KR20190036073A - 태양전지모듈 출력측정장치 및 이를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법 - Google Patents

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Abstract

보다 정확한 태양전지모듈 출력측정이 가능한 태양전지모듈 출력측정장치 및 이를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법이 제안된다. 본 발명에 따른 태양전지모듈 출력측정장치는 광원; 광원으로부터의 광에 의해 발전하는 태양전지모듈이 안착되되, 광원으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도가 변화되는 태양전지모듈 안착부; 및 광원 및 태양전지모듈 안착부가 위치하는 챔버;를 포함한다.

Description

태양전지모듈 출력측정장치 및 이를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법{Method and apparatus for measuring power of solar cell module}
본 발명은 태양전지모듈 출력측정장치 및 이를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보다 정확한 태양전지모듈 출력측정이 가능한 태양전지모듈 출력측정장치 및 이를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법에 관한 것이다.
석탄이나 석유와 같은 화학에너지의 고갈 및 화학에너지 사용에 따른 환경오염 문제로 인해 근래 들어서는 대체에너지의 개발에 노력을 기울이고 있는데, 그 중에 하나가 태양에너지를 이용한 태양광 발전시스템(Photovoltaic system)이다.
태양광 발전이라 함은 태양에너지(태양열 또는 태양광)를 전기에너지로 변환시키는 일련의 기술이다. 기본 원리는 p-n 접합 반도체로 구성된 태양 전지(solar battery)에 태양광이 조사되면 광 에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자가 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생함으로써 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르는 결과를 이용한다. 이처럼 무한정, 무공해의 태양에너지를 전기에너지로 변환시키기 위해서는 무엇보다도 태양광을 집광하기 위한 태양광 모듈(solar module)에 대한 기술 개발이 요구된다.
태양광 모듈은 표준상태(25℃, 1000W/m2)에서 광원과 모듈표면에 수직으로 광조사 후 출력을 측정한다. 그러나, 실제 태양광 모듈이 설치된 외부에서 광은 모듈에 수직으로만 입사하는 것이 아니므로 이러한 표준출력측정방식은 실제 사용시의 출력과 오차를 보인다. 또한, 태양광 모듈 표면 유리에 반사방지 코팅을 적용한 경우 코팅의 특성에 따라서 빛의 입사각에 따른 모듈의 발전량의 차이가 발생하여 오차는 더욱 증가한다. 따라서, 태양전지모듈의 출력을 정확하게 예측하기 위한 기술의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 보다 정확한 태양전지모듈 출력측정이 가능한 태양전지모듈 출력측정장치 및 이를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치는 광원; 광원으로부터의 광에 의해 발전하는 태양전지모듈이 안착되되, 광원으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도가 변화되는 태양전지모듈 안착부; 및 광원 및 태양전지모듈 안착부가 위치하는 챔버;를 포함한다.
챔버 내의 온도는 25℃이고, 광세기는 1,000W/m2일 수 있다.
태양전지모듈은 광원을 향하여 표면에 반사방지코팅된 유리를 포함할 수 있다.
태양전지모듈은 광이 진행하는 방향과 수직인 경우, 광의 방향에 대한 각도를 90°라 하고, 각도는 0°내지 90°내에서 5° 또는 10° 간격으로 변화되어 출력이 측정될 수 있다.
태양전지모듈의 광의 방향에 대한 각도가 0°인 경우의 출력값은 표준출력값(Pmax)이고, 각도가 변화함에 따라 획득한 출력값은 표준출력값에 대한 출력비(Nomalized Pmax)로 환산될 수 있다.
태양전지모듈의 경사각도에 따른 경사발전량은 하기 식에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
식 중, f(x)는 Nomalized Pmax의 합이다.
태양전지모듈은 중심축을 기준으로 회전하여 각도를 변화시키면서 출력이 측정되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광원으로부터의 광에 의해 발전되는 태양전지모듈의 제1출력값을 측정하는 단계; 및 태양전지모듈의 광원으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도를 변화시켜 제2출력값을 측정하는 단계;를 포함하는 태양전지모듈 출력측정방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지모듈 출력측정장치를 이용하면, 표준출력 및 경사면 출력을 고려한 출력값을 모듈의 정보로 제공할 수 있으므로, 옥외 발전시 정확한 정보를 소비자에 전달 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치에 태양전지모듈이 장착되어 광조사되는 것을 도시한 도면이고, 도 3 내지 도 5는 각각 태양전지모듈 안착부가 회전함에 따라 광의 진행방향과 태양전지모듈의 각도가 변화하는 것을 도시한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치에서 광의 진행방향에 따른 각도에 대한 태양전지모듈의 출력값을 도시한 그래프이다.
도 7은 태양전지모듈이 표면코팅처리되지 않은 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이다.
도 8은 태양전지모듈에 반사방지코팅유리가 아닌 일반유리에 상온코팅된 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이다.
도 9는 태양전지모듈에 반사방지코팅유리가 사용된 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이다.
도 10은 태양전지모듈에 반사방지코팅유리가 사용되고 상온코팅까지 된 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치의 모식도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치(100)는 광원(110); 광원(110)으로부터의 광에 의해 발전하는 태양전지모듈(140)이 안착되되, 광원(110)으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도가 변화되는 태양전지모듈 안착부(120); 및 광원(110) 및 태양전지모듈 안착부(120)가 위치하는 챔버(130);를 포함한다.
본 발명에 따른 태양전지모듈 출력측정장치(100)는 태양전지모듈(140)의 제품출하전에 태양전지모듈(140)의 출력을 측정하기 위한 시험장치이다. 태양전지모듈(140)의 출력을 측정하여 실제 태양전지모듈(140)이 제품화될 때 태양전지모듈(140)이 옥외의 실제 가동상황에서 출력을 예측할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
