태양광(PV) 시스템은 전 세계적으로 진행되고 있는 재생 에너지원으로의 전환에 필수적인 요소입니다. 태양광 패널의 필수 구성 요소인 광전지는 태양광을 전기로 변환하기 위해 이러한 시스템에서 활용됩니다. 하지만 다른 기술과 마찬가지로 태양광 전지는 시간이 지남에 따라 효율성과 성능에 영향을 미치는 성능 저하를 경험합니다. 흔히 노화 및 감쇠라고 하는 이 과정은 태양광(PV) 시스템의 전반적인 효율성, 신뢰성 및 경제성에 중요한 영향을 미칩니다. 이 글에서는 기술적 성능, 경제적 고려 사항, 유지보수 조치, 환경 문제 등 다양한 각도에서 태양광 셀 모듈의 노화 및 감쇠가 미치는 영향을 조사합니다.

기술 영역 내 성능 저하 메커니즘

태양광 전지 모듈의 성능 저하는 다양한 메커니즘에 의해 발생할 수 있으며, 이는 크게 화학적 프로세스와 물리적 프로세스의 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

태양광 모듈의 반복적인 가열과 냉각은 열팽창과 수축을 유발하여 궁극적으로 셀과 상호 연결부에 재료의 피로와 미세 균열을 초래합니다. 이러한 현상을 열 순환이라고 합니다.

자외선 노출: 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)와 같은 봉지재는 자외선(UV)에 장시간 노출되면 변색되고 통과할 수 있는 빛의 양이 감소하여 성능이 저하될 수 있습니다.

습기 유입: 습기가 유입되면 금속 접점이 부식될 수 있으며 모듈 내의 층이 분리되기 시작하는 박리 현상이 발생하여 상당한 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

전위 유도 열화(PID)로 알려진 이 과정에서 태양광 셀과 접지된 프레임 사이의 높은 전압 차는 이온 이동을 초래하여 효율 손실을 증가시킬 수 있습니다.

효율성 감소

일반적으로 태양광 모듈의 성능 저하율은 기술 및 환경 조건에 따라 매년 0.5%에서 1% 정도입니다. 이로 인해 25년의 수명 기간 동안 전력 출력은 12.5%에서 25%까지 감소할 수 있습니다. 박막 태양 전지와 같은 오래된 기술에 비해 단결정 실리콘과 같은 최신 기술은 열화율이 낮은 경향이 있습니다.

성과 측정 지표

노화에 의해 영향을 받는 주요 성능 매개변수는 다음과 같습니다:

빛 흡수 감소와 저항 증가는 모두 단락 전류(Isc라고도 함)의 감소에 기여합니다.
전하 캐리어의 재결합이 증가하면 개방 회로 전압(흔히 Voc라고 함)이 감소합니다.
내부 저항 손실이 증가함에 따라 필 팩터(FF)가 감소하여 모듈의 전체 효율에 영향을 미칩니다.

경제 관련 우려 사항

장기적인 성과와 비교했을 때 초기 투자 비용

초기 투자 비용과 장기 에너지 생산량 사이의 균형은 태양광(PV) 시스템의 경제성 여부를 결정하는 데 중요한 요소입니다. 감쇠와 노화 과정은 시간이 지남에 따라 생산되는 에너지의 양을 감소시키기 때문에 이 균형에 직접적인 영향을 미칩니다. 이는 결국 투자 수익률(ROI)에 영향을 미칩니다.

LCOE는 "평준화된 에너지 비용"을 의미합니다.

균등화 발전 비용(LCOE)은 시스템 수명 기간 동안 한 단위의 전기를 생산하는 데 드는 비용을 평가하는 중요한 지표입니다. 시스템의 성능 저하로 인해 전력 생산량은 줄어드는 반면 운영 및 유지보수 비용은 동일하거나 증가하기 때문에 균등화 에너지 비용(LCOE)은 증가합니다. 재무 모델링 및 투자금 확보와 관련하여 열화율에 대한 정확한 예측을 확보하는 것은 매우 중요합니다.

보증 및 보험

일반적인 상황에서 제조업체는 일반적으로 25년 후 초기 전력 출력의 80~90%에 해당하는 특정 수준의 성능을 보장하는 보증을 제공합니다. 성능 저하 패턴을 이해하면 보증 및 보험 정책을 협상할 때 유리하며, 이는 재정적 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

유지 관리 및 수리 전략

관찰 및 진단 기술

성능 저하의 조기 지표를 식별하기 위해서는 정기적으로 진단과 모니터링을 수행하는 것이 필수적입니다. 적외선 서모그래피, 전계발광 이미징, IV 커브 추적과 같은 정교한 진단 기술을 사용하여 잠재력을 발휘하지 못하는 결함 및 모듈을 발견할 수 있습니다.

