KR101146325B1 - 태양전지 신뢰성 시험 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 신뢰성 시험 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험 방법은, 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화가 안정화되는 시점을 확인하는 1단계; 상기 1단계에서 확인한 태양전지 열화 안정화 시점을 기준으로 일정 시간 동안 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화율을 측정하는 2단계; 및 상기 2단계에서 측정한 열화율을 이용하여 상기 일정 시간 이후의 태양전지 열화율을 결정하는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 태양전지에 광(光)을 조사하여 실험을 통해 도출된 결과를 이용하여 태양전지의 열화율을 예측하기 때문에 종래의 이론적인 방법에 비해 보다 정확하고 근거 있게 태양전지의 신뢰성을 시험할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지 신뢰성 시험 방법 및 장치{SOLAR CELL RELIABILITY TESTING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 태양전지 신뢰성 시험 방법 및 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 태양전지의 열화를 예측하여 태양전지의 신뢰성을 시험하는 방법 및 태양전지 신뢰성 시험을 하기 위한 장치에 관한 것이다.
태양전지는 실외에 설치되어 장시간 동안 가혹한 환경에 노출된다. 따라서 실외에서 태양전지의 열화가 어느 정도 일어나는지를 확인하는 것은 태양전지 신뢰성 판단에 중요한 요소다. 그렇지만, 태양전지는 실외에 한 번 설치되면 약 20년 이상 지속해서 사용하기 때문에 실시간으로 태양전지 신뢰성을 시험하기는 현실적으로 불가능하다.
그 중에서 실리콘 태양전지는 정도의 차이는 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 초기에 급격한 성능저하를 나타낸다. 이렇게 급격히 성능이 저하된 이후 어느 정도 시간이 지나면 안정화되고, 안정화가 된 이후의 성능 저하는 아주 완만하게 일어나서, 성능은 거의 균일하게 된다. 이때, 급격한 성능 저하 이후에 안정화되는 시점을 안정화시점이라 한다. 그리고 이 안정화시점은 IEC 61646의 규격과 정의에서 태양전지 성능 변화율이 2%를 초과하지 않는 지점으로 규정하고 있다.
종래에는 상기와 같은 태양전지의 열화 정도를 확인하기 위해 이상적인 상황을 가정하고, 태양전지 제조 공정에서의 다양한 변수들을 이용하여 수식화한 모델을 이용하였다. 하지만 이렇게 수식화한 모델은 실제 생산라인에서 제조된 제품에 적용하기에는 문제가 많다. 이는 수식화한 모델에 적용되는 다양한 변수들의 정확성에 한계가 있고, 특정 변수의 변화에 따른 최종 결과치의 변화폭이 너무 큰 경우도 발생하기 때문이다.
더욱이, 소형 태양전지에 대한 이상적인 구조를 분석하여 수립한 수식모델은 대형 태양전지 제작 시 광흡수층의 균일도나 불규칙한 패턴성 등이 고려되지 않아 대형 태양전지에 적용하기 어렵다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 장시간 동안 태양전지가 열화되는 정도를 예측할 수 있는 태양전지 신뢰성 시험 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험 방법은, 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화가 안정화되는 시점을 확인하는 1단계; 상기 1단계에서 확인한 태양전지 열화 안정화 시점을 기준으로 일정 시간 동안 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화율을 측정하는 2단계; 및 상기 2단계에서 측정한 열화율을 이용하여 상기 일정 시간 이후의 태양전지 열화율을 결정하는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 1단계는, 태양전지에 일정 이상의 광량을 조사하는 1-1단계; 상기 1-1단계에서 조사된 광량에 따라 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하는 1-2단계; 상기 1-2단계에서 측정된 전력의 크기를 이용하여 시간에 따른 태양전지 성능 변화율을 산정하는 1-3단계; 상기 1-3단계에서 산정된 성능 변화율이 특정 값보다 작은지 확인하는 1-4단계; 및 상기 1-4단계에서 성능 변화율이 특정 값보다 작으면, 해당 시점을 태양전지의 열화가 안정화된 시점으로 확인하는 1-5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 태양전지의 열화를 가속시키기 위해 태양전지에 조사하는 광량은 1 sun(㎾/㎡)을 초과하는 것이 바람직하고, 광량이 10 sun 내지 20 sun인 것이 더욱 바람직하다.
