새로운 연구 결과: 스트링당 태양광 모듈 수를 줄이면 핫스팟 위험 최소화

인도네시아 수라바야 대학의 연구팀은 인도네시아 서부 수마트라 섬에 위치한 24.9MW 태양광 발전(PV) 발전소의 초기 운영상의 문제점에 대한 포괄적인 연구를 실시했습니다.

이 연구는 발전소의 시운전과 동시에 2022년 8월에 시작되어 2024년 8월에 완료되었습니다.

주 저자인 엘리저 타리건(Elieser Tarigan)은 "비교적 짧은 작동 기간은 감지된 결함이 장기적인 마모가 아닌 초기 작동 단계에서 널리 퍼진 요인에서 주로 기인함을 보여줍니다. 저희 연구는 핫스팟 효과, 유리 균열, 정션 박스 오작동, 흐릿해지거나 변색된 유리 등 저희가 관찰한 다양한 유형의 결함을 분류하고 정량화하는 데 중점을 두고 있으며, 이러한 결함이 시스템 성능에 미치는 영향을 이해하는 것을 목표로 합니다."라고 설명했습니다.

수마트라에 위치한 이 태양광 발전 시설은 총 64,140개의 PV 패널로 구성되어 있으며, 각 패널은 390W의 용량을 자랑합니다. 이 모든 패널은 지상 설치 방식으로 설치되며, 모듈은 직렬로 연결되어 스트링을 형성합니다. 각 스트링은 순차적으로 연결된 30개의 모듈로 구성됩니다.

연구원은 다음과 같이 설명했습니다. "현장 관찰 과정에서 작동 전압과 전류를 면밀히 모니터링하고 모듈의 기술 사양과 비교하여 잠재적인 이상을 발견했습니다. 특정 모듈 스트링의 전력 출력에서 ​​이상을 정확히 찾아내는 데 중점을 두었습니다. 인버터에서 출력된 전력이 해당 스트링에 대해 당시 환경 조건에서 계산된 이론값보다 현저히 낮을 경우 해당 스트링을 비정상으로 표시했습니다. 그런 다음 이러한 이상을 추가로 조사하여 모듈에 결함이 있는지 확인했습니다."

이후, 개별 모듈에 대한 조사에는 직접 측정을 동반한 육안 검사가 포함되었습니다. 심층 분석에는 상세 측정과 열화상 기술이 포함되었습니다. 육안 검사와 측정을 통해 수집된 데이터는 각 결함 유형의 발생 빈도와 영향 범위를 확인하기 위해 면밀히 분석되었습니다.

과학자들은 다음과 같이 설명했습니다. "관찰 결과에 따르면, 초기 2년간의 운영 기간 동안 총 64,400개의 설치된 PV 모듈 중 약 678개의 모듈에서 앞서 언급한 다양한 결함으로 인한 운영상의 문제가 발생했습니다. 관찰된 고장률 약 1.05%는 PV 시스템의 신뢰성과 장기적인 운영 가능성을 보장하기 위해 초기 단계의 모니터링 및 유지보수가 매우 중요함을 보여줍니다."

조사 결과에 따르면, 대부분의 문제는 핫스팟 형성과 관련이 있었습니다. 구체적으로, 350건의 정션 박스 고장이 감지되었고, 282건의 유리 균열, 42건의 정션 박스 부풀림, 그리고 7건의 유리가 흐릿해지거나 변색된 사례가 확인되었습니다. 또한, 나무, 기둥, 건물 등 주변 물체에 의한 음영 발생 사례와 PV 어레이 간 자체 음영 현상도 확인되었습니다.

타리건 교수는 "저희 분석 결과, 하프 컷 모듈이 핫스팟 현상 완화에 풀 셀 모듈보다 우수한 것으로 나타났습니다. 이는 셀당 전류가 낮고 바이패스 다이오드 구성이 개선되어 열 손실과 전력 손실이 감소하기 때문입니다. 또한, 스트링에 사용되는 모듈 수를 줄이면 스트링 전압과 전류가 효과적으로 감소하여 핫스팟의 심각성을 최소화할 수 있습니다."라고 요약했습니다.