태양전지: 현재 최고의 기술과 최고의 성능을 제공하는 태양광 모듈은 무엇입니까?

태양전지의 기술개발은 계속해서 빠르게 진행되고 있습니다. 어제 초현대적이고 혁신적이었던 것이 내일이면 낡은 것이 되는 경우가 많습니다. 기술적 진보로 인해 시스템이 더욱 안정적이고 효율적으로 바뀌고 있으며, 이로 인해 PV 전기에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이는 기후 보호법과 독일이 2045년까지 목표로 하는 기후 중립에 의해 더욱 촉진될 가능성이 높으며, 이는 향후 재생 에너지의 상당한 성장이 예상되는 이유입니다.

다양한 유형의 태양광 모듈은 PV 기술의 효율성에 중요한 역할을 합니다. 이 나라에는 특히 PV 시스템에서 주로 사용되는 네 가지 모듈 유형이 있습니다. 그들의 장점과 단점, 그리고 그들의 관점을 소개하겠습니다.

태양광 모듈: 어떤 유형이 있나요?

PV 모듈의 유형은 때로는 기술 설계에서 상당한 차이가 있다는 특징이 있습니다. 이는 성능, 사용 기간 및 비용 측면에서 매우 다른 결과를 제공한다는 것을 의미합니다. 아래에서는 이에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

• 유리-유리/이중유리 모듈
• 다결정 모듈
• 단결정 모듈
• 박막 모듈
• CIS/CIGS 모듈

양면 셀 기술이 적용된 유리 모듈을 사용하면 빛이 모듈의 앞면과 뒷면 모두에서 포착됩니다. 빛의 사용을 늘리면 모듈의 효율이 높아집니다.

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관련 단결정 모듈과 마찬가지로 다결정 PV 모듈은 실리콘으로 만들어집니다. 이것을 녹인 후 길쭉한 사각형 틀에 붓고 천천히 냉각합니다. 생성된 결정 구조는 추가 생산 단계로 나누어지고 다결정 태양 전지를 형성하는 디스크로 분해됩니다. 시각적으로 눈에 띄는 파란색이 특징입니다.

이 공정은 상대적으로 저렴하다는 장점이 있으며, 이것이 다결정 PV 모듈이 오랫동안 가장 널리 사용되는 태양전지 중 하나였던 이유입니다. 이 기술은 오랫동안 작동 테스트를 거쳤기 때문에 신뢰성이 매우 높습니다. 고장 가능성이 낮을 뿐만 아니라 이 시스템은 사용 수명도 깁니다. 그러나 제조 공정상 개별 결정의 경계층에서 블러링(Blurring)이 발생하는 단점이 있다. 이는 이들 태양전지의 효율이 12~16%의 중간 범위에 불과하다는 것을 의미한다. 이는 공간 요구 사항을 증가시키고 효율성을 감소시킵니다.

다결정 및 단결정 모듈이 공통적으로 갖는 두 가지 추가 단점은 상대적으로 높은 무게와 확산 조명 조건 및 고온에서의 성능 손실입니다.

단결정 모듈도 실리콘으로 만들어졌습니다. 다결정 구조와 달리, 실리콘은 두 번째로 녹아서 컬럼 형태의 단일 결정 (따라서 "모노")을 생성합니다. 그것들은 다결정 모듈에서 관찰 될 수있는 마찰 손실로 어려움을 겪지 않습니다. 진한 파란색에서 검은 색 반짝이는 태양 전지로, 이는 최대 20 %의 더 높은 효율로 이어집니다.

단결정 모듈은 결함에 대한 낮은 민감성과 수십 년 동안 시도되고 테스트된 구현 외에도 더 작은 공간 요구 사항이 특징입니다. 그러나 이러한 모듈은 생산 비용이 비교적 비쌉니다. 여기에 상대적으로 높은 무게와 열악한 조명 조건 및 고온에서의 효율성 감소도 추가됩니다.

요약하면, 두 결정질 모듈 형태 모두 효과적으로 작동합니다. 그러나 단결정 태양광 모듈은 효율성이 높아 공간이 제한적일 때 더 나은 선택이기는 하지만 상대적으로 무겁습니다. 더 높은 효율성으로 인해 더 높은 가격에도 불구하고 다결정 태양전지보다 우위에 있는 경우가 많았습니다.

