1997년 독일 베를린에서 설립된 SOLON SE사는 전 세계에 태양전지 시스템을 공급하고 있는 기업이다. SOLON사는 태양광발전 시스템, 옥상설치형 대형 시스템의 기획과 설치, 턴키방식의 태양광발전 시스템 및 태양전지 모듈 생산 등의 업무를 위주로 하고 있다.

SOLON 그룹은 독일, 이탈리아, 프랑스 및 미국 등지에 자회사를 운영하고 있다.

태양전지 모듈은 중장기적인 투자 사업이다. 태양광발전 시스템의 투자비 회수기간은 전력 단가와 태양전지의 가격, 일광조사량에 따라서 달라지지만 대략 11년 내지 13년이다. SOLON사의 연구개발팀 매니저 올리버 프랑크씨는 “우리 회사에서는 태양전지 모듈의 수명을 약 30년 내지 40년 이상으로 설계하고 있다. 그러므로 태양전지 모듈은 수십 년 동안 수익을 올려주는 것”이라고 설명했다.

품질검사에 사용되는 열화상 이미지

태양전지 모듈은 수십 년 동안 사용할 수 있도록 높은 신뢰성으로 견고하게 제작되어야 한다. SOLON사에서는 자체적으로 태양전지 모듈을 생산하지 않는다. 따라서 SOLON사에게는 품질관리가 극히 중요한 사항이다. 이와 관련해 프랑크씨는 “우리 회사에서 출하되는 모든 태양전지 모듈이 최고수준의 표준을 만족할 수 있도록 모든 태양전지와 모듈의 원재료를 엄격하게 검사하고 있다. 모듈의 원재료를 시험해 압력, 온도, 습기 등에 견딜 수 있는지 확인하는 것이다. 그러나 회로 분로의 검출과 태양전지의 종합적인 품질은 FLIR의 열화상 카메라를 사용하는 것이 필수적”이라고 설명했다.

그리고 그는 이어서 “라미네이션 공정 이전에 분로(Shunt)가 발생하는 것을 검출하기 위해 우리는 개별 전지에 역 바이어스를 가한 후 FLIR Systems사의 열화상 카메라로 열적 패턴을 검사한다. 고온의 열점이 나타나면 전지의 반도체 물질을 제조할 때 결함이 있어서 분로가 발생했음을 의미한다. 이 시험을 거치는 것만으로도 우리는 태양전지의 품질이 일정 수준 이상이라는 것을 알 수 있다”고 말했다.

필수적인 열화상 카메라

현재 SOLON사의 베를린 본사 연구개발실에서 이 검사에 사용되고 있는 열화상 카메라는 FLIR P65 모델이다. 프랑크씨는 이 열화상 카메라에 대해 극히 만족하고 있다고 말했다. 그는 “우리는 이 카메라를 2006년에 구입했는데 아직도 훌륭하게 제 성능을 발휘하고 있다. 태양전지 신제품은 반드시 분로시험을 거쳐야 한다”고 말했다.

현재 시험용으로 시판되고 있는 모델은 FLIR SC660 열화상 카메라다. 이 모델의 비냉각식 마이크로볼로미터 디텍터는 분해능이 640×480 픽셀이며, 열감도는 30mK 이상이다. 또한 세부적인 열화상 분석이 가능하도록 자동화된 콘트라스트 최적화 알고리즘을 내장하고 있다. 이러한 성능은 교환식 렌즈를 포함한 다양한 첨단 가능과 함께 FLIR SC660을 태양전지의 분로시험에 최적합한 열화상 카메라로 만들어 주고 있는 것이다.

현장에서 사용되는 열화상 카메라

이어서 프랑크씨는 “연구개발실에서 훌륭한 성과를 올림에 따라서 우리는 현장에서 사용하기 위해 두 대의 FLIR T-시리즈 열화상 카메라를 추가로 구입했다. 이 모델은 소형 경량이며 인간공학적으로 설계되어 현장 사용에 최적합한 카메라”라고 설명했다

SOLON사의 A/S부 열화상 분석 전문가인 폴커 덴츨러는 현장검사는 정비부서에서 담당하고 있다고 설명해 주었다. 그는 “우리는 태양광발전소를 완공해 발주자에게 인도하기 전에 열화상 카메라로 전체 발전소를 검사해 이상이 없는지 확인한다. 뿐만 아니라 인도 후에도 모니터링, 운전 및 정비 서비스를 제공하고 있다”고 말했다.

