[2023 국제그린에너지엑스포 정보] 한화큐셀

1. 기업 소개

한화큐셀은 한화그룹의 핵심 태양광 계열사로, 청정 전력 생산을 위한 신재생에너지 솔루션을 제공한다. 한화큐셀은 태양 전지의 웨이퍼, 셀, 모듈 생산부터 개인 주택 및 상업 시설에 태양광 설치, 발전소 건설까지 태양광 발전의 미드스트림부터 다운스트림에 이르기까지 광범위한 솔루션을 갖추고 있다.

[자료 1. 한화큐셀 로고]

출처 : 한화큐셀

한화큐셀은 친환경 발전에 초점을 두는 에너지 기업이다. 한화큐셀은 지난 2021년 한국 재생에너지 기업 중 최초로 RE100을 선언하였다. 또한, 탄소 배출을 감축하기 위해 한화큐셀은 세계적 수준의 태양광을 기반으로 전 세계의 태양광 솔루션을 기부했다. 스위스 다보스 의회, 메콩강에 태양광을 설치하여 많은 양의 탄소를 감축하였으며, 한국, 중국 및 몽골의 황폐한 지역에 태양광을 설치하여 생산된 에너지로 묘목을 재배하는 태양의 숲 캠페인을 진행하기까지 했다. 이처럼, 한화큐셀은 환경을 생각하는 경영을 효과적으로 실천하고 있는 기업이다.

 

2. 기술력

한화큐셀은 태양 전지를 이용하여 얻은 에너지를 가정 내에서 사용하도록 하는 ‘토탈 에너지 솔루션’이라는 에너지 자가 발전 시나리오를 계획하고 있다. 이를 위해 태양 전지 관련 기술을 끊임없이 개발하고 있다. 한화큐셀은 태양광 모듈과 인버터를 생산하고 있으며, 이는 이번 2023 대구국제그린에너지엑스포에서도 선보일 예정이다.

① 태양광 모듈

한화큐셀의 태양광 모듈은 다양한 기술을 이용하여 성능과 안정성을 높일 수 있다. 아래는  그 중 Q.ANTUM 기반 기술력과 관련된 기술이다.

1) Q.ANTUM 기술

기존 태양광에 반사면을 삽입하여 기존 태양광에 투과되는 빛이 반사된 후 셀에서 재흡수된다. 투과되는 빛의 양을 줄일 수 있어 효율을 17%까지 늘릴 수 있다.

2) Q.ANTUM DUO 기술

-하프컷 기술

한 장의 셀을 두 개로 분할하여 서로 연결하는 기술을 도입하였다. 이를 통해 전자의 이동 거리를 최소화하여 최대 3%의 출력 상승효과를 낸다.

- 멀티버스바

태양광 내 전하의 이동 경로 사이의 간격을 줄여 전류가 더 세게 흘러 효율이 2% 추가로 증가한다. 또한, 저항으로 인한 전력 손실도 줄일 수 있다는 장점이 있다.

- 원형 와이어

기존 사용되던 평면형 리본에서 원형 와이어로 교체하여 내부 반사율을 높여 출력이 2.5% 증가했고 음영의 면적도 75%나 줄여 전력 생산 방해 요인을 최소화하였다.

3) Q.ANTUM DUO Z 기술

- 셀 밀도 증가

태양광 셀 사이의 간격을 최소화하여 모듈에 적용되는 태양광 셀 수를 늘림으로써 효율을 증가시킨다

- 멀티버스바

태양광 내 전하의 이동 경로를 늘리고 간격을 더 좁게 줄여 2%의 추가 출력이 향상된다. 이동 경로의 수를 증가시킴으로써 저항이 추가로 감소한다.

4) Q.ANTUM NEO 기술

- NEO Power Transmitter

NEO Power Transmitter(전력 송신기)를 이용하여 더 많은 전자가 태양 전지의 후면에 도달할 수 있도록 해 흡수되는 빛의 양을 늘린다. 전력 손실량이 줄어들고 출력 효율은 높아진다.

[자료 2. Q.ANTUM 기반 기술을 적용한 태양 전지]

출처 : 한화큐셀

이처럼 태양광 모듈에 한화큐셀만의 기술을 적용하여 높은 효율을 선보일 수 있다. 한화큐셀의 기술력은 성능뿐만 아니라 디자인의 측면에서도 가치를 극대화할 수 있다. 한화큐셀의 태양광 모듈의 프레임은 첨단 알루미늄 소재로 이루어져 경량성을 유지하면서도 소비자에게 다양한 색상과 크기의 태양 전지를 제공할 수 있다.