그리고 1단계에서의 태양전지 열화 안정화 시점은 시간에 따른 태양전지 성능 변화율이 특정 값이 이하가 되는 시점인 것이 바람직하며, 상기 특정 값은 2%인 것이 바람직하다.
또한, 2단계에서 태양전지에 조사하는 광량은 1단계에서 태양전지에 조사하는 광량보다 작을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지 신뢰성 시험 장치는, 빛을 받아 전기를 생산하는 태양전지가 거치되는 태양전지부; 상기 태양전지에 빛을 조사하는 광조사부; 상기 태양전지부에서 출력되는 전력을 측정하는 전력측정부; 및 상기 광조사부를 제어하고, 상기 전력측정부에서 출력되는 전력을 이용하여 태양전지 성능 변화율을 산정하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 태양전지 성능 변화율 산정을 통해 태양전지 열화가 안정화되는 시점을 확인하고, 안정화 시점 이후의 태양전지 열화율을 정하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부가 확인하는 태양전지 열화 안정화 시점은 시간에 따른 태양전지 성능 변화율이 특정 값 이하가 되는 시점인 것이 바람직하다.
또, 상기 제어부가 확인하는 태양전지 열화 안정화 시점은 시간에 따른 태양전지 성능 변화율이 2% 이하가 되는 시점으로 설정함이 바람직하다.
이때, 상기 제어부는 태양전지 열화 안정화 시점까지 태양전지의 열화를 가속시키기 위해 태양전지에 조사하는 광량이 1 sun(㎾/㎡)이 초과하도록 상기 광조사부를 제어하는 것이 바람직하고, 상기 광량이 10 sun 내지 20 sun(㎾/㎡)인 것이 더욱 바람직하다.
그리고 상기 제어부는 태양전지 열화 안정화 시점 이후의 광량이 상기 안정화 시점 이전의 광량보다 작도록 상기 광조사부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 태양전지 성능 변화율을 일정 시간 동안 산정하여 상기 태양전지 열화율을 정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 태양전지에 빛을 조사하여 실험을 함으로써 도출된 결과를 이용하여 태양전지의 열화율을 예측하기 때문에, 종래의 이론적인 방법에 비해 보다 정확하고 근거 있게 태양전지의 신뢰성을 시험할 수 있다.
또한, 태양전지 신뢰성 시험시간을 단축할 수 있어, 짧은 시간 안에 근거 있는 결과를 도출할 수 있다.
또 실제 실험 결과와 그에 근거한 계산에 의하기 때문에, 보다 정확하게 태양전지 신뢰성 시험을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험 방법에 따라 예측된 태양전지의 열화정도를 구간별로 나타난 그래프이다.
도 2는 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험 방법에서 높은 광량을 사용함에 따라 태양전지 열화시간이 단축되는 정도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 통상적으로 태양전지가 열화되는 정도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험장치(100)는 태양전지부(110), 광조사부(120), 전력측정부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
태양전지부(110)에는 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 태양전지가 거치된다. 즉, 본 발명의 태양전지 신뢰성 시험을 위한 실험 시 태양전지부(110)에 태양전지가 놓이게 된다.
광조사부(120)는 1sun(㎾/㎡)이 초과되는 광량, 예를 들어 10sun 내지 20sun 등의 높은 광량을 태양전지부(110)에 빛을 조사할 수 있다.
전력측정부(130)는 태양전지부(110)에서 출력되는 전력을 실시간으로 측정한다.
제어부(140)는 광조사부(120)를 제어하고, 전력측정부(130)를 통해 측정된 태양전지의 전력을 이용하여 태양전지의 성능을 산정한다. 그리고 제어부(140)는 태양전지의 성능 변화율을 통해 태양전지 열화가 얼마나 일어나는지를 외부 디스플레이장치(미도시) 등으로 출력할 수 있다.
여기서, 태양전지 성능은 모듈 성능 측정에 일반적으로 사용되는 무차원의 정규화된 효율(normalized efficiency)이고, 태양전지 성능 변화율은 단위 시간당 태양전지 성능이 변하는 정도를 나타낸 값이다.
본 발명의 태양전지 신뢰성 시험 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지가 열화되는 시간을 구간(A, B, C)으로 나누어 시험한다.
먼저, 첫 번째 구간(A)은 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화가 안정되는 시점을 확인하는 구간이다. 즉, 태양전지 설치 초기에 태양전지 열화가 급격히 이루어지는 구간이다.