태양전지모듈은 표준상태에서의 출력측정에 따라 출력값 정보가 제공된다. 이러한 표준상태는 STC(Standard Test Conditions)에 따른 조건으로 정해지며, 챔버 내에서 태양광을 대체하는 광원(110)으로부터 광조사한 후 태양전지모듈의 출력값이 획득된다. 그러나, 이러한 출력 특성에는 실제 필드에서의 일사량이나 온도변화가 반영되어 있지 않아 정확한 출력예측이 어렵다. 즉, 실제 필드에서는 아침과 점심, 저녁, 계절적 요인에 의한 태양광 고도의 차이(입사각의 차이)가 발생하므로 이러한 차이가 반영되어야 실제 출력특성값에 일치할 수 있는 출력예측값을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 이러한 실험식환경에서의 출력값 측정과 함께 실제 필드에서의 일사량 등의 조건 변화를 반영할 수 있도록 태양전지모듈 출력측정장치(100)에 태양전지모듈 안착부(120)를 광원(110)으로부터 광이 진행하는 방향에 대한 각도가 변화될 수 있도록 구성한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치에 태양전지모듈이 장착되어 광조사되는 것을 도시한 도면이고, 도 3 내지 도 5는 각각 태양전지모듈 안착부가 회전함에 따라 광의 진행방향과 태양전지모듈의 각도가 변화하는 것을 도시한 도면들이다.
챔버(130)내의 태양전지모듈 안착부(120)에는 태양전지모듈(140)이 위치하게 되는데, 태양전지모듈 안착부(120)가 광원(110)으로부터의 광의 진행방향과 수직이므로 태양전지모듈(140)에 도달하는 광 또한 수직상태로 도달한다(도 2). 즉, 태양전지모듈(140)은 광의 진행방향과 90°를 이룬다.
태양전지모듈(140)전지모듈은 광이 진행하는 방향과 수직인 경우, 광의 방향에 대한 각도를 90°라 하고, 각도는 0° 내지 90°내에서 5° 또는 10° 간격으로 변화되어 출력이 측정될 수 있다. 태양전지모듈(140)은 중심축(121)을 기준으로 회전하여 안착된 태양전지모듈(140)의 광의 진행방향에 대한 각도를 변화시키면서 출력이 측정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 태양전지모듈(140)은 광의 진행방향에 대하여 60°를 이룬다. 따라서, 태양전지모듈(140)은 도 2에서와 같이 광의 진행방향과 90°를 이루는 경우보다 출력이 낮다. 각도를 더 변화시키면 도 4에서와 같이 태양전지모듈(140)이 광의 진행방향과 30°를 이루게 되어 더욱 낮은 출력을 나타낸다. 도 5에서는 태양전지모듈(140)이 광의 진행방향과 동일한 방향을 나타내게 되어 양자가 이루는 각도는 0°가 된다.
챔버 내의 온도는 표준상태로서, 25℃이고, 광세기는 1,000W/m2로 유지하고, 태양전지모듈(140)의 광의 진행방향에 대한 각도만을 조절하여 실제 필드에서의 실제 환경영향을 반영할 수 있다.
태양전지모듈 출력측정장치(100)를 이용한 태양전지모듈 출력측정방법에서는 광원으로부터의 광에 의해 발전되는 태양전지모듈의 제1출력값을 측정하고, 태양전지모듈의 광원으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도를 변화시켜 제2출력값을 측정하여 태양전지모듈의 출력을 측정한다. 태양전지모듈의 광의 진행방향에 대한 각도는 2이상 변화시켜 출력이 측정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈 출력측정장치에서 광의 진행방향에 따른 각도에 대한 태양전지모듈의 출력값을 도시한 그래프이다. 태양전지모듈의 광의 방향에 대한 각도가 90°인 경우의 출력값은 표준출력값(Pmax)이고, 각도가 변화함에 따라 획득한 출력값은 표준출력값에 대한 출력비(Nomalized Pmax)로 환산될 수 있다.
태양전지모듈의 경사각도에 따른 경사발전량은 하기 식에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00002
식 중, f(x)는 Nomalized Pmax의 합이다.
본 발명에 따른 태양전지모듈 출력측정장치를 이용하면, 표준출력값 이외에 광의 진행방향과의 각도를 변화시켜 얻은 경사발전량을 함께 획득할 수 있어 표준상태에서의 태양전지모듈(140)의 출력과 함께 경사출력값을 획득하므로 실제 필드에서 태양광의 각도 등에 의한 출력변화에 대한 정보제공이 가능하다.
태양전지모듈은 광효율을 최대화하기 위하여 태양광이 표면에서 반사되지 않도록 기능하는 반사방지(Anti-Reflection, AR)코팅층을 포함할 수 있다. 이러한 태양전지모듈의 표면 코팅 특성에 따라서, 태양전지모듈의 출력변화가 발생할 수 있다.
태양전지모듈 표면의 AR코팅은 코팅되지 않은 유리와 표면의 구조가 상이하여 프랙탈 구조를 보이고 있고, 이러한 물리적 특성이 빛의 입사각에 차이에 의한 서로 다른 광학적 특성을 보이게 된다. 본 발명에 따른 태양전지모듈 출력측정장치에서는 태양전지모듈을 광의 진행방향에 대하여 각도를 달리하여 출력을 측정하므로 태양전지모듈의 표면 유리상태에 따른 출력변화가 더욱 정확하게 측정될 수 있다.
도 7은 태양전지모듈이 표면코팅처리되지 않은 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이고, 도 8은 태양전지모듈에 반사방지코팅유리가 아닌 일반유리에 상온코팅된 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이고, 도 9는 태양전지모듈에 반사방지코팅유리가 사용된 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이며, 도 10은 태양전지모듈에 반사방지코팅유리가 사용되고 상온코팅까지 된 경우의 하루동안의 발전량이 도시된 그래프이다.
도 7 내지 도 10은 각각 태양광 모듈 표면에 코팅하지 않은 유리(nonAR), 코팅하지 않은 유리에 상온 코팅, AR(반사방지) 유리, AR 유리에 상온 코팅처리된 4가지 모듈을 옥외에서 하루동안 발전량을 비교한 그래프이다. 그래프에서는 시간에 따라(일사량에 따라) 차이(청색과 주황색)를 보이게 되는데, 그 차이를 비교한 증가율 그래프(회색) 개형이 U자형태로 오전과 오후에 높게 나타난다.
도 7의 nonAR 모듈은 225.2W, coating 모듈은(코팅 전 223.4W, 코팅 후 230W)로 코팅 후 값으로 비교시 2.13%로 출력은 코팅 후 모듈 값이 높지만, 실제 옥외에서는 5.2%의 출력 상승을 보인다. 이러한 출력상승은 표준상태에서 광의 진행방향과 수직인 상태에서만 측정된 출력값으로는 예측할 수 없는 결과이다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지모듈 출력측정장치는 태양전지모듈이 광원으로부터의 광의 진행방향에 대한 각도가 변화될 수 있어서 실제 필드에서의 환경조건을 반영할 수 있으므로 태양전지모듈에 대한 더욱 정확한 정보획득 및 제공이 가능하고, 특히 태양전지모듈 표면에 반사방지코팅과 같이 광의 진행방향과의 상대적 각도가 중요한 경우에 더욱 정확하게 출력값 제공이 가능하므로 신뢰성 높은 태양전지모듈을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 태양전지모듈 출력측정장치
110 광원
120 태양전지모듈 안착부
121 중심축
130 챔버
140 태양전지모듈