덴츨러씨는 이어서 “열화상 카메라는 현장 시험 검사에서 정말 중요한 역할을 한다. 열화상 카메라를 구입하기 전에는 각 모듈을 한 줄씩 수작업으로 측정할 수밖에 없었다”고 덧붙였다. 당연히 이와 같은 수작업 검사는 대규모 시설일 경우 매우 긴 시간과 노동량을 필요로 하는 것이다. 뿐만 아니라 결함이 있는 모듈 열을 발견하더라도 그 열에서 정확하게 어느 전지(셀)에 문제가 있는 것인지는 알 수가 없다.

즉각적인 문제의 발견

그는 “FLIR Systems의 열화상 카메라를 사용하면 모듈의 어느 부분에서 문제가 있는지 즉시 알 수 있을 뿐만 아니라 무엇이 문제인지도 알 수가 있다. 태양전지 모듈의 결함에는 다양한 원인이 있을 수 있으며, 각기 그에 적합한 해결책을 적용할 필요가 있는 것”이라고 말했다.

열화상에서 고온의 열점은 문제의 원인을 보여준다. 열화상에 나타나는 열적인 문제는 대개 태양전지의 발전량을 감소시키며, 때로는 안전상 문제가 될 정도로 온도가 높아질 수도 있다.  

그러나 이런 문제들은 해결 가능한 경우가 대부분이다. 덴츨러씨는 “결함의 원인이 연결 접촉 문제인 경우가 많다. 전기적 연결은 시간이 흐를수록 조금씩 퇴화하는 수가 많으며, 이런 문제는 매우 쉽게 수리할 수 있다”고 말했다

문제 발견을 가능하게 해주는 열화상 이미지

결함의 또 다른 주요 원인으로서는 셀 내부의 손상, 보호 유리층의 손상, 바이패스 다이오드의 결함, 그늘 등이 있다.     

덴츨러씨는 “태양전지 패널의 문제점을 발견하고 모듈의 발전능력이 저하되는 원인을 찾아내는 도구로서 현재 시판되고 있는 것 중에는 FLIR사의 열화상 카메라가 최고”라고 말했다. 그는 덧붙여서 “특히, 흔히 낙뢰에 의해 발생하는 다이오드의 결함은 찾아내기가 극히 어렵지만, 열화상 이미지에는 선명하게 나타난다. 이런 사례는 무척 많다. 태양전지 모듈의 결함을 검사하는 데 있어서 모듈의 온도 패턴을 조사하는 것은 문제점을 찾아낼 수 있는 가장 중요한 방법”이라고 말했다.

또한 덴츨러씨는 모듈만 검사하는 것이 아니다. 그는 “우리는 케이블, 커넥터, 퓨즈 박스 및 인버터 등 전체 시설을 모두 검사한다. 이처럼 전반적인 전기설비의 검사와 정비에도 FLIR의 열화상 카메라는 필수적인 도구”라고 말했다.     

인간공학적인 디자인

현재 현장 검사에 사용되고 있는 FLIR T-시리즈 열화상 카메라는 모두 비냉각식 마이크로볼로미터 디텍터를 사용하고 있으며, 이 디텍터의 분해능은 320×240 픽셀로서 선명한 이미지를 제공할 수 있으며, 열감도는 50mK 이상이다. 이 모델은 현장 정비 검사용으로 개발된 것으로서 최고 수준의 사용편의성을 제공한다. 소형 경량형이며 인간공학적인 디자인을 자랑한다.

덴츨러씨는 “특히 회전식 렌즈부는 매우 실용적이다. 현장에서 모듈을 검사할 때에는 시설 구조가 허용하는 한 뒤쪽에서 검사한다. 렌즈부를 회전시킬 수 있으므로 패널 뒤로 기어서 들어갈 필요 없이 쉽게 모듈의 뒷부분을 촬영할 수가 있다. 이러한 인간공학적 설계 덕분에 열화상 카메라를 원하는 모든 각도에서 편리하게 사용할 수 있다”고 설명했다.

즉석 보고서 작성

이러한 기능 외에도 SOLON사가 현장 검사에 사용하고 있는 FLIR T-시리즈 열화상 카메라는 열화상 합성 및 즉석 보고서 작성과 같은 유용한 기능을 가지고 있다. 덴츨러씨는 “우리는 실화상 위에 열화상을 표시해주는 열화상 합성 기능도 사용하지만, 현장에서 즉시 보고서를 작성할 수 있는 기능을 특히 유용하게 이용하고 있다. 예를 들어 태양광발전소 시설을 점검할 때, 소유자 또는 관리자에게 진행 결과를 수시로 보고해줄 수 있다”고 말했다.

