태양광 모듈의 신뢰성 분석

태양광 모듈의 신뢰성 분석 (RELIABILITY ANALYSIS OFPHOTOVOLTAIC MODULES)

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도서정보

저자 : 김영국 · 이진욱 · 이재형 · 전종욱
ISBN : 978-89-6131-185-4
페이지 : 338 page
발매일 : 2025-07-28
크기 : 190*260mm
정가 : 40,000원

책소개

본 교재는 2023년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지 기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 제작한 연구 교재입니다(RS-2023-00266248)
본 교재는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 교재입니다. (No. RS-2022-KP002701)

전 세계적으로 탄소중립(Net-Zero) 달성을 위한 에너지 전환이 가속화됨에 따라, 태양광발전은 가장 주목받는 재생에너지 공급원으로 성장하고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2024년 기준 전 세계 태양광발전 누적 설치 용량은 1,400GW를 돌파하였고, 연평균 15~20% 이상의 성장세를 유지하고 있습니다. 특히 중국, 미국, 인도, 유럽을 중심으로 대규모 발전소와 분산형 발전의 설치가 급증하고 있으며, 아시아와 중동·아프리카 시장도 빠르게 확대되고 있습니다.

이러한 흐름 속에서 태양광 모듈 시장 역시 기술 발전과 함께 고도화되고 있습니다. 과거 단결정과 다결정 실리콘 기반 태양전지 위주에서, 최근에는 PERC, TOPCon, HJT와 같은 고효율 셀구조와 함께, 양면형(bifacial), 하프 셀, 슁글드(shingled), 텐덤 셀 등 다양한 차세대 모듈 구조가 상용화되고 있습니다. 이와 동시에, 설치 환경의 다양화(사막, 고온다습 지역, 해안 등)에 따른 열화 조건의 복잡성도 증가하면서, 모듈의 신뢰성 확보와 장기 수명 예측의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다.

본서는 이러한 산업 동향과 기술 진화의 흐름 속에서, 태양광 모듈의 신뢰성 확보를 위한 기술적 기반을 체계적으로 정리하고자 기획되었습니다. 이 책은 『태양전지 모듈의 신뢰성 시험과 수명 평가, 技術情報協會 저)』를 바탕으로, 최신 연구 성과와 산업계의 실증 데이터를 보완하여 재구성한 것입니다. 특히 모듈의 열화 메커니즘 분석, 신뢰성 평가 시험, 실외 성능 검증, 소재별 수명 예측 등 실질적인 기술 정보를 중심으로 내용을 구성하였습니다.

책의 구성은 다음과 같은 일곱 장으로 이루어져 있습니다.

제1장에서는 태양전지의 모듈화 기술과 신뢰성 요소를 정리하였고, 제2장에서는 IEC, UL, TÜV 등 국제 인증 제도 및 시험 절차를 소개합니다.

제3장은 가속 시험과 옥외 노출 시험을 통해 수명 평가 기법과 열화 메커니즘을 다루며, 제4장과 제5장에서는 환경조건에 따른 출력 특성 평가 및 실외 운용 사례를 중점적으로 다루고 있습니다.

제6장에서는 봉지재, 백시트 등 고분자 부품의 내후성 평가 및 열화 분석 방법을, 제7장에서는 실제 결함 사례와 낙뢰 보호 등 시스템 차원의 신뢰성 확보 방안, 마지막으로 제8장에서는 태양광 모듈의 평가 모델 구축 -변환 효율에 대응한 가격 추정에 대해 소개하고 있습니다.

이 책은 태양광 모듈의 설계, 제조, 품질관리, 인증, R&D 및 시스템 설계에 이르는 전 주기적 관점에서 신뢰성 분석과 수명 예측 기술을 통합적으로 다루고자 하였습니다. 본서가 태양광 기술의 고도화와 장기적 운영 안정성을 달성하고자 하는 현장 기술자, 연구자, 인증기관 실무자들에게 실질적인 지침서가 되기를 기대합니다.

