-- PERC, TOPCon 및 HJT 등 다양한 셀 기술 대상으로 분석
(닝보, 중국 2022년 10월 25일 PRNewswire=연합뉴스) PV 기술이 p형에서 n형으로 급속하게 발전함에 따라, 다양한 셀 기술 제품의 발전량 차이에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 주류 셀 기술은 PERC, TOPCon, 그리고 HJT다. 각각의 기술은 장단점이 있지만, 글로벌 적용 시나리오 관점에 기초한 체계적인 전체 수명주기 비교는 여전히 부족한 상태다.
이를 위해, Risen Energy Co., Ltd는 전술한 3가지 기술의 핵심 매개변수를 수집하고, 전 세계적으로 기후 환경이 다른 21개 국가 및 지역에서 25년의 수명주기에 걸쳐 이 3가지 셀 기술 패널을 사용하는 유틸리티 규모 발전소의 발전 이득을 측정함으로써 전 세계 발전량에 관한 비교 지도를 작성했다.
I. 전 세계 발전 이득 지도 (HJT 대 PERC/TOPCon)
전 세계적으로 HJT 기술 제품은 발전량이 PERC보다 4.37~6.54%, TOPCon보다 1.25~3.33% 더 높으며, 특히 고온 지역(예: 중동, 호주, 미국 남부)에서는 PERC 대비 6% 이상, TOPCon 대비 3% 이상 발전 성능이 더 우수하다. 그림 1.1 참조.
그림 1.1 전 세계 발전 이득 지도
Figure 1.1 Map of global power generation gains
II. 모듈의 기술적 분석
모듈의 특성에 따라, 지도의 각 지역에서 서로 다른 셀 기술 간의 발전 격차는 주로 온도 계수, 양면율 및 전력 저하의 3가지 요인에 의해 발생한다. 이에 따라, HJT 모듈은 극히 안정적인 온도 계수, 더 높은 양면율, 그리고 더 높은 전력 유지율로 PV 시스템에 더 높은 발전 이득과 안정적인 전력 수율을 제공할 수 있다.
2.1 극히 안정적인 온도 계수
전력 온도 계수는 PERC의 경우 -0.35%/℃이고 TOPCon의 경우 -0.32%/℃인 반면, HJT 모듈의 전력 온도 계수는 -0.24%/℃로 매우 안정적이다. 이는 HJT 모듈이 PERC 및 TOPCon 모듈에 비해 전력 저하가 낮다는 것을 의미한다. 따라서 HJT 모듈은 발전 손실이 낮으며, 이러한 발전 이득은 특히 그림 2.1과 같이 작동 환경 온도가 높은 경우에 유리하다.
- 60℃의 작동 온도에서 HJT 모듈의 상대 전력은 TOPCon 모듈 대비 2.8%, PERC 모듈 대비 3.5% 높다.
- 65℃의 작동 온도에서 HJT 모듈의 상대 전력은 TOPCon 모듈 대비 3.2%, PERC 모듈 대비 4% 높다.
그림 2.1 PERC/TOPCon/HJT 전력 및 온도 대응 곡선
Figure 2.1 PERC/TOPCon/HJTpower and temperature correspondence curves
2.2 더 높은 양면율
HJT 셀은 자연적인 대칭 구조로 인해 본질적으로 양면 셀이며, 그림 2.2와 같이 현재 가장 높은 양면율을 갖는 셀 기술이다. 동일한 적용 시나리오에서 양면율이 높을수록 후면의 발전 이득이 커진다. HJT 모듈의 양면율은 약 85%로, 표 2.1에서 알 수 있듯이 PERC 모듈보다 약 15%, TOPCon 모듈보다 약 5% 높다.
그림 2.2 HJT 셀의 구조
Figure 2.2 Structure of HJTcell
표 2.1 PERC/TOPCon/HJT 모듈의 양면율
Table 2.1 Bifacial factorof PERC/TOPCon/HJT modules
동일한 유틸리티 규모의 지상 탑재 발전소 적용 시나리오에서 양면율이 더 높은 HJT 모듈은 PERC 및 TOPCon 모듈에 비해 발전 이득이 높다.
2.3 더 높은 전력 유지율
3가지 다른 셀 기술의 전력 저하 곡선을 기반으로 살펴볼 때, 25년차 말까지 HJT 모듈의 전력 유지율은 92%인 반면, PERC 모듈의 전력 유지율은 87.2%, TOPCon 모듈의 전력 유지율은 89.4%일 것이 명확하다. 이는 HJT 제품이 유틸리티 규모 발전소의 전체 수명 주기에서 최상의 전력 출력 유지율을 갖고 있음을 의미하며, 그림 2.3에서 볼 수 있다시피 더 안정적이고 상대적으로 높은 발전량으로 이어질 수 있다.
