹사이트 Open-Circuit Voltage (Battery) https://electricalsc[...] 2021-06-30
[46] 웹사이트 REC Alpha Black Series Factsheet https://commercialso[...]
[47] 웹사이트 TSM PC/PM14 Datasheet https://web.archive.[...] 2012-06-04
[48] 웹사이트 LBS Poly 260 275 Data sheet https://web.archive.[...] 2018-01-09
[49] 논문 Temperature coefficients of degraded crystalline silicon photovoltaic modules at outdoor conditions https://doi.org/10.1[...] Progress in Photovoltaics
[50] 뉴스 Are Solar Panels Affected by Weather? http://energyinforma[...] Energy Informative 2018-03-14
[51] 웹사이트 Solarplaza Potential Induced Degradation: Combatting a Phantom Menace https://www.solarpla[...] 2017-09-04
[52] 웹사이트 What is PID? – eicero https://web.archive.[...] 2017-09-04
[53] 웹사이트 How Solar Cells Work http://science.howst[...] 2015-12-09
[54] 웹사이트 Bonding in Metals and Semiconductors http://2012books.lar[...] 2015-12-09
[55] 논문 Analysis of the degradation of single-crystalline silicon modules after 21 years of operation https://doi.org/10.1[...] Progress in Photovoltaics
[56] 논문 Analysis of the degradation of amorphous silicon-based modules after 11 years of exposure by means of IEC60891:2021 procedure 3 https://doi.org/10.1[...] Progress in Photovoltaics
[57] 논문 New model to study the outdoor degradation of thin-film photovoltaic modules
[58] 웹사이트 Self-Cleaning Solar Panels Maximize Efficiency https://www.asme.org[...] ASME 2012-10-01
[59] 논문 Techno-Economic Assessment of Soiling Losses and Mitigation Strategies for Solar Power Generation
[60] 웹사이트 Cleaning Solar Panels Often Not Worth the Cost, Engineers at UC San Diego Find http://ucsdnews.ucsd[...] 2015-05-31
[61] 웹사이트 Fire incidents involving solar panels https://www.gov.uk/g[...] 2019-03-19
[62] 웹사이트 Built solar assets are 'chronically underperforming' and modules degrading faster than expected, research finds https://www.pv-tech.[...] 2021-06-08
[63] 웹사이트 Solar module failure rates continue to rise as record number of manufacturers recognised in PVEL Module Reliability Scorecard https://www.pv-tech.[...] 2021-05-26
[64] 서적 2014 Saudi Arabia Smart Grid Conference (SASG) 2014-12-01
[65] 뉴스 The Solar Boom Will Create Millions of Tons of Junk Panels https://www.wsj.com/[...] The Wall Street Journal 2022-05-05
[66] 웹사이트 Eco-efficient cement could pave the way to a greener future: Rice U. scientists 'flash' toxic heavy metals out of fly ash, make stronger concrete https://www.scienced[...] 2023-05-17
[67] 웹사이트 As Millions of Solar Panels Age Out, Recyclers Hope to Cash In https://e360.yale.ed[...] 2023-05-07
[68] 웹사이트 Overview of First Solar's Module Collection and Recycling Program http://www.bnl.gov/p[...] Brookhaven National Laboratory 2017-03-17
[69] 웹사이트 A Voluntary Take Back Scheme and Industrial Recycling of Photovoltaic Modules http://www.bnl.gov/p[...] Brookhaven National Laboratory 2017-03-17
[70] 간행물 Solar Panels Are Starting to Die, Leaving Behind Toxic Trash https://www.wired.co[...] 2020-08-22
[71] 웹사이트 Reclaimed PV Panels Market Assessment Industry Report https://www.circular[...]
[72] 뉴스 Solar Panels can be recycled – BetterWorldSolutions – The Netherlands https://www.betterwo[...] 2015-10-09
[73] 논문 Life Cycle Assessment of an innovative recycling process for crystalline silicon photovoltaic panels
[74] 문서 Wambach 1999
[75] 문서 Krueger 1999
[76] 문서 Wambach 1999
[77] 웹사이트 First Breakthrough in Solar Photovoltaic Module Recycling, Experts Say http://www.unendlich[...] European Photovoltaic Industry Association 2011-01-01
[78] 웹사이트 3rd International Conference on PV Module Recycling http://www.pvcycle.o[...] PV CYCLE 2012-10-01
[79] 웹사이트 LONGi: Who Are They And Why Do We Use Them https://pulsesolar.c[...] 2020-08-05
[80] 뉴스 Can solar power shake up the energy market? https://www.bbc.com/[...] 2019-09-11
[81] 웹사이트 Solar PV Project Report {{pipe}} Helical Power https://www.helicalp[...] 2022-08-12
[82] 웹사이트 LONGi: Who Are They And Why Do We Use Them https://pulsesolar.c[...] 2020-06-18
[83] 웹사이트 Grand Challenges Make Solar Energy Economical http://www.engineeri[...]
