하이브리드 하이

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5206(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 프레넬렌즈 기반 태양전지 모듈의 빛샘 특성과 실용상 구름차이로 인해 발생하는 성능 문제를 모두 고려한 새로운 고농도 태양광전지(HCPV)를 제안한다. 우리는 자체 구축한 시스템을 사용하여 다양한 환경 조건에서 최대 반년 동안 현장 측정을 수행합니다. 획득한 결과에 따르면, 포커싱 영역 이외의 영역, 소위 빛샘 영역에서는 맑은 날이든 흐린 날이든 항상 약 20,000~40,000lx의 조도를 유지한다는 사실이 놀랍습니다. 구름 상태가 다릅니다. 이러한 흥미로운 결과는 구름의 빛 산란과 프레넬 렌즈 고유의 누출 특성으로 인해 발생합니다. 이 중요한 발견을 증명하기 위해 우리는 감지된 영역을 결정하기 위해 다양한 크기의 조리개를 사용하여 측정에 사용된 프레넬 렌즈 구조의 조도를 시뮬레이션했습니다. 실험실에서는 다양한 구름층 두께의 상황을 모사하기 위해 확산판을 사용했습니다. 계산 및 측정된 결과의 추세는 현장 측정과 잘 들어맞았습니다. 또한 실험 및 시뮬레이션 결과는 프레넬 렌즈의 둥근 각도와 드래프트 면이 빛샘의 원인임을 보여줍니다. 이러한 발견으로 인해 우리는 HCPV의 고효율 웨이퍼 주위에 보다 비용 효율적인 다결정 실리콘 태양전지를 배치하여 소산되는 빛 누출을 포착하여 사용 가능한 전기로 변환하는 하이브리드 고농도 태양광 모듈을 제안하게 되었습니다.

2015년 UN 총회에서 설정한 17개의 상호 연결된 글로벌 지속 가능한 개발 목표(SDGs) 중에서 저렴하고 깨끗한 에너지는 모두를 위한 더 나은, 더 지속 가능한 미래를 나타내는 필수 지표입니다. 따라서 깨끗하고 지속 가능한 에너지 생산을 위해 연구자들은 풍력 에너지, 지열 에너지, 수력 발전, 조력 발전, 태양 에너지 등 다양한 천연 자원을 활용하여 소위 그린 에너지를 얻습니다. 이 중 태양광 발전은 지형이나 환경에 덜 제한을 받습니다. 위치이며 세계 거의 모든 곳에서 얻을 수 있는 에너지원입니다1. 따라서 태양으로부터 나오는 빛 에너지를 쉽게 사용할 수 있는 전기 에너지로 효과적으로 변환하는 것은 언제나 인간 생명 발달의 궁극적인 목표였습니다. 반도체 소재를 이용한 태양전지 패널은 가장 경제적인 태양광 발전장치로 인정받고 있다. 지난 수십 년 동안 이 장치는 태양 광선으로부터 전기를 생성하는 데 널리 활용되었습니다. 전 세계적으로 공공 건물과 개인 주택의 지붕에서 볼 수 있습니다. 일반적으로 반도체 기반 태양광 패널에 사용되는 재료는 다결정 실리콘 또는 III-V 및 II-VI 화합물 반도체이며, 광 변환 효율은 각각 15%와 45%입니다2,3,4. 제품 가격을 보면 III-V 또는 II-VI 화합물 반도체로 만든 태양광 패널의 가격은 폴리실리콘 태양광 패널보다 훨씬 높습니다. 그러나 효율성을 고려하여 III-V 또는 II-VI 반도체는 여전히 태양광 발전소의 태양광 패널에 사용됩니다. 이는 발전 효율성을 향상시키기 위해 태양 추적 시스템과 함께 사용됩니다5. 또한, 우리는 화합물 반도체 기반 태양 전지판 위에 광학 렌즈를 구성하여 고가의 태양 전지6,7의 제한된 영역에 거의 평행한 입사 햇빛을 효과적으로 집중시킬 수 있습니다. 이러한 구성을 갖춘 태양전지 모듈을 고농도 광전지(HCPV)8,9라고 하며, 이는 광학 요소의 설계 및 사용을 통해 대부분의 태양 에너지를 소형 태양광 웨이퍼에 수집할 수 있음을 의미합니다. 이를 통해 고성능 화합물 반도체 소재를 태양전지 전원 공급 장치로 충분히 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 사용되는 소재의 감소로 인해 비용도 크게 절감할 수 있습니다.