상기 결과는 현재 2%의 첫해 성능 저하율로 계산된 결과이며, 셀 및 모듈 캡슐화 기술과 재료의 향상으로 인해 HJT 제품의 첫해 성능 저하를 줄일 수 있음을 고려할 때, 발전 이득은 더욱 뚜렷할 것으로 기대된다.
그림 2.3 PERC/TOPCon/HJT 모듈의 제품 보증
Figure 2.3 Product warrantyof PERC/TOPCon/HJT module
이러한 내용은 HJT 셀 및 모듈의 성능에 대한 간략한 분석이다. 그렇다면 모듈의 발전에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇이며, 그 영향은 얼마나 중요할까? 이를 알아보기 위해 Risen Energy는 PVSYST를 통해 추가 분석을 수행했다.
III. PVSYST 분석
발전에 대한 영향 요인 측면에서 일반적인 고온 및 저온 적용 시나리오를 각각 선택해서 분석했다.
3.1 저온 적용 시나리오
북위 45.9도 부근에 위치한 하얼빈은 저온 적용 시나리오의 전형적인 사례로 선택됐다. 이 지역의 연평균 기온은 4.7℃이고, 총 수평 복사(Horizontal radiation)는 1347kWh/㎡℃다. 발전소는 DC/AC 1.25, 설치 용량 4MW로 설계됐으며(실제 설계에서는 약간의 차이가 있음), 고정 브래킷 및 적합한 스트링 인버터에 최적의 경사각을 적용했다. 표 3.1에서 볼 수 있듯이, 25년차까지 TOPCon의 발전 이득은 3.94%이고, HJT의 발전 이득은 PERC의 발전 이득보다 훨씬 더 높은 7.73%로 나타났다.
표 3.1 PERC/TOPCon/HJT 발전 이득 비교
Table 3.1 Comparison ofPERC/TOPCon/HJT power generation gain
손실 비교에 따르면, 저온 적용에서 발전에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 전력 저하다. 25년차 말을 기준으로 전력 저하는 PERC 모듈의 경우 12.86%(1.6% + 11.26%), TOPCon 모듈의 경우 10.6%(0.6% + 10%), 그리고 HJT 모듈의 경우 7.87%(1.6% + 6.27%)로 나타났다. 그림 3.1 참조.
그림 3.1 저온에서 PERC/TOPCon/HJT의 주요 손실 비교
Figure 3.1 Comparison ofthe main losses of PERC/TOPCon/HJT in low temperature
3.2 고온 적용 시나리오
북위 24.4도 부근에 위치한 중동의 아부다비는 고온 적용 시나리오의 전형적인 사례로 선택됐다. 이 지역의 연평균 기온은 28.5℃이고, 총 수평 복사는 2015.1kWh/㎡℃다. 발전소는 DC/AC 비율 1.05, 설치 용량 4MW(실제 설계에서는 약간의 차이가 있음)로 설계됐으며, 고정 브래킷 및 적합한 스트링 인버터에 최적의 경사각을 적용했다. 표 3.2에서 볼 수 있듯이, 25년차까지 TOPCon의 발전 이득은 4.52%이고, HJT의 발전 이득은 PERC 발전 이득에 비해 훨씬 높은 9.67%로 나타났다.
표 3.2 PERC/TOPCon/HJT 발전 이득 비교
Table 3.2 Comparison of PERC/TOPCon/HJTpower generation gain
손실 비교 그래프에 따르면, 전력 저하 외에도 작동 온도 손실은 고온 시나리오에서 발전에 영향을 미치는 또 다른 주요 요인이다. 25년차 말에 PERC 모듈의 전력 저하는 12.86%(1.6% + 11.26%)이고, TOPCon 모듈의 전력 저하는 10.6%(0.6% + 10%)인데 반해, HJT 모듈의 전력 저하는 7.87%(1.6% + 6.27%)이다. 그림 3.2와 같이 PERC 모듈의 작동 온도 손실은 8.31%이고 TOPCon 모듈은 7.26%인 데 반해 HJT 모듈은 5.81%다.
그림 3.2 고온에서 PERC/TOPCon/HJT의 주요 손실 비교
Figure 3.2 Comparison ofthe main losses of PERC/TOPCon/HJT in high temperature
상기 분석에 따르면, 저온 적용 시나리오에서는 모듈 전력 저하가 제품의 발전에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나이며, 고온 적용 시나리오에서는 작동 온도가 또 다른 주요 요인임을 알 수 있다. HJT 모듈은 매우 안정적인 온도 계수, 더 높은 양면율 및 더 높은 전력 유지율을 갖고 있어, HJT의 발전 이득은 고온 지역에서 명백하고, 저온 지역에서는 상대적으로 높은 발전 이득을 나타낸다. 이에 따라, HJT 모듈은 다른 모듈 기술에 비해 PV 시스템에 더 높은 발전 이득과 더 안정적인 전력 수율을 가져다주는 것으로 판단된다.
