태양광 패널과 광 반사율

계절별, 시간별 태양광 입사각은 수시로 변화합니다. 입사각과 PV 패널/유리면 사이의 물리 변수 때문에, 유리면 아래에 있는 솔라셀 필름의 전기적 작용 즉, 발전전력 규모는 수시로, 크게 변하게 될 것입니다.

입사광 변화는 크게, a) 유리면 반사, b) 유리 자체의 흡수, c) 각도가 틀어진 상태로 솔라셀 필름 도달, 세 가지 패턴으로 정의할 수 있습니다. 모두는 원치않는 현상이고, 광 반사는 흔히 “태양이 뜨자마자 Full로 발전한다”는 개념적 논리와 상충됩니다. 그래서 입사각 대 반사각, 광 반사율 등 키워드를 가지고, 전 세계에서 진지하고 연구활동이 전개되고 있습니다.

다음은, 광파장별 반사율(Spectral Reflectance)이 언급된 어떤 연구 논문의 일부입니다.

9.2.1 태양 반사율 | 태양 반사율 (SR)은 태양 복사 에너지를 태양원이 위치한 반구로 반사하는 표면의 능력을 나타내며, 정반사 및 산란 반사 성분을 포함한 전체 태양 스펙트럼 에 걸쳐 적분한 값입니다. 실제로 지표면에 도달하는 태양 에너지의 대부분은 300~2500nm 파장대에 집중되어 있으며 , 그 강도는 태양 스펙트럼 내 파장에 따라 변화하고 600nm 부근에서 최대치를 나타냅니다 . 자외선 영역은 전체 에너지의 약 5%를 차지합니다. 가시광선 영역은 약 44%의 태양 에너지를 포함하고 있으며, 50% 이상은 적외선 영역 에서 태양 에너지에 의해 방출됩니다 ( Ferrari et al., 2013 ). 지구 여러 지역에 도달하는 복사량은 대기 상태 및 교란, 대기 습도, 그리고 물, 오존, 이산화탄소 의 흡수 차이에 따라 달라집니다. 대기 질량 에 따라 중요한 변동이 발생하며 , 이는 다시 연중 시기와 지표면 위치에 따라 달라집니다( Ferrari et al., 2013 ). 따라서 태양 반사율은 Ferrari et al.(2013) 에서 분석한 바와 같이 계산에 사용된 기준 태양 스펙트럼에 크게 의존하는 속성이며 0에서 1 사이의 값을 갖는 숫자입니다.

태양 복사 에너지의 상당 부분이 가시광선 영역이 아닌 근적외선 영역에 있기 때문에, 높은 반사율을 가진 코팅은 단순히 밝은 색 표면을 제공하는 것뿐만 아니라 전체 스펙트럼의 태양 복사 에너지를 반사할 수 있어야 합니다. 일반적인 “차가운” 흰색의 탄성 중합체 코팅 표면은 가시광선 영역과 근적외선 영역 모두에서 반사되며, 약 85%의 태양 반사율을 나타냅니다. 이러한 색상과 높은 가시광선 반사율은 이산화티타늄에 의해 결정됩니다. 단일 결합코팅 내의 C-H 결합과 수소 원자의 진동으로 인해 반사율은 파장이 증가함에 따라 점차 감소합니다. (https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/solar-reflectance)

전적으로 PV 제품 특성에 따를 일이겠지만, “평균적으로는, 약 15% 정도의 빛은 솔라셀 필름에 도달하지 못한다”라고 간주하는 게 좋겠습니다. 이러한 기본 속성에, 구름과 음영, 먼지 등 다양한 외부 환경조건이 겹치면서, 모든 PV 패널은 100% 발전을 담보할 수 없게 됩니다. 예를 들어, 640W PV 패널이 640일 수 없는 것입니다.

그러한 물리적 차감 효과를 극복하는 보완 대안은 무엇입니까? 다축 제어에 의한 태양광 추적 발전시스템을 사용하는 것이 큰 도움이 됩니다. 빗물 세척에만 의존하지 않는, 주기적인 PV 패널 관리 활동도 중요합니다.

광에너지 손실에 관한 다음 논문도 참고할 만합니다.

오염 손실 – 태양광발전 플랜트의 성능에 미치는 영향; Soiling Losses – Impact on the Performance of Photovoltaic Power Plants, 2022 국제에너지기구 태양광발전시스템 프로그램 PVP Report IEA-PVPS T13-21:2022, 옮김 윤 경 훈 한국에너지기술연구원