이 첫 번째 구간(A)에서의 태양전지 열화는 태양전지의 특성에 따라 열화되는 정도가 크게 차이날 수 있다. 그러므로 본 구간(A)에서는 태양전지의 열화가 어느 정도 일어나는지는 이론 예측이 아니라 직접 실험을 통해 측정한다.
여기서, 태양전지 신뢰성 시험을 위해 태양전지에 일반적으로 조사하는 1sun의 광량을 조사하면 안정화시점까지 2개월에서 6개월 정도의 오랜 시간이 걸리고 그 편차도 크다. 그래서 본 발명에서는 광조사부(120)에서 태양전지부(110)에 1sun보다 큰 광량을 열화 가속장치를 이용하여 조사함으로써 안정화시점까지의 시간을 단축한다.
실험을 통해 확인한 결과, 태양전지에 조사되는 광량과 태양전지 열화율의 관계는 도 2에 도시된 바와 같이 나타난다. 1sun의 광량으로 10시간 동안 빛을 조사한 경우 약 3%의 성능저하가 있는 것을 확인한 반면, 6sun의 광량으로 15시간 동안 빛을 조사한 경우에는 약 39%의 성능저하가 있는 것을 확인하였다. 그러므로 동일한 성능 저하를 확인하는데 걸리는 시간은 광량이 1sun인 것에 비해 6sun인 경우 약 6~7배 짧게 걸린다.
즉, 태양전지가 실외에 설치되었을 때 안정화시점까지 6개월 정도 걸린다고 했을 때, 태양전지에 10sun의 광량으로 빛을 조사하면 최대 약 18일 정도면 안정화시점을 확인할 수 있다.
본 발명에서 광조사부(120)는 태양전지에 10sun 등의 높은 광량의 빛을 조사하고, 전력측정부(130)는 태양전지에서 출력되는 전력을 실시간으로 측정한다. 제어부(140)는 전력측정부(130)에서 측정한 전력을 이용하여 태양전지 성능 변화율이 2% 이내인지 확인한다. 그리고 태양전지 성능 변화율이 2% 이내가 되면 해당 시점을 안정화시점으로서 결정한다. 이때, 태양전지 성능 변화율은 도 1에 도시된 바와 같이, 단위 시간당 태양전지에서 출력되는 전력 변화(y/x)를 나타내는 값이다.
이렇게 제어부(140)에서 태양전지 열화가 안정화되는 시점을 확인하면, 첫 번째 구간(A)이 종료되고, 두 번째 구간(B)으로 넘어간다. 두 번째 구간(B)에서는 안정화 시점을 기준으로 일정 시간 동안 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지의 열화율을 측정한다. 즉, 제어부(140)는 광조사부(120)를 제어하여 태양전지부(110)에 빛을 조사하고, 전력측정부(130)를 통해 측정된 전력을 이용하여 열화율을 확인한다.
이때, 두 번째 구간(B)에서 조사되는 빛의 광량은 첫 번째 구간(A)에서 조사된 빛의 광량보다 작게 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 첫 번째 구간(A)에서 10sun 내지 20sun의 광량으로 빛이 조사되었다면, 두 번째 구간(B)에서는 1sun이나 2sun으로 빛이 조사된다. 하지만 두 번째 구간(B)의 광량이 첫 번째 구간(A)의 광량보다 반드시 낮을 필요는 없다. 이와 같이 광량을 설정하는 이유는, 첫 번째 구간(A)에서는 태양전지가 열화되는 시간을 단축시키기 위해 높은 광량의 빛을 조사하였지만, 두 번째 구간(B)에서는 낮은 광량의 빛을 조사하여 측정의 정밀도를 높이는데 주안점을 두기 때문이다.
두 번째 구간(B)에서 제어부(140)는 태양전지에서 출력된 전력을 이용하여 성능 변화율을 측정하고, 이를 통해 태양전지의 열화율을 산정한다. 여기서, 두 번째 구간(B)의 시간은 안정화 시점을 기준으로 10시간 내지 20시간에 걸쳐 이루어지는 것이 바람직하다. 두 번째 구간(B)에서는 태양전지의 성능 변화율이 첫 번째 구간(A)에 비해 완만하기 때문에 첫 번째 구간(A)보다 짧은 시간 안에 태양전지 열화율을 구할 수 있다.
