PV모듈의 제조공정이 내구성에 미치는 영향-한국에너지기술연구원

태양광발전시스템은 이미 태양전지를 비롯해 PV모듈의 국산화가 가능하고 지난해 말 현재 연간 약 127MW의 자동화 생산설비가 구축돼 지난 한해동안 약 6MW의 PV모듈이 우리나라에서 생산됐으며, 태양광 보급사업의 약 60% 이상이 국산 PV모듈로 설칟운전되고 있다.

태양광발전시스템은 구성하는 주요 구성자재 중 가장 고가이면서 시스템의 수명을 좌우하는  PV모듈은 반도체 소자인 태양전지 수십 개가 직렬 연결돼 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 청정 에너지원으로서 수명은 약 20년 이상으로 예측되고 있지만 국내에 설칟보급돼 사용되고 있는 일부 PV모듈을 조사해 본 결과 전기적 성능의 감소 및 외관 변형 등의 노화현상이 발견됐으며, 일부 선진국 제품 또한 내구성에 문제점이 있는 것으로 조사됐다. 이러한 PV모듈의 내구성은 제조공정조건과 시스템 구성에 따른 영향으로 나눌 수 있는데, 제조 공정 조건에서의 영향이 PV모듈의 내구성에 더 큰 문제점으로 작용되고 있는 것으로 조사됐다.

PV모듈은 일반적으로 사용연수에 따라서 발전성능이 연간 약 1% 가량 감소해 20년 후에는 초기 값의 약 20% 가량 발전성능이 감소된다고 보고했다. 이는 사용연수에 따른 열화특성 곡선을 보면 알 수 있는데, PV모듈이 외부에 노출돼 발전하게 되면 초기에는 약간의 급격한 출력감소의 특성을 나타내게 되며, 이후 사용연수에 관계없이 안정적으로 완만한 출력특성을 보이게 된다. 그러나 태양전지 자체의 노화 및 다양한 내구성능의 원인에 의한 비정상적인 PV모듈의 경우 시간이 지날수록 노화현상이 심화돼 출력특성이 급격하게 감소하게 되고 결국 PV모듈로서의 기능을 다하게 된다.

아울러 PV모듈의 수명을 단축시키는 또 다른 원인은 태양전지를 보호하기 위해 캡슐화로 사용되는 EVA 시트의 변색으로 태양전지에 도달하는 태양 빛의 투과율 감소하고, 이는 단락전류를 감소해 출력특성을 감소시키게 되며, 습기침투에 의한 기포 및 태양전지 표면의 변형, 전극의 부식 등으로 발전성능을 감소시키게 된다.

이러한 현상들은 대부분 PV모듈 제조공정에서의 문제점으로 지적되고 있으며, 모듈의 내구성 확보를 위한 최적의 제조조건의 도출은 매우 중요하다.

에기연은 이처럼 제조공정 조건에서 내구성에 미치는 영향을 분석하고 그 결과 큐링 온도 및 시간이 110℃/6min 과 130℃/4min 조건에서 89.4% 및 88.2%의 우수한 겔의 상태을 얻을 수 있었으며, 이는 광투과율에도 영향을 미친다고 발표했다.

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