태양 전지판의 숨겨진 비밀

태양전지는 지금으로부터 50여년전에 1950년대 벨연구소에서 개발되어 NASA에 의해 오랫동안 우주에서의 전기 생산에 활용되었다. 시간이 지나면서 성능과 가격이 크게 개선되어 시계, 계산기, 신호등에 사용되다가 2000년대에 들어서서 화석연료인 기름값이 오르락내리락 고가행진을 하면서 신재생에너지로 주목을 받고 널리 쓰이게 되었다.
태양전지는 단결정, 다결정, 박막형 형태로 제작되며 실제로 햇빛을 집광하여 전기를 발생하는 태양전지판은 요구되는 전압과 정격전력에 따라서 태양전지로 직렬 또는 병렬연결로 접속하여 제작된다.

태양전지 셀 하나의 전압은 0.6V정도이며 36개를 직렬로 하면 21.6V가 된다.(12V용으로 알고 있는 태양전지)
태양전지를 제작하여 판매하는 업체는 태양전지의 발전 능력과 내구수명을 좀 과장되게 좋은 장점만설명하고 취급상의 주의점이나 설치 시 위험 같은 것은 전혀 문제가 없는 것으로 대충대충 자기들만 알고 지나가버리는 것이 일반적이다.‘신재생에너지 저널’독자분들이 태양전지판을 1~2장 또는 더 많은 장수를 구해서 스스로 시공하고 결
선해서 자가용 태양광 발전소를 만든다면 어떤 점에 주의할지 생각해 보자.

* 주의점
1. 햇빛을 비추면 태양전지판은 충전된 전지팩이다. 전지를 여러 개 직렬 병렬 연결해서 사용하는 전지팩의 경우 전지의 숫자가 10개 이상 직렬이 되면 충전도 주의해야 되고 사용 시에도 특히 조심해야 한다. 여러 개의 전지를 직렬연결 했기 때문에 모든 전지가 똑같이 충전되고 똑같이 방전되지 않는다. 이런 오차를 줄이기 위해서 전지 속에 충전된 전기를 완전방전 직전까지 사용하지 않고 일부를 남겨서 다시 재충전하며 충전시에도 여러 개의 전지를 가능한 한 같은 전기량으로 충전하기 위해서 균등충전이라는 과정을 반드시 거친다. 태양전지는 보통 36개의 셀을 직렬 연결해서 태양전지 패널(panel)을 만들고 이런 것을 여러 장 또 직렬하고 병렬해서 전기를 사용하게 된다.

직렬 된 태양전지 셀 중에서 불량이 발생되면(셀은 정상이라도 그 부분만 햇빛이 차단되면) 부하가 걸려 있을 때에는 불량 셀 쪽으로높은 전압이 걸리게 된다. 이런 것을 햇빛차단에 의한 또는 셀 고장에 의한 역류 사고라고 한다. 이런 것을 방지하기 위해서 태양전지 판에는 역류사고 방지용 다이오드가 사진에 보이는 것처럼 부착되어있다. 다이오드가 달려 있는 위치는 단자판 부분에 붙어있고 어떤 것은 비올 때 습기에 침투를 막기 위해서 단자판을 사진처럼 방수처리 하기도 한다.

2. 햇빛이 비출 때 태양전지판을 설치하면서 배선이 끝나서 부하를 연결하기 전에 태양전지판 위에 햇빛을 차단하는 공구나 겉옷과 같은 물건들을 전부 치워야 한다. 역류방지 다이오드가 없는 경우는 전지판의 일부가 햇빛을 받고 일부는 햇빛이 차단되어서 태양전지 판이 고장난다.

3. 태양전지판은 설치하는 순간부터 서서히 성능이 떨어진다. 양심 있는 태양전지 제작자는 모듈정격을 실제 정격전력의60%를 정격으로 간주한다. 이 말을 다른 말로 표현하면 태양전지는 설치해서 1년에 많게는 8%까지 성능이 저하되므로10~15년 정도 사용하기 위해서는 설치 당시 태양전지 모듈의 발전능력과 10~15년이 지난 뒤의 발전능력은 평균해서 설치당시에 비해서 대략 80% 수준에 평균전력이면 태양전지판은 아주 성능이 좋은 것이다. 태양전지판을 설치해서 밝은 날 햇빛을 받으면서 부하를 걸어보면 발전되는 전압과 전류는 태양전지판 정격보다 40%정도 더 나오는 것이 정상인데 정격과 같이나오거나 조금 더 나오면 10년쯤 지난 뒤에 햇빛을 받고 발전되어 나오는 전력은 무척 적게 나올 것이다.

4. 태양전지판은 열을 받으면 효율이 낮아지고 수명이 짧아진다. 태양전지판은 반도체로 이루어진 전지이기 때문에 온도에 아주 민감하다. 1~2장 또는 여러 장을 지붕에 밀착시켜서 태양전지판의 전면은 햇빛을 받아서 전기를 생산하고 생산된 전기에 부하가 걸리면 흐르는 전기에 의해서 전지판도 어느 정도 뜨거워진다. 이런 발열현상이 전지판의 수명과 발전능력에 영향을 주기 때문에 대량으로 태양전지판을 설치하는 현장을 보면 태양전지판의 앞과 뒤를 자연 상태의 통풍으로 태양전지판이 냉각될 수 있도록 설치되어 있다.

태양전지판을 지붕에 밀착시켜서 전지판 뒤쪽으로 공기의 흐름이 자유롭지 못하면 태양전지판의 온도는 상승하고 효율은 떨어진다. 이러한 열로 인해서 여름보다는 겨울에 전기발생이 더 많다. 태양전지는 1950년도에 발명되어서 우주선이나 우주공간에 사용되다가 우리가 손쉽게 태양전지판을 접하는 것은 불과 10여년에 불과하다.

태양전지 장점만을 크게 선전하고 설치시의 주의점이나 사용상의 문제점, 수명예측방법 등을 일반인들도 쉽게 이해하도록 보다 많은 기술적 설명이 필요한 때가 됐다.