포틀랜드주립대 기계재료공학과의 사라 스미스 박사과정생은 1일 "태양전지 높이와 패널의 줄 간격을 일정하게 유지하는 것만으로도 전력 생산 향상이 가능했다"며, "태양광발전소의 대류 냉각을 예측해 업계에서 보다 정확한 전기 생산과 비용 예측을 하는데 도움이 될 것"이라고 말했다.
美연구진, 태양광발전소 자연냉각법 찾아내
태양전지가 작동하기 위한 최적의 환경이 밝고 화창하며 구름 한점 없는 날로 오해할 수 있지만, 실제로는 너무 많은 태양빛과 열은 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다. 따라서 태양광발전소의 에너지 손실을 최소화하기 위해서는 효과적인 냉각처리가 필요하다.
미국 포틀랜드주립대와 유타대, 미국 국립재생에너지연구소(NREL) 공동연구진은 태양광발전소의 자연 냉각 메커니즘을 향상시키기 위해 기하학을 활용했다.
'재생에너지와 지속가능에너지 저널(Renewable and Sustainable Energy)'에 발표한 논문에 따르면, 실리콘 태양전지는 작동온도가 1도 상승하면 약 0.5%의 효율이 감소한다. 특히 일반적인 태양광발전소는 태양전지 모듈이 주변 온도보다 25도 가까이 높은 온도에서 작동할 경우 최대 12%까지 에너지 손실을 볼 수 있다.
최신 태양전지 냉각법은 전지판 표면을 바람이나 물과 상호작용하도록 만들거나 열 민감도가 낮은 특정 재료를 사용하는데, 이는 상당한 비용이 들어간다. 반면 태양전지 패널을 최적의 간격으로 올바른 방향으로 배치한 태양광 발전소는 주변 바람을 사용하면서 대류를 통해 자연스레 냉각시킬 수 있다.
추가 설비 없이도 전력 생산 향상 가능
연구진은 소재, 환경조건, 패널 온도 등과 같은 요인을 바탕으로 태양광 발전소가 얼마나 많은 전기를 생산할 수 있는지를 계산하는 모델을 개선했다. 특히 태양광발전소의 기하학적 구조, 특히 전지 패널 사이에 얼마나 많은 틈새가 있는지에 초점을 맞췄다.
스미스 박사과정생은 "이번 연구에서는 태양광발전소 대류의 가장 정확한 추정치와 궁극적으로 전기 생산 효율성이 발전소 전체 구성 변경을 고려했다"고 말했다. 연구진은 풍동실험과 고해상도 시뮬레이션을 진행하고 모델을 입증하기 위해 실 데이터를 수집했다. 모듈 높이, 행 간격, 각도 및 바람의 변화에 따른 태양전지 온도를 측정했다. 그결과, 태양전지를 더 높게 하고 패널의 줄 간격을 넓게 하면 전기 생산량이 2~3% 늘어났다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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