Claims (8)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터의 광에 의해 발전하는 태양전지모듈이 안착되되, 상기 광원으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도가 변화되는 태양전지모듈 안착부; 및
    상기 광원 및 상기 태양전지모듈 안착부가 위치하는 챔버;를 포함하는 태양전지모듈 출력측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 내의 온도는 25℃이고, 광세기는 1,000W/m2인 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 출력측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지모듈은 상기 광원을 향하여 표면에 반사방지코팅된 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 출력측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지모듈은 상기 광이 진행하는 방향과 수직인 경우, 광의 방향에 대한 각도를 90°라 하고,
    상기 각도는 0°내지 90°내에서 5° 또는 10° 간격으로 변화되어 출력이 측정되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 출력측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지모듈의 광의 방향에 대한 각도가 90°인 경우의 출력값은 표준출력값(Pmax)이고,
    상기 각도가 변화함에 따라 획득한 출력값은 상기 표준출력값에 대한 출력비(Nomalized Pmax)로 환산되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 출력측정장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 태양전지모듈의 경사각도에 따른 경사발전량은 하기 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 출력측정장치:
    Figure pat00003

    상기 식 중, f(x)는 Nomalized Pmax의 합이다.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지모듈은 중심축을 기준으로 회전하여 각도를 변화시키면서 출력이 측정되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 출력측정장치.
  8. 광원으로부터의 광에 의해 발전되는 태양전지모듈의 제1출력값을 측정하는 단계; 및
    상기 태양전지모듈의 상기 광원으로부터의 광이 진행하는 방향에 대한 각도를 변화시켜 제2출력값을 측정하는 단계;를 포함하는 태양전지모듈 출력측정방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023181458A1 (ja) * 2022-03-24 2023-09-28 株式会社Lixil 太陽光発電設備測定システムおよび太陽光発電設備測定方法

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WO2023181458A1 (ja) * 2022-03-24 2023-09-28 株式会社Lixil 太陽光発電設備測定システムおよび太陽光発電設備測定方法

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