저자소개

이진욱
성균관대학교 성균나노과학기술원 나노과학기술학과 부교수

[학력]
2016 성균관대학교 에너지과학과 공학박사
2011 성균관대학교 전기전자공학과 공학학사

[주요 경력]
2023-현재 성균관대학교 성균나노과학기술원 나노과학기술학과 부교수
2019-2023 성균관대학교 성균나노과학기술원 나노과학기술학과 조교수
2016-2019 캘리포니아대학교 로스앤젤레스(UCLA) 박사후연구원

[주요연구분야]
페로브스카이트 태양전지
차세대 반도체 소재 및 소자
인쇄공정 및 진공공정기반 박막 성장 기술
소자 물리

김영국
성균관대학교 정보통신대학 연구교수

[학력]
2012 성균관대학교 태양광시스템협동과정 공학박사
2004 경희대학교 물리학 이학석사
2001 경희대학교 물리학 이학사

[주요경력]
2016~현재 성균관대학교 정보통신대학 연구교수
2011~2014 한화케미칼(현 한화큐셀) 수석연구원
2004~2006 ㈜KPE 선임연구원

[주요연구분야]
고효율 결정질 실리콘 태양전지 제조 기술
박막 실리콘 태양전지 제조 기술
초고효율 탠덤 태양전지 제조 기술

이재형
성균관대학교 정보통신대학 전자전기공학부 교수

[학력]
1998 성균관대학교 전기공학과 공학박사
1991 성균관대학교 전기공학과 공학사

[주요 경력]
2011-현재 성균관대학교 정보통신대학 전자전기공학부 교수
2003-2011 국립군산대학교 전자정보공학부/전자공학과 조교수/부교수
2020. 1. 1-2024. 12. 31 한국태양광발전학회 교육부문위원장/학술위원장
2019-2022 한국연구재단 기초연구본부 ICT 융합연구단 전문위원
2013. 1. 1- 2017. 12. 31 한국전기전자재료학회 학회지/국문논문지 편집위원장

[주요연구분야]
이종접합 기반 초고효율 태양전지 설계 및 제조
유연 및 투명 반도체 소자
고출력 태양광 모듈 회로/구조 설계 및 제조 기술
나노 셀룰로오스 복합화 및 응용 기술

전종욱
성균관대학교 정보통신대학 전자전기공학부 부교수

[학력]
2009 서울대학교 전기컴퓨터공학부 공학박사
2004 성균관대학교 전자전기컴퓨터공학부 공학학사

[주요 경력]
2023-현재 성균관대학교 전자전기공학부 부교수
2022-2023 건국대학교 전기전자공학부 부교수
2017-2022 건국대학교 전기전자공학부 조교수
2016-2017 삼성전자 반도체연구소 수석연구원
2009-2016 삼성전자 반도체연구소 책임연구원

[주요연구분야]
반도체 CAD 활용한 소자 최적화, 모델링
회로 분석 및 자동화 설계

2.3. TÜV Rheinland 그룹의 태양광 모듈의 인증 시험
2.3.1. 고온, 고습 시험(Damp Heat Test)
2.3.2. 온도 사이클 시험(Temperature Cycling Test)
2.3.3. 결로 동결 시험(Humidity Freeze Test)
2.3.4. 자외선 전처리 시험(UV Preconditioning Test)
2.3.5. 핫스팟 내구성 시험 (Hot Spot Endurance Test)
2.3.6. 바이패스 다이오드 시험 (Bypass Diode Test)
2.3.7. 기계적 하중 시험 (Mechanical Load Test)
2.3.8. 광 조사 (Light Soaking)
2.3.9. 습윤 누설 전류 시험 (Wet Leakage Current Test)

2.4. 태양광발전 제품에 대한 UL 규격 적합성 평가
2.4.1. UL1703의 적합성 평가 개요
2.4.2. UL 1703과 IEC 61215/IEC 61646의 차이점

