태양광은 왜 25%에서 멈추나

햇빛을 에너지별로 센다

5,778K 흑체에서 나오는 광자를 에너지 칸마다 셉니다. 거리로 희석하면 지구에 닿는 값이 나오고, 그게 태양상수와 맞는지가 첫 검산입니다.

Φ(E) = 2π/(h³c²) · E²/(exp(E/kT)−1)
S = (R☉/1AU)² · ∫E·Φ dE   // 1,367 W/m²

밴드갭으로 자른다

밴드갭보다 약한 광자는 통과합니다 — 셀이 투명한 것과 같습니다. 센 광자는 잡히지만 초과분이 열이 됩니다. 한 알에서 얻는 건 딱 Eg만큼입니다.

통과 = ∫₀^Eg E·Φ dE
초과열 = ∫_Eg^∞ (E−Eg)·Φ dE
잡은 전류 Jsc = q∫_Eg^∞ Φ dE

셀이 되쏘는 빛이 전압을 깎는다

300K인 셀도 흑체라 빛을 냅니다. 그 되돌아가는 광자가 암전류가 되고, 전압을 올릴수록 지수적으로 커져서 어느 지점에서 출력이 꺾입니다.

J0 = q∫_Eg^∞ Φ(E, 300K) dE
P = max_V [ Jsc − J0(e^(qV/kT)−1) ] · V

더우면 나빠진다

온도가 오르면 J₀가 급격히 커져 전압이 떨어집니다. 여름에 더 못 만듭니다 — 햇빛은 강한데 패널이 뜨거워서요. 이게 데이터시트의 온도계수입니다.

25°C → 50°C 로 올리면
전압 −1.08 mV/°C, 효율 −0.153 %/°C
// 상용 모듈은 −0.3%/°C 대(다른 손실 포함)

같은 1GW라도 태양광은 풍력의 절반 이하

명판 1GW를 세워도 태양광은 이용률이 14~16%, 풍력은 38%대입니다. 연간 발전량으로 보면 2.4~2.7배 차이가 납니다.

발표문의 GW를 그대로 비교하면 안 되는 이유입니다 — 풍력 조각에서 쓴 것과 같은 함정입니다.

여름에 더 잘 만들 것 같지만

햇빛은 여름이 강하지만 패널은 뜨거워지면 효율이 떨어집니다. 25°C에서 50°C로 오르면 이 계산으로 −3.8%, 상용 모듈 기준이면 더 큽니다.

그래서 같은 일사량이라도 서늘한 봄이 한여름보다 낫습니다. 데이터시트의 온도계수는 장식이 아니라 매출 항목입니다.

왜 다들 탠덤으로 가나

단일 접합의 벽이 33.7%입니다. 실리콘 실물은 이미 27%대까지 왔으니 남은 여유가 별로 없습니다 — 같은 게임에서는 더 못 짜냅니다.

그래서 밴드갭이 다른 층을 겹칩니다(페로브스카이트+실리콘 탠덤). 위층이 센 빛을, 아래층이 약한 빛을 먹으면 통과 손실과 초과열을 동시에 줄일 수 있습니다. 이 페이지의 두 손실 막대가 바로 그 이유를 보여줍니다.