PVT-E 하이브리드 태양광 열 모듈

1. 제품개요

태양열 집열기와 태양광(PV) 모듈은 현재 탄소 중립 건물로의 전환을 지원하는 두 가지 주요 건물 일체형 태양열 기술입니다. 그러나 이 두 기술은 전통적으로 각각 한 가지 형태의 에너지만 제공합니다. 태양광 모듈은 전기를 생산하고, 태양열 집열기는 열을 공급합니다. 따라서 어느 기술만으로는 현대 건물의 통합적인 에너지 수요인 전기, 난방, 냉방 및 온수를 동시에 충족할 수 없습니다. 이러한 구조적 한계로 인해 에너지 활용이 최적화되지 못하고 건물 면적을 비효율적으로 사용하게 됩니다.

PVT(태양열) 하이브리드 기술은 이러한 문제에 대한 체계적인 해결책을 제시합니다. PVT 기술은 태양광 발전과 태양열 기능을 하나의 통합 모듈에 결합함으로써 동일한 태양광 조사 공간에서 전기와 열을 동시에 생산할 수 있도록 합니다. 이러한 방식으로 태양 스펙트럼의 모든 에너지 잠재력을 더욱 효율적으로 활용하여 입사되는 태양 에너지를 전기 및 열 에너지로 변환함으로써 시스템 전체 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

PVT-E 하이브리드 모듈은 태양 복사 에너지를 단일 구성 요소 내에서 사용 가능한 전기 에너지와 열 에너지로 변환하는 첨단 에너지 변환 제품입니다. 이 제품의 핵심 혁신은 통합된 열 추출 구조를 통해 열 에너지 회수 서브시스템을 태양광 모듈 후면에 직접 연결한 데 있습니다. 이러한 구성을 통해 태양광 변환 과정에서 발생하는 폐열을 환경으로 방출하는 대신 회수하여 재사용할 수 있습니다.

열 및 전기 하위 시스템은 단순히 기계적으로 결합되는 것이 아니라, 각각의 작동 온도 범위와 에너지 변환 특성에 따라 공동으로 설계됩니다. 이러한 통합적인 열-전기 시스템 설계를 통해 PVT-E 모듈은 역동적인 실외 환경에서도 두 기능 모두 안정적이고 효율적으로 작동할 수 있습니다. 이러한 통합 작동은 내부 에너지 손실을 최소화하고, 태양광 발전 장치의 작동 온도를 안정화하며, 태양 복사 에너지의 전체 이용 효율을 크게 향상시킵니다.

기존의 독립형 태양광 모듈과 비교했을 때, PVT-E 모듈은 단위 면적당 전기 및 열에너지 생산량을 약 2~3배 증가시킵니다. 따라서 난방, 가정용 온수 공급, 저온 산업용 열 수요 등 다양한 건물 및 기반 시설 분야에 적합합니다. PVT-E 모듈은 기존의 화석 연료 기반 에너지원을 대체함으로써 온실가스 배출량 감축에 직접적으로 기여하고, 건축 환경의 장기적인 탈탄소화를 지원합니다.

2. 제품 장점

(1) 효율성 이점

PVT-E 모듈은 독립적으로 작동하는 태양광 모듈이나 태양열 집열기보다 훨씬 높은 전체 에너지 효율을 달성합니다. 열 회수와 전기 생산을 통합함으로써, 이 시스템은 최대 80%의 태양 에너지 이용 효율을 이룹니다.

태양광 전지의 성능은 작동 온도에 크게 영향을 받습니다. 결정질 실리콘 태양 전지의 경우, 전지 온도가 1°C 상승할 때마다 전기 변환 효율이 일반적으로 약 0.3%~0.5% 감소합니다. PVT-E 모듈은 태양광 전지 후면에서 능동적으로 열을 추출하여 전지 온도를 최적 범위로 유지함으로써 전기 출력을 안정화하고 향상시키는 동시에 유용한 열에너지를 생산합니다.

전기 성능 향상과 열 출력 회복이라는 두 가지 이점을 통해, 별도의 태양광 발전 시스템과 열 시스템으로는 달성할 수 없는 시너지 효과를 통한 효율성 향상을 이룰 수 있습니다.

(2) 공간 활용의 이점

도심 밀집 지역과 현대 건축 설계에서는 사용 가능한 옥상 및 외벽 면적이 제한적인 경우가 많습니다. PVT-E 모듈은 동일한 표면적에서 전기와 열을 동시에 생산하여 단위 면적당 에너지 효율을 두 배로 높입니다.

태양광 패널과 태양열 집열기를 별도로 설치하는 기존 방식과 비교했을 때, PVT-E 시스템은 필요한 설치 면적을 약 50% 줄여 구조물 면적을 늘리지 않고도 옥상과 건물 외벽에 더 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있도록 합니다.

(3) 환경적 이점

PVT-E 시스템은 작동 중 직접적인 이산화탄소 배출 없이 작동합니다. 건물과 산업 공정에 재생 가능한 전력과 열을 공급하여 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료 기반 에너지원을 직접 대체합니다.

