우리가 태양전지의 성능을 비교할때 "이 모듈의 효율은 몇%이다" 라는 말을 많이 듣게 됩니다. 예를들면 최근 언론보도에서 "한국의 S사에서 다결정 태양전지 변화효율 17.2%달성" 또는 "일본 샤프사는 화합물 접합형 태양전지에서 세계 최고변환효율 35.8% 달성"같은 내용의 기사가 자주나옵니다.

태양전지의 변환효율이 무엇을 뜻하는지 쉽고 간략하게 알아보기로 하겠습니다.

 

1. 태양전지 셀의 변환효율

예를들어 "2장 태양전지의 전압과 전류"에서 예를 들었던 "A"셀 제조사의 6인치 다결정셀 1등급셀을 가지고 변환효율을 한번 계산해보겠습니다

 

이 셀의 사양은 최대전류 7.744A, 최대전압 0.519V, 출력 4.015W 이고, 면적은 0.156m x 0.156m = 0.024336㎟ 입니다.

그럼 이 셀의 변환효율을 알아보겠습니다.

가. 먼저 표준조건에서 단위면적(1㎡)당 입사되는 에너지량을 계산합니다.

     1㎡ 에 입사된 에너지량(W) = 0.024336㎡ x 1000W/㎡ = 24.336W

나. 태양전지 셀 출력 = 4.015

 

다. 셀 변환효율(%) = 태양전지출력 ÷ 1㎡ 에 입사된 에너지량 x 100(%)

                           = 4.015W ÷ 24.336W x 100 = 16.498% = 16.5%

그러므로 이 태양전지 셀의 변환효율은 16.5% 입니다.

위의 도표에도 효율이 16.5%라고 나와 있으니 계산이 맞은 것입니다.

 

현재 일반적으로 가장 많이 사용화 되고 있는 실리콘계열의 태양전지셀의 변환효율은 단결정셀이 16%~18% 정도이며 회사별 등급별로 차이가 조금씩 있습니다.

이런 실리콘 결정질셀의 최대 이론효율은 약 29% 정도라고 하며 앞으로 계속 발전할 것 입니다.

또 요즘 많이 사용하는 비정질박막형 태양전지의 효율은 10%전후입니다.

차세대 유망 태양전지로 부각되는 CIGS(구리, 인디늄, 갈륨, 셀레늄) 박막태양전지도 4%~8%의 낮은 효율로 인하여 사용이 적었으나 최근 일본 산업기술종합 연구소에서 변환효율을 15.9%의 CIGS를 개발하였습니다.

이렇게 태양전지의 효율은 해마다 빠르게 발전하고 있는 추세입니다.

참고로 지금까지 나와 있는 태양전지중 가장 효율이 높은 태양전지는 GaAs(갈륨-비소)를 기판으로 한 태양전지로 2009년 독일의 Fraunhofer 연구소에서 세계최고의 변환효율 41.1%달성에 성공했습니다.

 

2. 태양전지 모듈의 변환효율

태양전지셀의 변환효율과 태양전지 모듈의 변환효율은 조금 차이가 납니다.

예를들면 17.7%의 효율을 가진 셀을 사용하여 모듈을 만들었다면 그 모듈의 효율은 접합부와 연결부에서의 전력 손실로 인하여 셀 효율보다 1~2% 떨어지고 또 모듈 가장자리 빈공간에서는 발전이 되지 않기 때문에 최종적으로 이 태양전지의 효율은 13%~14% 가 될 것 입니다

 

위와 마찬가지로 B사의 80W 태양전지모듈의 변환효율을 계산해 보겠습니다.

 

 

이 모듈의 사양은 최대전류 4.55A, 최대전압 17.6V, 출력이 80W 이고, 면적은 가로 0.52m x 1.19m = 0.6188㎡ 입니다.

그럼 위 모듈의 변환효율을 알아보겠습니다.

가. 먼저 표준조건에서 단위면적(1㎡)당 입사되는 에너지량을 계산합니다.

     1㎡에 입사된 에너지량(W/㎡) = 0.6188㎡ x 1000W/㎡ = 618.8W

나. 태양전지모듈 출력 = 80W

다. 모듈 변환효율(%) = 태양전지출력 ÷ 1㎡에 입사된 에너지량 x 100(%)

                              = 80W ÷ 618.8W x 100 = 12.92%

그러므로 이 태양전지모듈의 변환효율은 12.92% 입니다.

태양전지모듈에서 효율이 높다, 낮다 하는 것은 그 모듈이 똑같은 면적을 가졌을때의 출력 비교입니다.

중요한것은 출력이 100W 태양전지모듈은 모두 출력(성능)이 표준조건에서 100W가 나옵니다.

출력이 똑같습니다.

다만, 효율이 높은 제품은 그효율의 비율만큼 제품의 크기가 작아진다는 것 입니다.

 

 

2010년 작성 - 솔라센타