참고문헌

제3장 태양광 모듈의 가속 시험과 옥외 노출 시험
3.1. 태양광 모듈의 수명 평가
3.1.1. 온도 가속 수명 시험과 고장·수명의 정의
3.1.2. 가속 열화 시험으로서의 인증 시험(KS C IEC 61215)
3.1.3. 정량적 수명 평가 시험법 개발 동향

3.2. 태양전지 및 태양광 모듈 평가 시스템
3.2.1. 태양전지 및 태양광 모듈 특성 측정 시스템
3.2.2. 복사(일사)
3.2.3. 태양전지 및 모듈 평가
3.2.4. 내구성 및 수명평가 시스템
3.2.5. 실외 노출 평가 시스템

3.3. 태양광 모듈의 가속 시험 및 평가 조건 최적화
3.3.1. 가속시험 및 평가 조건
3.3.2. 온도·습도 스트레스
3.3.3. 새로운 가속 시험 방법
3.3.4. 새로운 인증 시험 개발 동향

3.4. 태양광 모듈의 가속 열화 시험과 평가 기술
3.4.1. 온도 사이클 시험(Thermal Cycling test, TC50, TC200)
3.4.2. 결로 동결 시험(THumidity-freeze test, HF)
3.4.3. 고습 시험(Damp-heat test, DH)
3.4.4. 자외선 전처리 시험(UV preconditioning test, UV)
3.4.5. 온도와 광조사 복합가속시험
3.4.6. 복합가속시험 결과
3.4.7. 순방향 및 역방향 전압·전류 사이클 시험

3.5. 태양광 모듈 열화 메커니즘 해석
3.5.1. 통계적 방법을 통한 고장 모드 추정
3.5.2. 고장 분석

3.6. 태양광 시스템에 미치는 모듈 열화 모드 영향
3.6.1. 태양광 모듈 평가 개요 및 전제 조건
3.6.2. 태양광 모듈 열화 영향 평가
3.6.3. 어레이 고장 확률 검토
3.6.4. 태양광 모듈의 열화 영향 정리

참고문헌

제4장 태양광 모듈 및 시스템의 옥외 발전 특성과 평가
4.1. 태양광 모듈의 발전 출력에 영향을 미치는 환경인자
4.1.1. 태양광발전시스템과 해석 파라미터
4.1.2. 태양광 스펙트럼과 실외 환경
4.1.3. 실외 발전 특성과 환경 인자와의 관계

4.2. 각종 태양광 모듈의 실외 성능평가
4.2.1. 손실 및 이득 요인과 정량적 해석 방법
4.2.2. 평가 사례

4.3. 태양광 모듈의 발전 전력에 미치는 입사각의 영향과 관련 손실 평가
4.3.1. 태양광 모듈의 온도 보정을 적용한 발전 효율과 일사 강도 의존성
4.3.2. 태양광 모듈의 유리면을 투과한 일사강도 및 발전 효율의 추정
4.3.3. 태양광 모듈의 발전 효율에 미치는 태양광 직달 성분의 영향 및 입사각 의존
4.3.4. 태양광 모듈의 발전 효율에 미치는 태양광 산란 성분의 영향 및 입사각 의존
4.3.5. 태양광 모듈의 발전 효율에 미치는 일사 강도 의존성과 입사각 의존성
4.3.6. 입사각에 의존한 태양광 모듈의 전력 손실 평가

4.4. 태양광발전시스템의 실외에서의 이득 및 손실의 정량 분석
4.4.1. 일사 데이터의 기초
4.4.2. 태양광 발전 시스템의 발전 성능평가 지표
4.4.3. 태양광발전시스템의 실외 발전 특성
4.4.4. 태양광발전시스템 평가 방법

4.5. 태양전지의 발전 효율 개선을 위한 해석 기술
4.5.1. 불량 해석 기술과 절차
4.5.2. EL 발광을 이용한 불량 분석 사례
4.5.3. 누설 발광을 이용한 결함 분석 사례
4.5.4. 기타 분석 사례