PVT-E 모듈은 단일 재생 에너지원에서 두 가지 형태의 에너지를 모두 제공함으로써 운영 중 발생하는 탄소 배출량을 크게 줄이고 건물 및 산업 부문 모두에서 장기적인 기후 변화 완화 목표를 달성하는 데 기여합니다.

(4) 경제적 이점

전기와 열을 동시에 생산함으로써 단일 투자로 두 가지 경제적 가치 흐름을 창출할 수 있습니다. 사용자는 전기 구매 비용 절감과 난방 연료 소비량 감소라는 두 가지 이점을 동시에 누릴 수 있습니다.

또한, 이 시스템은 태양광 전지의 작동 온도를 낮게 유지함으로써 캡슐화 재료와 전기 부품에 가해지는 열 스트레스를 줄여 모듈 수명을 연장하고 수명 주기 유지 보수 비용을 절감합니다. 결과적으로 기존 태양광 솔루션에 비해 장기적인 재정적 성과가 향상되고 투자 수익률이 높아집니다.

3. 핵심 기술 성과 지표

(1) 최적의 에너지 활용을 위한 열-전기 결합

PVT-E 모듈은 첨단 열-전기 결합 기술을 활용하여 단일 구성 요소에서 통합된 열 및 전력 공급 기능을 제공합니다. 태양광 변환 과정에서 흡수된 태양 복사 에너지의 상당 부분이 열로 변환됩니다. 이 열은 통합된 열 서브시스템을 통해 능동적으로 포착되어 태양광 발전층에서 멀리 떨어진 곳으로 전달됩니다.

이 시스템은 태양광 전지의 표면 온도를 25~45°C의 최적 효율 범위 내에서 제어함으로써 높은 전기적 성능을 유지하면서 건물 난방에 필요한 열에너지를 회수합니다. 그 결과, 전체 태양 에너지 이용 효율은 80%를 초과합니다.

(2) 수명 및 신뢰성 향상을 위한 온도 제어

높은 작동 온도는 캡슐화 재료와 전기 절연체의 노화를 가속화하고, 태양광 전지를 손상시킬 수 있는 핫스팟 발생 위험을 증가시킵니다. PVT-E 시스템의 능동형 열 관리 기능은 열 스트레스를 줄이고, 재료 열화 속도를 늦추며, 핫스팟 발생 위험을 완화합니다.

그 결과, 이 시스템은 모듈의 수명을 연장할 뿐만 아니라 고온에서 작동하는 기존 태양광 발전 시스템에 비해 모듈 수명 동안 누적 전력 생산량을 16% 이상 증가시킵니다.

(3) 첨단 진공 적층 및 열 경화 기술

PVT-E 모듈은 하이브리드 모듈 제조에서 진공 적층 및 열 경화와 관련된 주요 과제를 해결합니다. 최적화된 진공 적층 및 열 경화 접합 공정을 통해 이 시스템은 태양광층과 열층 간의 구조적 통합을 결함 없이 구현합니다.

이 공정은 미세 균열, 기포 및 박리 결함을 제거하여 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 안정적인 장기 성능, 향상된 구조적 신뢰성 및 지속적인 열-전기 효율을 보장합니다.

4. 기술 혁신 및 획기적인 발전

(1) 고효율 에너지 변환 및 이중 최적화

이 시스템은 광전-열 결합 메커니즘을 연구하고 과도 결합 모델을 구축함으로써 PID 기반 제어를 통해 작동 유체 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해 모듈을 최적 온도 범위 내로 유지하여 22.4%의 전기 효율과 35% 이상의 열 효율을 달성하고, 기존 시스템 대비 총 태양 에너지 활용률을 3배 이상 향상시킵니다.

(2) 스펙트럼 선택적 코팅 통합

이 시스템은 PVD와 CVD 공정을 결합하여 제작된 다층 스펙트럼 선택 코팅을 통합합니다. 이러한 코팅은 광대역 태양 스펙트럼 활용을 가능하게 하여 광범위한 파장 범위에 걸쳐 흡수 및 변환 효율을 최적화하고 광 에너지 활용을 극대화합니다.

(3) 고효율 열전달 커플링 기술

첨단 접합 공정은 진공 조건에서 재료 호환성, 층간 접착력 및 열 응력 제어와 관련된 문제를 해결합니다. 최적화된 온도 구배 경화 및 열 확산 장치 배치는 계면 열 저항을 감소시키고 열 전달 효율과 장기 안정성을 향상시킵니다.

(4) 낮은 열손실 설계

이 시스템은 다중 물리 모델링 및 열 손실 분석을 통해 에어로젤 복합 단열재, 지그재그형 단열층, 선택적 코팅 및 진공 패키징을 통합하여 포괄적인 저손실 구조를 구현합니다. 이를 통해 대류 및 복사열 손실을 크게 줄여 실용적인 사용을 위한 열에너지 품질을 유지합니다.

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