그러나 다결정 모듈의 최대 3분의 1 낮은 가격(kWp당)으로 인해 특히 공간 제약이 없는 대형 PV 시스템에서 계속 큰 인기를 누릴 수 있습니다.

이름에서 알 수 있듯이 박막 모듈은 깊이가 매우 얕은 것이 특징입니다. 박막 모듈은 전통적으로 비정질 실리콘으로 만들어진 반도체로 제조됩니다. 이 시스템에서는 일반적으로 유리로 만들어진 캐리어 물질이 얇은 층으로 기화됩니다. 이 공법은 박막형 태양전지가 실리콘 웨이퍼로 만든 태양광 모듈 2개보다 약 100배 더 얇다는 것을 의미한다.

마이크로 전자 공학, 광전지 및 마이크로 시스템 기술에서 웨이퍼는 두께가 약 1mm인 원형 또는 사각형 디스크입니다. 이는 소위 잉곳이라고 불리는 단결정 또는 다결정(반도체) 블랭크로 만들어지며 일반적으로 집적 회로(IC, "칩"), 마이크로 기계 부품 또는 광전 코팅을 포함한 전자 부품의 기판(베이스 플레이트) 역할을 합니다. 마이크로전자 부품을 제조할 때 일반적으로 여러 개의 웨이퍼를 하나의 배치로 결합하고 하나씩 직접 처리하거나 병렬로 처리합니다.

이는 또한 박막 모듈의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 무게가 가볍기 때문에 매우 유연하고 다양하게 사용할 수 있기 때문입니다. 이것이 바로 이 모듈이 대형 PV 시스템뿐만 아니라 시계 및 기타 소형 전기 제품의 전기 생성에도 오랫동안 사용되어 온 이유입니다. 또한, 박막 모듈은 원자재 요구량이 낮기 때문에 제조가 쉽고 생산 비용이 저렴하여 보급률이 더욱 높아졌습니다. 성능 곡선은 위에서 언급한 두 개의 수정 모듈처럼 불리한 조명 조건에서도 평탄화되지 않습니다.

하지만 폭이 좁은 모듈은 다른 태양전지에 비해 효율이 훨씬 낮다는 단점이 있다. 이는 최대 7%이므로 PV 시스템에서 사용하려면 상당한 공간이 필요합니다. 더 높은 효율성을 달성하기 위해 제조업체는 이제 카드뮴 텔루라이드(CdTe)를 사용하는 박막 모듈 생산으로 전환했습니다. 설계 원리는 효율이 최대 8%까지 약간 더 높다는 장점이 있습니다. 특히 연무 및 안개가 심하고 빛이 확산되는 지역에서 사용하기에 적합합니다. 그러나 사용자는 모듈에 포함된 카드뮴을 재활용하기 위해 더 높은 가격과 분해 시 추가 비용을 감수해야 합니다. 비용 증가에도 불구하고 보다 효과적인 모듈식 설계의 사용이 증가하고 있습니다.

또한 현재 많은 기업에서 구리-아연-주석 황화물 및 황(CZTS)을 사용하여 제조된 박막 모듈을 연구하고 있습니다. 이 반도체 재료는 구성에 희귀하고 독성이 있는 원소를 사용할 필요가 없다는 점에서 기존의 박막 태양전지에 비해 장점이 있습니다. 하지만 이 기술이 대량 생산되기까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보입니다.

이 모듈은 특별한 형태의 박막 태양전지이며 현재 이 분야에서 CdTe 변형에 이어 두 번째로 가장 일반적인 유형입니다. 이 모듈은 구리-인듐-디셀레나이드(CIS) 또는 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드(CIGS) 화합물을 기반으로 하며 실리콘 기반의 박막 모듈보다 전기 전도율이 훨씬 좋습니다. 효율은 12~15%로 박막형 태양전지 중 가장 높은 효율이다. 또한 확산광과 고온에서도 손실이 거의 없으며 무게도 가볍고 파손 가능성도 낮습니다.

이러한 장점은 모듈에 포함된 셀레늄의 고가의 생산 및 복잡한 재활용으로 인해 상쇄됩니다. 또한 이러한 모듈이 상대적으로 새로 존재하기 때문에 시스템 내구성에 대한 장기적인 경험이 없습니다. 그러나 이러한 태양전지의 생산이 수년간 정체된 것은 주로 높은 가격 때문입니다.

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