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2020. 12. 26. 09:00 RPS 태양광 발전사업 정보

하이드로겔 태양광 패널에 대해 알아보자

 

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파랑티에스에너지

 

티스토리 구독자 여러분들

모두 하이 ~ 오늘의 주제는 하이~드로겔 태양광 패널입니다.

하이드로겔 마스크팩, 하이드로겔 콘텍트 렌즈 등 '하이드로겔'이라는 말이 생소하진 않으실 텐데요,그 하이드로겔이 태양광 패널과도 가교되어 활용된다고 합니다. 오늘은 하이드로겔 태양광 패널에 대해 알려드리겠습니다.

 

국제저술지 네이처 나노테크놀로지에 발간된 2018년 2월, 미국 텍사스대에서 대기중에서 발생되는 수증기로부터 수분을 발췌할 수 있는 하이드로겔 물질을 개발했습니다. 하이드로겔 (hydrogel) 이란 폴리비닐알코올(PVA)분자와 폴리피롤(PPy)분자가 결합된 물질로 충분한 양의 물에 넣었을때 녹지않고 3차원적인 상태를 유지하는 공유결합, 수소결합 등 물리적 결합을 통해 가교된 친수성 고분자 물질입니다.

 

하이드로겔은 표면의 고분자사슬의 높은 유동성으로 낮은 표면장력을 나타내고 하이드로겔 내외부로부터 물질전달이 용이합니다. 또한 친수성의 확산 표면과 연하고 고무적인 성질은 다량의 수분을 함유할 수 있으며 높은 생체 적합성을 나타냅니다. 즉 하이드로겔 태양광 모듈은 태양열을 흡수하면 대기중의 수소, 산소분자를 미세한 구멍으로 빨아들입니다. 이때 물분자와 하이드로겔이 물리적인 느슨한 가교현상을 이룹니다. 느스한 결합이 끊어져 물분자만을 생성하면 이때 분해된 물분자들을 모아 태양광 표면에 활용하여 냉각효과를 수행하는 것입니다.

 

이러한 하이드로겔이 태양광 모듈과 가교된 배경으로는, 태양광 모듈을 이루고 있는 태양전지는 전력을 생산함과 동시에 필연적으로 셀의 온도도 상승합니다. 태양광 패널의 표면온도가 1도 올라갈때마다 발전효율은 0.1~0.3%씩 낮아집니다. 태양광 에너지가 풍부한 여름철, 최대 60도까지 모듈 표면온도가 상승하여 최적의 봄가을 발전량(최적의 태양광 발전효율온도는 25도)과 비교해 최대 18퍼센트만큼 저조한 출력저하를 나타냅니다. 태양광 패널에 물을 끼얹어 온도를 낮추는데에는 한계가 있으며 그마저도 물 조달이 어려운 사막과 같은 지역에서는 어려워 개선이 필요했습니다. 하이드로겔 태양광 패널은 이러한 풍부한 태양열이 가득한 사막이나 온도가 높은 지역에서 발전량 저하를 보완하기 위해 개발되었습니다. 태양광 패널의 전력출력은 물론 스스로 냉각작용으로 태양광 발전효율을 도모하는 일석이조의 기술입니다.

 

2019년 유교수는 2019년 이미 사전에 개발한 하이드로겔에 키토산을 결합하여 물 공급량을 더욱 늘렸습니다. 키토산의 높은 물수용성을 활용하여 개발된 하이드로겔은 3.6L/h(1㎡당)의 양을 생산해냈습니다.

 

2020년 5월 홍콩 펑대학에서도 하이드로겔을 태양광 패널과 접목시켜 하이드로겔 태양광 패널기술을 실현하였습니다. 텍사스에서 개발한 하이드로겔을 태양광 모듈 하단에 1cm 넓이로 붙여 하이드로겔이 공급해내는 수분을 태양광 모듈에 활용하였습니다. 하이드로겔이 공급하는 수분은 여름철 패널에 물을 뿌려주어 표면을 식히는 것과 같이 냉각작용을 해 태양광 모듈표면의 열을 식혀주는 쿨링역할을 합니다. 

 

홍콩의 국제저술지 네이처 지속가능성 논문에 따르면 태양광 패널의 온도를 낮추기 위해 사용되는 하이드로겔의 양은 습도가 낮을수록 더욱 많은 하이드로겔의 양이 요구되는 것을 검증했습니다. 습도가 80퍼센트 정도인 열대지역에서는 0.3kg/㎡의 하이드로겔이 요구되며 습도가 30%가 넘는 사막과 같은경우 그 두배가 넘는 1kg/㎡이 요구됩니다. 

 

하이드로겔 태양광 모듈을 적용한 결과 태양광 모듈의 표면온도는 최대 10도까지 낮아졌으며 태양광 패널의 발전효율은 평균 15퍼센트 증가하였습니다.바람, 풍력과 같이 부가적인 외부 냉각요인에 의해 출력량은 최대 19퍼센트까지 높아지기도 했습니다. 이렇게 홍콩에서는 이번 하이드로겔 태양광 모듈 연구를 통해 하이드로겔 태양광 패널의 보급화로 태양광 발전출력의 효과적인 상승을 기대할 수 있으며 우천시 분해될 수 있는 하이드로겔의 문제를 보완해나갈 연구를 지속할 것이라 밝혔습니다.

 

오늘은 하이드로겔 태양광 패널에 대해 알아보았는데요,

모두 즐거운 주말 보내시고, 다음주에 만나요~

 

하이드로겔 태양광 패널에 대해 알아보자

 

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