이뿐만 아니라 한화큐셀의 태양광 모듈은 뛰어난 핫스팟 보호 기술을 통해 태양 전지의 성능 저하를 예방할 수 있다. 제조 과정의 부실함, 시공 과정에서의 압력, 먼지 등 다양한 요인으로 인해 과열된 지점을 의미하는 핫스팟은 한 군데만 있어도 급격한 출력 저하를 일으킬 수 있으며 태양광 모듈 화재를 초래할 수 있다. 핫스팟을 방치하면 태양광 셀 온도는 급격하게 올라가고, 이에 따라 큰 사고 발생 확률도 기하급수적으로 올라간다. 이러한 이유로 핫스팟 발생 시 초기 대응이 중요하다. 이를 위해 한화큐셀은 적외선 카메라 등 다양한 시스템을 통해 정기적으로 태양광의 상태를 검사하여 핫스팟 초기 예방을 실현하고 있다.

태양 전지는 일조량이 많은 곳에서 많은 전력을 생산할 수 있으나, 온도가 높은 지역에서는 발전량이 떨어진다는 단점이 있다. 하지만, 한화큐셀의 태양 전지는 이런 악조건 속에서도 오래 버틸 수 있다. 85℃의 매우 높은 온도에서도 2,000시간이나 전력을 생산할 수 있었으며, 급격한 온도 변화(영하 40도에서 85도까지)가 있고 습도도 높은 악조건에서도 15주 동안 600사이클을 가동하여 전력을 생산할 수 있었다. 5,400Pa의 풍하중, 6,000Pa의 적설하중에도 전력을 생산하며 강풍 및 폭설에도 끄떡없는 모습을 보여주었다. 이처럼, 한화큐셀의 태양 전지는 열악한 환경 속에서도 전력 생산이 가능한 신뢰할 수 있는 전지이다.

② 태양광 셀

한화큐셀은 다양한 기술력을 이용하여 태양광 셀의 효율성과 안정성을 높이고 있다.

1) PID 방지 기술

PID(Potential Induced Degradation)으로, 이온의 이동이나 누설 전류로 인해 발생하는 출력 저하를 의미한다. 한화큐셀은 태양광 셀 내 이온의 이동을 제어하여 이 중에서도 누설 전류로 인해 발생하는 출력 저하를 예방한다.

2) LETID 방지 기술

태양광 발전은 빛을 필수로 하는 발전 과정이다. 발전 도중 빛과 열에 의한 붕소와 산소가 결합하는데, 이로 인해 출력 저하가 발생하기도 한다. 한화큐셀은 이 현상을 2015년에 처음으로 발견하여 결합에 관여하는 이온을 차단하는 막을 붕소와 산소에 씌움으로써 이 문제를 해결한 업계 최초의 기업이기도 하다.

③ 태양광 인버터

한화큐셀에서 생산하는 태양광 인버터는 스트링 인버터와 센트럴 인버터 두 종류의 인버터가 있다. 스트링 인버터는 모듈을 스트링으로 연결하여 생성된 군별로 관리하는 인버터를 의미하며, 센트럴 인버터는 중앙 시스템이 모든 모듈을 관리하는 인버터를 의미한다.

[자료 3. 한화큐셀의 인버터 : 스트링 인버터(좌)와 센트럴 인버터(우)]

출처 : 한화큐셀

한화큐셀의 인버터는 높은 기술력으로 효율과 안전성, 내구성 등 여러 방면에서 우수한 제품이다. 다음은 이와 관련된 내용이다.

1) 더 편리한 유지 및 보수

스트링 인버터는 취약한 소모품을 최소화하고 일체형 접속함(태양광 발전 시 필요한 전선을 보관하는 상자)을 이용하여 쉬운 설치를 가능하게 한다. 또한, 블루투스로 손쉬운 점검을 가능하게 한다.

센트럴 인버터는 HMI 소프트웨어를 탑재하여 간편한 점검이 가능하며 주요 컴포넌트들이 간편하게 교체될 수 있는 구조를 가진다.

2) 우수한 효율 및 안정적인 설계

최신 전력전자 기술로 높은 전력 밀도를 구현하여 인공지능을 이용한 시스템 설계 최적화로 고효율을 달성하였다.

3) 스마트 인버터 제어 기능

유, 무효 전력을 제어하고 고장 시에도 운전을 계속할 수 있는 시스템이 내장되어 있어 계통 지원을 위한 출력 제어 시스템이 탑재되어 있어 다양한 계통 환경에서 안정적인 동작을 지원한다.