[84] 웹사이트 SolarCity Press Release http://www.solarcity[...] 2015-10-02
[85] 웹사이트 Top 10 solar module suppliers in 2018 https://www.pv-tech.[...] 2019-01-23
[86] 웹사이트 Solar (photovoltaic) panel prices vs. cumulative capacity https://ourworldinda[...] 2023
[87] 웹사이트 Swanson's Law and Making US Solar Scale Like Germany http://www.greentech[...] 2014-11-24
[88] 웹사이트 Home Energy Tax Credits {{!}} Internal Revenue Service https://www.irs.gov/[...] 2023-12-04
[89] 웹사이트 Small Chinese Solar Manufacturers Decimated in 2012 {{pipe}} Solar PV Business News {{pipe}} ENF Company Directory http://www.enfsolar.[...] Enfsolar.com 2013-08-29
[90] 서적 Harnessing Light http://www.nap.edu/c[...] National Research Council
[91] 논문 How predictable is technological progress?
[92] 논문 Future cost-competitive electricity systems and their impact on US {{CO2}} emissions
[93] 간행물 Re-considering the economics of photovoltaic power http://www.un-energy[...] United Nations 2012-05-17
[94] 논문 Power Quality and Rooftop-Photovoltaic Households: An Examination of Measured Data at Point of Customer Connection https://publikatione[...]
[95] 웹사이트 Could solar and batteries power your home when the electricity grid goes out? http://theconversati[...] 2022-09-28
[96] 서적 Regional Workshop on Solar Power Generation Using Photovoltaic Technology https://books.google[...] DIANE publishing
[97] 서적 Trends in solar energy research https://books.google[...] Nova
[98] 논문 Implementing risk mitigation strategies through module factory and production inspections https://www.pv-tech.[...] 2018-09
[99] 간행물 集光型化合物太陽電池 http://www.sharp.co.[...] シャープ
[100] 웹사이트 Diodes http://www.kpsec.fre[...] Kpsec.freeuk.com 2010-10-18
[101] 문서 特許庁 技術分野別特許マップ「太陽電池」1.2.1 http://www.jpo.go.jp[...]
[102] 문서 Very High Efficiency Solar Cell (VHESC) http://www.darpa.mil[...]
[103] 뉴스 IMECが廃熱で発電する太陽電池を開発、製造プロセスを低コストに https://xtech.nikkei[...] 日経エレクトロニクス 2010-06-10
[104] 웹사이트 Global flexible and thin-film PV market expected to reach US$58b in 2019,reports by IntertechPira study http://globalsolarte[...] Globalsolartechnology 2011-01-11
[105] 웹사이트 CTI Solar sales brochure http://www.cti-solar[...] 2010-09-03
[106] 뉴스 日本の自動車産業をさらに衰退させる「電動車」というまやかし - 政治・国際 - ニュース｜週プレNEWS https://wpb.shueisha[...]
[107] 웹사이트 IMS Market Research - Press http://www.pvmarketr[...] Pvmarketresearch.com 2010-05-05
[108] 웹사이트 世界の太陽電池メーカー勢力図 http://www.toyokeiza[...] 東洋経済 online 2011-02-16
[109] 웹사이트 昭和シェル石油グループが太陽電池新工場の竣工式を開催、7月までに全ライン稼動で世界最大級の工場に http://www.toyokeiza[...] 東洋経済 online 2011-04-25
[110] 웹사이트 太陽電池モジュール・2017年出荷量トップ10企業 https://www.kankyo-b[...]
[111] 웹사이트 トランプ米政権、太陽光パネルと洗濯機にセーフガード発動 https://www.cnn.co.j[...] CNN 2018-01-23
[112] 서적 Harnessing Light http://www.nap.edu/c[...] National Research Council
[113] 간행물 Module Pricing: Rational, Or Just Plain Nuts? http://www.renewable[...] 2009-09-24
[114] 문서 太陽光発電の価格相場 http://standard-proj[...]
[115] 웹사이트 KDDIが太陽電池携帯を発売へ https://www.itmedia.[...] ITmedia news 2009-04-20
[116] 웹사이트 Meet Gyy, The First Solar Powered Netbook http://www.pcworld.c[...] PCWorld 2009-05-15
[117] 웹사이트 太陽光パネル「反射光が苦痛」…地裁が撤去命令 http://www.yomiuri.c[...] 2012-04-19
[118] 웹사이트 「太陽光パネルで室内５０度、熱中症」　６４歳会社役員が業者に３００万円求め提訴 http://www.sankei.co[...] 2015-09-09
[119] 웹사이트 太陽光発電装置等を設置される場合は景観規制の手続が必要です http://www.city.kyot[...] 京都市
[120] 웹사이트 保全地区内で太陽光パネルを設置する場合 http://www.pref.nara[...] 奈良県
[121] 웹사이트 どうする！？ 太陽光パネルの“終活” https://www3.nhk.or.[...]
[122] 웹사이트 太陽光発電：業者、無許可で危険斜面掘削　和歌山の山林 http://mainichi.jp/s[...] 2015-09-06
[123] 웹사이트 関東・東北豪雨：太陽光装置設置工事で堤防削られる　常総 http://mainichi.jp/s[...] 2015-09-11


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