하루 발전량

학습 목표

효율은 한 점에서의 성적이고, 발전량은 하루 동안의 결과입니다. 둘은 같지 않습니다. 이 장은 그 차이가 어디서 오는지에 관한 것입니다.

STC는 야외에서 절대 일어나지 않습니다

모든 태양전지 효율은 표준시험조건(STC) 에서 측정됩니다.

야외에서 이 조건이 성립하는 순간은 사실상 없습니다. 1000 W/m²를 받는 정오의 패널은 셀 온도가 60 °C를 넘습니다. 온도계수가 −0.4 %/K이면 그것만으로 출력이 14% 줄어듭니다.

그래서 두 셀이 STC에서 같은 효율이어도, 온도계수가 좋은 쪽이 1년 동안 몇 퍼센트 더 발전합니다. 이 패널이 그 차이를 보여줍니다.

세 단계입니다.

T_{\text{cell}} = T_{\text{ambient}} + \frac{\mathrm{NOCT} - 20}{800} \times G

NOCT(공칭 동작 셀 온도) 는 800 W/m², 기온 20 °C, 풍속 1 m/s에서 측정한 셀 온도입니다. 유리 모듈은 보통 44~48 °C이고, 스튜디오 기본값은 45 °C입니다.

읽는 법: 일사량에 비례해 기온 위로 올라간다. NOCT 45 °C 모듈이 1000 W/m²를 받으면 기온보다 31 K 뜨겁습니다. 기온 30 °C면 셀은 61 °C입니다.

NOCT가 낮을수록 좋습니다 — 통풍이 잘 되는 설치, 얇은 후면재, 반사가 적은 구조가 NOCT를 낮춥니다.

P(t) = P_{\text{STC}} \times \frac{G(t)}{1000} \times \bigl[1 + \gamma\,(T_{\text{cell}}(t) - 25)\bigr]

두 개의 곱입니다.

일사량 비례항 $G/1000$ — 빛이 절반이면 출력도 대략 절반
온도 감쇠항 — $\gamma$ 는 온도 계수 모드로 이 셀에서 직접 측정한 값입니다 (아직 안 돌렸다면 결정질 실리콘 전형값 −0.4 %/K을 씁니다)

이 두 항이 결합되는 방식에 중요한 함의가 있습니다. 일사량이 강한 시간대가 셀이 가장 뜨거운 시간대이므로, 손실이 가장 클 때가 발전이 가장 많을 때입니다. 그래서 열손실이 단순 평균보다 크게 나옵니다.

E = \int P(t)\,dt \approx \sum_h P(h) \times 1\,\mathrm{h}

하루 동안 면적당 받은 총 에너지입니다. 피크 태양시(peak sun hours) 와 같은 값입니다 — "1000 W/m²로 몇 시간 받은 것과 같은가". 한국 기준 연평균 3.5~~4 kWh/m²/day 정도이고, 맑은 여름날은 6~~9입니다.

정격 1 kW 시스템이 하루에 만든 kWh입니다. 시스템 크기와 무관한 값이라 서로 다른 규모의 발전소를 비교할 때 씁니다.

\mathrm{PR} = \frac{\text{실제 발전량}}{\text{STC 정격대로였다면 나왔을 발전량}} = \frac{\text{비발전량}}{\text{피크 태양시}}

태양광 산업에서 가장 널리 쓰이는 단일 품질 지표입니다.

PR	판단
> 1.0	평균 셀 온도가 25 °C보다 낮았다는 뜻으로, 온도가 손해가 아니라 이득이었습니다. 추운 맑은 날에는 실제로 일어나며, 연습문제 2가 바로 이 경우입니다.
0.85 ~ 1.0	우수 (서늘한 기후, 통풍 좋은 설치)
0.75 ~ 0.85	정상적인 실제 시스템
0.70 ~ 0.75	기대 이하 — 원인을 찾아볼 값
< 0.70	문제 있음 (과열, 그늘, 오염, 고장)

이 패널의 PR은 온도 손실만 반영합니다. 실제 시스템은 여기에 오염, 배선, 인버터, 불일치 손실이 더 붙어 더 낮아집니다.

먼저 온도 계수 모드를 실행하세요. γ가 측정됩니다.
발전량 패널에서 여름 맑은 날과 겨울 맑은 날을 비교하세요. 겨울이 일사량은 훨씬 적은데 PR은 더 높습니다 — 셀이 시원하기 때문입니다.
NOCT를 45에서 55로 올려 보세요. 같은 셀, 같은 날씨인데 발전량이 줄어듭니다. 설치 방식만으로 이만큼 차이가 납니다.
층 편집기에서 밴드갭을 넓혀 보고 온도 계수를 다시 측정해 보세요. 넓은 밴드갭 셀이 상대적으로 온도에 덜 민감한 경향을 확인할 수 있습니다. 다만 미리보기 에서는 이 결과가 다소 얕은 이유로 나옵니다 — 밴드갭을 바꾸면 Eg와 Voc가 같이 움직여서 절대값 dVoc/dT는 그대로이고, 분모가 커진 만큼 퍼센트만 달라집니다. 실제 솔버에서는 절대값도 함께 움직입니다.

의도적으로 단순한 1차 모형입니다. 다음은 포함되지 않았습니다.

실제 발전량 예측에는 PVsyst 같은 전용 도구와 실측 기상 데이터가 필요합니다. 이 패널의 목적은 소자 물리가 실제 에너지에 어떻게 연결되는지 보여주는 것입니다.

기하와 정격 계산은 소자 형상과 모듈에 있습니다.