모듈 냉각 위한 물 분사작업, 발전설비에 치명적인 손상 초래한다
  • 이상열 기자
  • 승인 2020.07.06 09:00
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석회질 침적 및 모듈 깨짐 현상 유발… 초기부터 환기나 통풍 고려한 설계 필요

[인더스트리뉴스 이상열 기자] 본격적인 무더위가 시작되는 7월이다. 7월은 1년 중에 햇볕이 강한 달 중에 하나이다. 이때 태양광발전 사업자들은 발전량 증대를 위해 정기적으로 태양광 모듈 위에 스프링쿨러로 물을 분사하는 것을 종종 볼 수 있다. 하지만 이 작업은 자칫 태양광 모듈의 파손이나 화재의 발생의 직접적인 원인이 되기 때문에 매우 위험하다.

주기적인 물 분사 작업, 태양광 모듈 위에 석회질 침적 유발

사진 1. 태양광발전사업자들은 태양광발전량 증대를 위해 주기적으로 태양광 모듈의 온도를 내리기 위해 워터쿨링으로 물을 분사하는 작업을 한다. [사진=에스테코]
사진 1. 태양광발전사업자들은 태양광발전량 증대를 위해 주기적으로 태양광 모듈의 온도를 내리기 위해 워터쿨링으로 물을 분사하는 작업을 한다. [사진=에스테코]

여름철이면 발전사업자들은 발전량 증대를 위해 태양광 모듈 위에 워터쿨링으로 물 뿌리는 작업을 한다(사진 1). 이때 지하수나 수돗물을 태양광 모듈 위에 분사하게 되면 석회질이 태양광 모듈 위에 쌓이게 된다(글라스 스케일링 효과). 흔히 지하수는 이온을 모두 제거한 정제한 물(Deionized Water, DI)이 아니기 때문에 석회질이 태양광 모듈 위에 쌓이게되는 것이다.

태양광 모듈 위에 지하수를 주기적으로 분사하게 되면, 석회질이 태양광 모듈 위에 쌓이게 된다. [사진=에스테코]
사진 2. 태양광 모듈 위에 지하수를 주기적으로 분사하게 되면, 석회질이 태양광 모듈 위에 쌓이게 된다. [사진=에스테코]
Hot Spot이 생성된 태양광 모듈은 결국 열 충격으로 인해 모듈이 깨어지게 된다. 열화상 카메라로 본 태양광 모듈의 깨진 부분은 희게 나타난다. [사진=에스테코]
사진 3. Hot Spot이 생성된 태양광 모듈은 결국 열 충격으로 인해 모듈이 깨어지게 된다. 열화상 카메라로 본 태양광 모듈의 깨진 부분은 희게 나타난다. [사진=에스테코]

태양광 모듈은 낮에 발전을 하게 되면 모듈의 온도는 뜨거운 상태로 되는데, 이때 지하수나 수돗물을 모듈 전면에 분사하게 되면, 빠른 증발로 인해 물속에 포함된 잔류물이 모듈 전면에 참착하게 된다(사진 2~3).

그림 1. 온도와 일사량 변화가 태양전지 출력에 미치는 영향 [자료=에스테코]
그림 1. 온도와 일사량 변화가 태양전지 출력에 미치는 영향 [자료=에스테코]

따라서 이러한 잔류물에 의해 태양광 모듈 전면에 빛 투과율에 영향을 미치게 되며, 이로 인해 열점 현상(Hot Spot)이 발생하게 된다. 열점 현상이 발생할 시에는 태양광 모듈의 온도는 약 80도씨 이상까지 상승하게 되는데, 이때 순간적인 물 분사로 인해 모듈의 온도가 급냉하면서 열충격(Thermal Shock)에 의해 모듈 전면의 유리가 파손되기도 한다. 모듈이 파손하게 되면 전기적인 안전성에 문제가 발생할 수 있으며, 태양광 발전소가 운전중인 상황에서 물 분사로 인해 전기적인 절연성이 떨어져 자칫 인명사고로 이어질 수 있기 때문에 각별한 주의가 필요하다. 사진의 흰 부분은 모듈 위에 석회질이 쌓인 것이다.

석회질이 태양광 모듈의 투과율에 미치는 영향 [사진=에스테코]
사진 4. 석회질이 태양광 모듈의 투과율에 미치는 영향 [사진=에스테코]
사진 5. 태양광 구조물에 고인 물은 간혹 화재의 원인이 되기도 한다. [사진=에스테코]
사진 5. 태양광 구조물에 고인 물은 간혹 화재의 원인이 되기도 한다. [사진=에스테코]

Hot Spot 생성으로 인한 태양광 모듈 깨짐 발생

사진 4는 유리 광택도를 측정한 것으로 왼쪽의 유리는 98.3이고, 오른쪽의 유리는 11.7을 기록하고 있다. 오른쪽 사진은 석회질로 인해 태양광 모듈의 광택도(투과율)가 매우 떨어지게 된 것이다. 광택도(투과율)가 낮다는 것은 모듈 전면에 조사되는 빛의 입사량이 불균일하게 된다. 이로 인해 내부 태양전지에 전류치가 동일하지 않게 되어 열점 현상이 발생하게 된다.

일반적으로 태양광 모듈의 온도가 ±45℃이면, 핫스팟 유발되는 상황이 발생하게 되면 온도가 80℃ 이상까지 올라가는 경우도 있다. 뿐만 아니라 주기적으로 물을 분사하게 되면 태양광 구조물인 C형강 내에 물이 고이게 되고, 전선은 전기적으로 압착이 되어, 전선이 물에 닿게 되면 합선으로 인한 단선이 되어가 화재가 발생하게 된다(사진 5).

발전량 향상을 위해 태양광 모듈의 기본적인 세척은 필요하지만, 모듈의 냉각 효과를 목적으로 발전량 증가를 위해 설비를 추가하여 주기적으로 물을 분사하게 된다면 자칫 태양광발전설비에 치명적인 손실을 야기할 수 있다. 따라서 태양광 발전소는 설계 초기부터 환기나 통풍을 사전에 잘 고려해서 설치하는 것이 매우 중요하다.

 

사진 및 자료제공 : 에스테코 최훈주 대표



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