물론 이러한 일차 보고서 후에는 정식 본 보고서가 제출된다. 이 회사에서는 FLIR의 보고서 작성용 소프트웨어인 FLIR Reporter 프로그램을 사용해 보고서를 작성하고 있다. 이 소프트웨어는 레벨과 스팬을 조절해 관련 온도 차이를 보여줄 수 있으며, 마이크로소프트 워드 프로그램과 호환성을 가지고 있으므로 마이크로소프트 오피스 워드로 보고서를 쉽게 작성할 수 있는 장점이 있다.

일반적인 실수

열화상 카메라는 사용하기가 매우 쉽지만, 그 기본 원리는 알고 있어야 한다. 덴츨러씨는 “가장 흔히 저지르기 쉬운 실수는 충분한 햇빛이 없는 상태에서 태양전지 모듈을 검사하는 것이다. 우리 SOLON사에서는 태양의 입사에너지가 700W/m2 이상일 때만 모듈을 검사하도록 기준을 세워 놓고 있다. 이 정도의 태양에너지가 입사되면 태양전지 모듈의 결함이 있는지 검사할 수 있는 가장 좋은 조건이 된다”고 말했다.

온도 차이의 적절성 또한 흔히 저지르고 있는 실수 중 하나라고 덴츨러씨가 설명해 주었다. 그는 “모든 열적 현상이 결함 때문에 발생하는 것은 아니다. 온도 차이가 일정 수준을 초과할 때만 수리 조치가 필요한 것”이라고 말했다.

정비유지 계약

덴츨러씨의 말에 의하면 특히 초보자들이 이러한 실수를 범하기 쉽다. 그는 “우리가 태양광발전소를 건설해 판매할 때에는 정비유지 계약도 함께 오퍼한다. 이 정비 계약에는 열화상 카메라를 사용한 검사 작업도 포함되어 있다. 그러나 일부 고객들은 우리 회사와 정비계약을 하는 대신 외부의 열화상 분석전문가에게 검사를 의뢰하는 경우도 있다”고 말했다.

그는 이어서 “이런 외부의 분석가들은 온도차가 나타난 열화상을 제시하면서 즉시 수리 조치가 필요하다고 보고하는 경우가 있다. 그러나  대부분은 온도차이가 통상적으로 있을 수 있는 범위로서 전력 발전에 지장을 주지 않는 수준이며, 문제가 있거나 결함이 발생한 것이 아니다”라고 설명했다.

올바른 교육훈련의 중요성

덴츨러씨는 “다행히도 FLIR사에서 제공하고 있는 교육과정을 이용하면 초보자들도 이와 같은 실수를 방지할 수가 있다”고 알려주었다.

FLIR사에서는 ITC(Infrared Training  Centre, 적외선 교육센터)와 협력해 이런 분야에서 열화상 카메라를 정확하게 사용할 수 있도록 해주는 정규 교육과정을 제공하고 있다. 그는 “우리 회사는 지속적으로 성장하고 있으며, 신규 채용자들이 열화상 카메라를 사용하게 된다. 신규 채용자들은 모두 ITC에서 제공하는 열화상 분석과정을 수료하도록 하고 있으며, 수료 후에도 우리 회사의 태양전지 발전시스템에 대해 집중적인 전문 교육과정을 거치게 하고 있다”고 덧붙였다.

신뢰할 수 있는 장기적인 파트너

태양전지 모듈과 패널의 생산공정에서 품질관리는 물론 현장 설치 및 정비유지 작업에 이르기까지 FLIR 열화상 카메라는 핵심적인 정보를 제공해주는 필수적인 도구다. 그러나 덴츨러씨의 말에 의하면 FLIR사는 우수한 열화상 카메라를 제공할 뿐만 아니라 훌륭한 장기적인 파트너이기도 하다. 그는 “만족스러운 서비스, 탁월한 교육훈련, 그리고 무엇보다 최고수준의 열화상 카메라 품질과 성능을 통해 FLIR Systems사는 우리 회사의 완벽한 파트너가 되고 있다. 앞으로 열화상 카메라를 추가 구입한다면 두 말 할 필요 없이 다시 FLIR 카메라를 구입할 것”이라고 말했다.

SOLAR TODAY 편집국 / Tel. 02-719-6931 / E-mail. st@infothe.com

[SolarToday ()]

[저작권자 © 솔라투데이, 무단 전재 및 재배포 금지]