4) 높은 경제성 및 낮아진 투자비

스트링 인버터는 멀티 MPPT(최대 전력 추종을 의미하는 MPPT와 전력 계통을 분리함)으로써 직병렬 설계를 편리하게 하며 셀 연결의 규칙성이 잘 깨지지 않는다. 또한, 양면 모듈 적용 시 직류 입력 용량 최대 150%로 수용성이 높아진다.

센트럴 인버터는 직류 1,500V 시스템 및 양방향 교류 인출로 설계하기 더 쉬워진다. 또한, MPPT와 전력 계통을 분리하여 멀티 MPPT 구성이 가능하다.

5) 다양한 보호 기능 내장

직류 및 교류 입출력 절연 상태를 확인할 수 있으며, 과전류 및 누설 전류를 보호하는 시스템이 내장되어 있다. 직류 및 교류 서지보호기가 내장되어 낙뢰 충격 전압으로부터 전지를 보호할 수 있다. 계통 보호 기능과 자가 계통 구축 기능으로 안전한 계통이 가능하며, 인공지능을 이용한 제어 시스템을 통해 안전한 시운전이 가능하다.

6) 원격 진단 및 사후 관리

웹 모니터링을 통해 발전소별 관리와 기기별 고장 진단이 가능하며, 축적된 노하우를 바탕으로 이에 대한 빠른 처리가 가능하다.

7) 뛰어난 내구성과 신뢰성

IP65(방수, 방진 등급) C5 방부식 등급(최대의 등급)의 높은 외함 보호 등급으로 어떠한 환경에서도 설치 가능하며, 스마트 냉각 설계로 성능 저하 없이 변환 효율을 극대화한다.

이 외에도 스트링 인버터는 개별 스트링 단위의 모니터링과 고정밀 센서를 통해 스트링의 직류 역극성 보호 및 전류 저하 상태 검출이 가능하여 시스템 점검이 용이하다. 센트럴 인버터는 4대까지 병렬연결이 가능하며 컴팩트한 디자인이 가능해 공간 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

 

3. 국제그린에너지엑스포 속 한화큐셀

한화큐셀은 이 외에도 새로운 태양 전지를 개발하고 있으며, 이를 오는 4월 12일부터 14일에 열릴 국제그린에너지엑스포에서 선보이고자 한다. 주력 제품인 상업용 고효율 태양광부터 친환경 에너지를 생산할 수 있는 모듈까지 다양한 모듈을 선보일 예정이다.

 

[자료 4. 한화큐셀의 인버터 : 국제그린에너지엑스포 한화큐셀 부스 전경(한화큐셀 제공)]

출처 : 파이낸셜뉴스

상업용 태양광에는 셀과 셀의 거리를 최소화하여 전력 생산 효율을 높인 '큐피크 듀오 G11S' 양면형이 전시될 예정이다. 이와 더불어 탑콘 셀을 사용한 ‘큐트론’ 태양 전지도 전시될 예정이다. 탑콘 셀이란, 기존 p형 웨이퍼를 사용한 태양 전지와 다르게 n형 웨이퍼를 사용한 태양 전지를 의미한다. 여기에 금속과 실리콘 사이 산화물로 된 막을 삽입한 태양 전지를 탑콘 태양 전지라고 한다. 이는 전자와 양공의 재결합을 방지하여 이동하는 전하의 양을 늘릴 수 있다. 결론적으로 누설 전류의 양을 줄여 효율을 높일 수 있는 것이다.

또한, 한화큐셀은 탠덤 태양 전지도 전시할 예정인데, 탠덤 태양 전지란 서로 다른 두 종류의 셀을 접합한 태양 전지를 의미한다. 일반적으로 서로 다른 태양 전지는 흡수할 수 있는 빛의 파장의 범위가 다르다. 서로 다른 태양 전지를 접합하면 흡수할 수 있는 파장의 범위가 더 넓어져 더 많은 빛을 흡수할 수 있다. 이러한 방법으로 효율을 높이는 것이다.

국내 최대 규모의 신재생에너지 전시회에서 한화큐셀은 상용화한 제품부터 개발 중인 제품까지 다양한 제품을 선보일 예정이다. 한화큐셀 부스에서 대한민국 태양광의 현재와 미래를 느끼기를 바란다.

4. 홈페이지

https://qcells.com/kr/ 

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5. 참고문헌

1) 김영권, "한화큐셀, 그린에너지엑스포서 모듈 라인업 선보여", 파이낸셜뉴스, 2023.04.04, https://n.news.naver.com/article/014/0004991940?sid=101 

2) 김동욱, "한화큐셀, 태양광 '게임체인저' 탠덤 셀 시제품 공개", 머니S, 2023.04.05, https://n.news.naver.com/article/417/0000909930?sid=101