참고문헌

제5장 태양광 모듈의 장기 신뢰성 평가 사례
5.1. 태양광 모듈의 실외 노출 시험과 사례
5.1.1. 결정질 실리콘계 태양광 모듈의 평가 사례

5.2. CIS계 박막 태양광 모듈·시스템의 신뢰성·장기 사용 사례
5.2.1. IEC 61646과 광조사 효과
5.2.2. CIS계 박막 태양광 모듈의 출력 측정.
5.2.3. CIS계 박막 태양광 모듈의 실외 노출 시험 및 노출에 의한 평가
5.2.4. IEC 61646과 수명 예측

5.3. 장기 사용 태양광 모듈의 열화 분석과 봉지재·백시트 소재 평가
5.3.1. 장기 사용 모듈의 열화 분석
5.3.2. 내후성 시험에 의한 봉지재의 초기 열화 분석
5.3.3. 백시트의 평가 예

참고문헌

제6장 태양광 모듈 구성 재료의 평가 방법과 열화 분석 기술
6.1. 태양광 모듈 백시트 소재의 장기 내구성 평가와 향후 과제
6.1.1. 태양광 모듈과 장기 신뢰성
6.1.2. 태양광 모듈 백시트와 장기 신뢰성

6.2. 태양광 모듈용 고분자의 내후성 시험 방법
6.2.1. 실외 노출 시험법
6.2.2. 가속 열화 시험 방법
6.2.3. 태양광 모듈의 복합 가속 열화 시험 방법
6.2.4. 고분자 재료의 새로운 내후성 평가 기술

6.3. 기기 분석에 의한 태양광 모듈 소재의 분석 및 평가 방법
6.3.1. 봉지재의 평가 예
6.3.2. 백시트의 평가 예

6.4. 태양광 모듈용 백시트 및 봉지재의 수명 예측과 적합성 평가
6.4.1. 태양광 모듈의 재료 구성과 구조
6.4.2. 기기 신뢰성 설계 개요
6.4.3. 백시트의 수명 예측
6.4.4. 봉지재의 수명 예측
6.4.5. 백시트와 봉지재의 적합성

6.5. 태양광 모듈 백시트의 평가와 부분 방전 시험
6.5.1. 부분 방전 시험
6.5.2. 부분 방전 시험 결과의 태양광 모듈에 대한 적용

6.6. 태양광 모듈 백시트·봉지재의 각종 안전성 시험 방법
6.6.1. 태양광 모듈의 규격
6.6.2. 시험의 개요

참고문헌

제7장 태양광 모듈의 결함 사례와 시스템 보호
7.1. 태양전지의 결함 발생 원인과 대책
7.1.1 응력 발생
7.1.2. 태양전지의 제조 공정
7.1.3. 고온 열처리를 사용하지 않는 셀 제조 방법
7.1.4. 기타 유의 사항

7.2. 태양광 모듈의 야외 운전 중 불량 사례
7.2.1. 산업기술종합연구소 메가솔라 시스템 조사 결과
7.2.2. 각 증상의 예
7.2.3. NREL에서의 불량 분류 예

7.3. 태양광발전시스템의 낙뢰 보호 기본 사항
7.3.1. 건축물의 직격 낙뢰 수
7.3.2. 낙뢰 전류의 특성값
7.3.3. 낙뢰의 종류
7.3.4. 낙뢰의 영향
7.3.5. 낙뢰 보호 레벨과 낙뢰 보호 설비의 유효성
7.3.6. 낙뢰 보호의 기본 원리
7.3.7. 전기 설비의 낙뢰 보호를 위한 대책 요약

참고문헌

제8장 태양광 모듈의 평가 모델 구축
8.1. 효율-가격 모델 구축
8.1.1. 모델의 개념
8.1.2. 모델의 수식화

8.2. 효율-가격 모델의 검증
8.2.1. 검증 방법
8.2.2. 검증 결과와 고찰

8.3. 평가 모델을 이용한 미래 예측
8.3.1. 예측 방법
8.3.2. 예측 결과 및 고찰

태양광 모듈의 신뢰성 분석