예방적 유지 관리 및 수리

예방적 유지 관리 조치를 적용하면 노화로 인한 일부 부정적인 영향을 완화할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

특히 먼지와 오염이 발생하기 쉬운 장소에서 최대한 많은 양의 빛을 흡수하려면 정기적인 청소가 필요합니다.
실란트를 다시 도포하는 목적은 습기 유입을 방지하고 캡슐의 무결성을 그대로 유지하기 위한 것입니다.
전기 점검: 저항 손실을 줄이기 위해 모든 연결과 배선이 안전하고 건전한지 확인합니다.
교체와 재활용이 그 방법입니다.
특정 임계값 이상으로 성능이 저하된 모듈은 어느 시점이 되면 결국 교체가 필요합니다. 수명이 다한 태양광 모듈을 재활용하면 환경에 대한 책임뿐만 아니라 새 부품의 비용을 최소화하는 데도 도움이 됩니다. 효율적인 재활용 절차를 통해 실리콘, 은, 알루미늄과 같은 귀중한 소재를 회수할 수 있어 태양광 산업이 남기는 환경 발자국을 줄일 수 있습니다.

태양광 필름 노화 방지 및 산성화 방지 첨가제 사용

태양광 모듈의 수명, 성능 및 신뢰성을 개선하려면 태양광 봉지재에 노화 방지 및 산성화 방지 화학 물질을 도입하는 것이 절대적으로 필요합니다. 이러한 첨가제는 자외선에 대한 내성 강화, 열 안정성, 습기 침투 방지, 화학적 안정성 등 다양한 이점을 제공합니다. 장기적인 성능, 유지 보수 비용 절감, 에너지 생산량 극대화, 투자 보호, 보증 보증 지원, 환경 지속 가능성에 대한 기여는 모두 이러한 첨가제가 필요한 이유입니다. 태양광(PV) 산업이 계속 확장됨에 따라 태양광 에너지 시스템의 수익성과 내구성을 보장하기 위해 이러한 첨가제가 포함된 최첨단 봉지재의 활용이 점점 더 중요해질 것입니다. RM208로 알려진 유기 산성화 방지 마스터배치는 COACE에서 제조합니다. 또한 무기 형태와 달리 투과율에 영향을 미치지 않습니다. 산을 차단하면서 양이온을 포획하는 능력 외에도 특정 항-PID 작용도 발휘합니다. R2320은 에폭시 기능화 EVA anti-PID 첨가제이며 일련의 태양 광 필름 첨가제는 태양 광 모듈의 노화 및 산도 문제를 효과적으로 완화하여 태양 광 발전의 성능을 높이고 수명을 연장 할 수 있습니다!

환경에 미치는 영향

수명 주기 평가

태양광(PV) 시스템을 평가하기 위해 제조, 운영, 폐기 단계가 모두 전과정평가(LCA)에 포함됩니다. 에너지 회수 시간(EPBT)과 전체 탄소 발자국은 모두 성능 저하의 결과로 변경되며, 이는 운영 단계에 영향을 미칩니다. 시간이 지남에 따라 모듈은 더 적은 에너지를 생산하므로 EPBT가 길어지고, 이로 인해 환경적 이점이 소폭 감소합니다.

폐기물 관리

전자 폐기물은 태양광 모듈의 성능 저하로 인해 발생하는 결과물입니다. 유해 물질이 환경을 해치는 것을 막기 위해서는 올바른 재활용과 쓰레기 관리가 절대적으로 필요합니다. 수명이 다한 태양광 모듈의 양이 계속 증가함에 따라 새로운 재활용 전략과 정책의 시행이 필요합니다.

기술 혁신의 진전

태양광 기술 연구 및 개발의 목표는 내구성과 효율성이 모두 뛰어난 모듈을 제조하는 것입니다. 양면에서 태양광을 포착하는 양면형 셀과 여러 층을 사용하여 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 탠덤 셀과 같은 혁신은 잠재적으로 열화율을 낮추고 장기적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이 두 가지 유형의 셀은 최근 기술 발전의 한 예입니다.

일반적으로

태양광 발전 시스템의 영역에서 기술, 경제, 유지보수, 환경적 요소는 태양전지 모듈의 노후화 및 감쇠로 인해 큰 영향을 받습니다. 태양광 발전 시스템의 장기적인 수익성과 지속 가능성을 보장하려면 이러한 영향을 철저히 이해하여 시스템의 설계, 운영 및 유지보수를 최적화하는 것이 필수적입니다. 기술의 발전과 개선된 재료 및 방법의 개발로 열화의 영향을 줄일 수 있으며, 이는 전 세계 에너지 믹스의 중요한 구성 요소로서 태양광 에너지의 신뢰성과 효율성을 높이는 결과를 가져올 것입니다. 지속 가능한 에너지 측면에서 태양광 기술의 잠재력을 완전히 실현하기 위해 향후 연구는 모듈의 내구성 향상, 정교한 진단 도구 개발, 재활용 절차 개선에 집중해야 합니다.