건물 적용을 위한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 손실 분석에 관한 연구 :

김주휘

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김주휘 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 이재형

발행연도: 2023

저작권: 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (6)

2023

고출력 태양광 모듈의 레이아웃 및 배선 설계

김주휘 , 어승아 , 임동건 외 1명 한국태양에너지학회 논문집 2023.06 학술저널

건물 적용을 위한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 손실 분석에 관한 연구

김주휘 전자전기컴퓨터공학과 2023.01 학위논문

2022

고출력 슁글드 태양광 모듈 컬러 적용에 따른 출력 특성 분석

김주휘 , 이재형 Current Photovoltaic Research 2022.09 학술저널

2021

고출력 슁글드 태양광 모듈 제작을 위한 스트링 연결에 관한 연구

김주휘 , 김정훈 , 정채환 외 2명 전기전자재료학회논문지 2021.11 학술저널

고출력 강판일체형 태양광 모듈의 경량화 연구 및 특성 분석

김주휘 , 배재성 , 지홍섭 외 1명 한국신·재생에너지학회 학술대회 초록집 2021.07 학술대회자료

BIPV기술을 위한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 온도 저감 및 특성 분석

김주휘 , 배재성 , 지홍섭 외 1명 한국진공학회 학술발표회초록집 2021.02 학술대회자료

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슁글드 태양광 모듈은 태양전지를 분할, 접합하여 제작하는 고출력 태양광 기술이다. 최근 건물에 태양광 모듈을 적용하는 BIPV 시장이 활성화되면서 면적을 자유롭게 설계할 수 있는 슁글드 기술이 각광받고 있다. 이를 위하여 슁글드 태양광 모듈의 설계가 필요하며 이에 따라 각 공정에 따른 손실을 분석하여 PSPice 모델링을 진행하였다. 접합을 통해 발생하는 면적으로부터 발생하는 효율 이득과 오버랩에 의한 손실을 분석하였다. 또한, 솔더링을 통해 발생하는 광학적, 전기적 손실과 배선을 연결함으로써 발생하는 전기적 손실, 라미네이션 공정을 통한 광학적 손실들을 적용하였다. 최종적으로 프레임을 위한 공간에서 발생하는 공간적 손실을 더하여 전체적인 슁글드 태양광 모듈의 특성 저하 요인을 분석하고 PSPice 모델링을 완성하였다. 이를 바탕으로 72셀 사이즈의 태양광 모듈을 설계하였고 특성 오차율 2.25%로 높은 정확성을 검증하였으며 오버랩 및 후면 반사를 개선하여 효율을 증가시키는 방안을 제시하였다.
태양광 모듈을 건물에 응용하기 위해서는 경량성, 심미성, 방열성 등의 특성이 필요하기 때문에 컬러 태양광 모듈과 경량 강판 태양광 모듈에 관한 연구를 진행하였다. 건물 특성상 후면이 막혀있어 온도가 높기 때문에 모듈의 온도를 저감시킬 필요가 있다. 컬러 모듈은 일반 모듈과 비교하였을 때 출력이 상대적으로 낮지만 동작 온도가 약 2 ~ 5℃ 정도 낮아 출력 감소가 덜하면서 심미성이 뛰어나다는 장점이 있다. 이는 색상 구현을 위해 해당 파장대 영역의 빛을 반사시키기 때문에 발생한 차이이며 광을 지속적으로 조사하여 온도 및 출력 감소를 비교하여 추출하였다. 경량 강판 태양광 모듈의 경우 가장 큰 비중을 차지하는 전면 커버글라스를 ETFE 필름 소재로 변경하고 낮아진 강도를 보완하기 위해 후면에 강판을 추가한 모듈이다. 후면 강판 소재는 아연도금강판, 허니콤 알루미늄 강판, 방열 강판으로 선정하였으며 허니콤 알루미늄 강판 모듈의 경우 약 41%의 경량화를 달성하였다. 컬러 모듈과 마찬가지로 지속적으로 광을 조사하여 모듈 온도를 비교하였으며 방열 강판이 아연도금강판보다 약 5℃ 정도 감소된 유리한 특성을 보였다.

The shingled solar module was a high-power solar technology that was manufactured by dividing and bonding solar cells. Recently, as the BIPV market, which applied solar modules to buildings, had been activated, shingled technology that could freely design the area was in the spotlight. Accordingly, it was necessary to design a shingled solar module, and for this purpose, in this study, PSPice modeling was performed by analyzing the loss according to each process. The efficiency gain from the area generated through junction and the loss due to overlap were analyzed. In addition, optical and electrical losses caused by soldering, electrical losses caused by connecting wires, and optical losses through the lamination process were applied. Finally, by adding the spatial loss that occurs in the space for the frame, the deterioration factors of the overall characteristics of the shingled solar module were analyzed and the PSPice modeling was completed. Based on this, a 72-cell size solar module was designed, high accuracy was verified with a characteristic error rate of 2.25%, and a method to increase efficiency by improving overlap characteristics and rear reflection was proposed.
In order to apply photovoltaic modules to buildings, characteristics such as lightweight, aesthetics, and heat dissipation were required. To this end, research on color photovoltaic modules and lightweight steel photovoltaic modules was conducted. Due to the nature of the building, the back side was blocked and the temperature continuously rised, so heat dissipation characteristics were required. Color modules had a relatively low output compared to general modules, but their operating temperature was about 2 to 5°C lower, so they had less power loss and excellent aesthetics. This was a difference caused by reflecting light in the corresponding wavelength range to realize color, and was extracted by continuously irradiating light and comparing temperature and output reduction. In the case of a lightweight steel plate solar module, the front cover glass, which accounts for the largest share, was changed to an ETFE film material, and a steel plate was added to the back to compensate for the lowered strength. Galvanized steel, honeycomb aluminum steel, and heat-sink steel were selected for the rear steel plate material, and about 41% weight reduction was achieved in the case of the honeycomb aluminum steel plate module. Similar to the color module, the module temperature was compared by continuously irradiating light, and the heat dissipation steel sheet showed an advantageous characteristic that was reduced by about 5 ℃ than the galvanized steel sheet.

#건물적용모듈 #슁글드 #손실 분석 #경량화 #방열성

제 1장 서론 1
제 2장 관련 이론 5
제 3장 실험 방법 10
제 1절. 고출력 슁글드 태양광 모듈 설계 10
1.1. 슁글드 PSPice 시뮬레이션 10
1.2. 슁글드 모듈 손실 분석 13
제 2절. 건물 적용 슁글드 태양광 모듈 21
2.1. 컬러 슁글드 태양광 모듈 21
2.2. 경량 강판 슁글드 태양광 모듈 26
제 4장 결과 및 고찰 28
제 5장 결론 65

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