이렇게 두 번째 구간(B)에서 구한 열화율은 그대로 세 번째 구간(C)에서 실험 없이 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 첫 번째 구간(A) 및 두 번째 구간(B)이 실험을 통해 태양전지 열화율을 측정하는 구간이라면, 세 번째 구간(C)은 실험을 바탕으로 얻은 결과를 이용하여 태양전지 열화율을 예측하는 구간이다.
세 번째 구간(C)에서 열화율 예측이 가능한 것은, 안정화 시점을 기준으로 그 이후(B, C 구간)에서는 태양전지 성능 변화율이 2%보다 작기 때문에 가능하다. 그러므로 세 번째 구간(C)에 해당하는 수년 혹은 십 수 년 후의 태양전지 열화는 두 번째 구간(B)에서 구한 태양전지 열화율을 적용할 수 있다. 그리고 제어부(140)는 두 번째 구간(B)에서 구한 태양전지 열화율로서 세 번째 구간(C)에서의 태양전지 열화율을 정하고, 이를 도 1에 도시된 도면과 같이 외부 디스플레이장치로 전송한다.
이러한 과정을 거치면 약 20년에 해당하는 기간 동안 태양전지 열화가 어느 정도 진행되는지에 대해 약 20일 정도의 시험을 통하여 예측할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 태양전지 신뢰성 시험장치
110: 태양전지부 120: 광조사부
130: 전력측정부 140: 제어부

Claims (14)

  1. 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화가 안정화되는 시점을 확인하는 1단계;
    상기 1단계에서 확인한 태양전지 열화 안정화 시점을 기준으로 일정 시간 동안 태양전지에 빛을 조사하여 태양전지 열화율을 측정하는 2단계; 및
    상기 2단계에서 측정한 열화율을 이용하여 상기 일정 시간 이후의 태양전지 열화율을 결정하는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단계는,
    태양전지에 일정 이상의 광량을 조사하는 1-1단계;
    상기 1-1단계에서 조사된 광량에 따라 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하는 1-2단계;
    상기 1-2단계에서 측정된 전력의 크기를 이용하여 시간에 따른 태양전지 성능 변화율을 산정하는 1-3단계;
    상기 1-3단계에서 산정된 성능 변화율이 특정 값보다 작은지 확인하는 1-4단계; 및
    상기 1-4단계에서 성능 변화율이 특정 값보다 작으면, 해당 시점을 태양전지의 열화가 안정화된 시점으로 확인하는 1-5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 태양전지의 열화를 가속시키기 위해 상기 태양전지에 조사하는 광량은 1 sun(㎾/㎡)을 초과하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 광량이 10 sun 내지 20 sun(㎾/㎡)인 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단계에서의 태양전지 열화 안정화 시점은 시간에 따른 태양전지 성능 변화율이 특정 값 이하가 되는 시점인 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  6. 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 특정 값이 2%인 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단계에서 태양전지에 조사하는 광량은 상기 1단계에서 태양전지에 조사하는 광량보다 작은 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 방법.
  8. 빛을 받아 전기를 생산하는 태양전지가 거치되는 태양전지부;
    상기 태양전지에 빛을 조사하는 광조사부;
    상기 태양전지부에서 출력되는 전력을 측정하는 전력측정부; 및
    상기 광조사부를 제어하고, 상기 전력측정부에서 출력되는 전력을 이용하여 태양전지 성능 변화율을 산정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 태양전지 성능 변화율 산정을 통해 태양전지 열화가 안정화되는 시점을 확인하고, 안정화 시점 이후의 태양전지 열화율을 정하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부가 확인하는 태양전지 열화 안정화 시점은 시간에 따른 태양전지 성능 변화율이 특정 값 이하가 되는 시점인 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부가 확인하는 태양전지 열화 안정화 시점은 시간에 따른 태양전지 성능 변화율이 2% 이하가 되는 시점인 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 태양전지 열화 안정화 시점까지 태양전지의 열화를 가속시키기 위해 태양전지에 조사하는 광량이 1 sun(㎾/㎡)이 초과하도록 상기 광조사부를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 광량이 10 sun 내지 20 sun(㎾/㎡)인 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 태양전지 열화 안정화 시점 이후의 광량이 상기 안정화 시점 이전의 광량보다 작도록 상기 광조사부를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 태양전지 성능 변화율을 일정 시간 동안 산정하여 상기 태양전지 열화율을 정하는 것을 특징으로 하는 태양전지 신뢰성 시험 장치.
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