그늘 한 장이 스트링 전체를 떨어뜨리는 이유

모듈 면적의 몇 퍼센트만 그늘이 졌는데 출력은 훨씬 크게 떨어지는 일이 있습니다. 나뭇잎 한 장, 전깃줄 그림자 한 줄이 생각보다 큰 손실을 만드는 이유는 직렬 연결에 있습니다.

직렬 연결의 약점: 가장 약한 셀이 전류를 정한다

모듈 안의 셀들은 직렬로 이어져 있습니다. 직렬 회로에서는 모든 셀에 같은 전류가 흘러야 합니다. 그런데 그늘 진 셀은 전류를 조금밖에 만들지 못합니다. 이 셀이 수도관의 좁은 구간처럼 병목이 되어, 그늘이 지지 않은 나머지 셀들까지 전류를 제대로 보내지 못하게 됩니다.

바이패스 다이오드: 막힌 구간을 돌아가는 길

이 문제를 줄이려고 모듈에는 바이패스 다이오드가 들어 있습니다. 보통 60셀 모듈에는 다이오드 3개가 셀 20장씩을 맡습니다. 어떤 구간에 그늘이 져 전류가 막히면, 다이오드가 열려 그 구간을 건너뛰는 길을 만들어 줍니다. 그 구간의 출력은 잃지만, 나머지 구간은 계속 전기를 보낼 수 있습니다.

아래 그림에서 그늘 모양을 바꿔 보거나, 셀을 직접 눌러 그늘을 칠해 보세요. 어떤 구간이 건너뛰어지는지, 출력이 얼마나 남는지 바로 보입니다.

그림의 예처럼 같은 그늘이라도 어디에, 어떤 방향으로 지느냐에 따라 결과가 크게 다릅니다. 그늘이 여러 바이패스 구간에 걸치면 셀 몇 장만 가려도 출력이 크게 줄고, 한 구간 안에 머물면 그 구간만 잃습니다.

열점: 그늘 진 셀이 뜨거워지는 이유

그늘 진 셀은 출력을 못 낼 뿐 아니라, 다른 셀들이 밀어 넣는 전류를 거꾸로 받아 저항처럼 열을 냅니다. 이렇게 셀 하나가 유난히 뜨거워지는 것을 열점(핫스팟)이라고 합니다. 바이패스 다이오드가 이를 줄여 주지만 완전히 막지는 못합니다. 열점이 오래 계속되면 셀이 손상되고, 심하면 백시트가 타거나 유리가 깨질 수 있습니다.

현장에서는

• 새똥, 낙엽, 모듈 아래쪽에 쌓인 흙처럼 작고 진한 그늘이 오래 머물면 열점이 생기기 쉽습니다. 열화상 점검에서 셀 한 장만 뜨겁게 보이는 경우가 많습니다.
• 하루 중 특정 시간에만 출력이 떨어진다면 주변 구조물이나 수목의 그림자를 의심합니다. 시간대별 출력 그래프가 단서가 됩니다.
• 인버터의 MPPT도 그늘의 영향을 받습니다. 그늘로 생기는 봉우리 두 개 문제는 인버터 장의 MPPT 이야기를 참고하세요.

핵심 정리

• 직렬로 이어진 셀에서는 그늘 진 셀이 전체 전류의 병목이 된다
• 바이패스 다이오드가 막힌 구간을 건너뛰게 해 피해를 줄인다 (60셀 모듈은 보통 3개)
• 그늘이 어느 구간에 걸치느냐에 따라 손실이 크게 달라진다
• 그늘 진 셀은 역방향 전류로 뜨거워져 열점이 생기고, 오래 두면 손상된다

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