적용분야

현재 태양광 발전 모듈 제조에 사용되는 표준 기술은 양면 접촉 방식의 태양전지를 기반으로 하며, 산업 전반에 널리 적용되고 있습니다. 이 공정은 개별 태양전지를 하나의 셀 전면 전극에서 이웃한 셀의 후면 전극으로 솔더링 리본을 연결하는 태빙(tabbling)과 스트링(stringing) 과정을 통해 스트링 형태로 연결하는 것에서 시작됩니다. 이렇게 형성된 스트링은 서로 연결된 후, 봉지재(encapsulation material)를 사용하여 투명한 유리 또는 폴리머 전면 시트와 유리, 금속, 또는 폴리머 재질의 후면 시트 사이에 적층됩니다.

오늘날 대부분의 태양광 모듈 제조업체는 자동 태양전지 솔더링 공정을 사용하고 있습니다. 이러한 자동화는 보다 일관된 품질을 보장하고, 파손을 줄이며, 더 얇은 태양전지 사용을 가능하게 합니다. 솔더링 공정은 태양광 모듈이 전기를 효과적으로 전달할 수 있도록 하는 핵심 공정으로, 그 중요성이 매우 큽니다.

자동 솔더링의 정밀성은 단순한 신뢰성 확보를 넘어 기술의 한계를 확장합니다. 인적 오류를 최소화하고, 공정의 균일성을 보장하며, 결함 발생 가능성을 줄임으로써 자동 솔더링은 더 얇고 효율적인 태양전지 개발을 이끌고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 태양광 모듈의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 제조 비용 절감에도 기여하며, 태양에너지 산업에 새로운 도약의 시대를 열고 있습니다.

태양전지 상부에 배선된 전선은 태양전지의 표면적을 최대한 노출시키기 위해 매우 얇고 섬세하게 설계되어 있습니다. 그러나 낮은 임피던스를 유지하기 위해서는 이러한 배선의 품질이 매우 중요합니다. 이처럼 얇은 배선을 위한 솔더링 공정은 난이도가 높으며, 추가적인 보호층이 적용되기 전에 빈번한 품질 검사가 필요합니다.

전기 저항 측정은 전체 임피던스가 규격을 벗어났는지 여부는 확인할 수 있지만, 결함의 정확한 위치까지는 파악할 수 없습니다. 임피던스가 높아지면 열이 발생하기 때문에, 기존의 결함 검사 방식에서는 온도 변화에 따라 색상이 변하는 열 감지지를 사용하여 결함 위치를 찾습니다. 그러나 이 방법은 많은 인력이 필요하고, 정확한 결함 위치를 정밀하게 식별하는 데 한계가 있습니다.

태양광 패널 생산 과정에서 각 모듈은 최종 품질 검사를 거치며, 이 단계에서 솔더링, 태빙 또는 스트링 불량으로 인한 성능 저하 및 잠재적인 문제를 확인합니다.

이 애플리케이션에서는 안정적인 태양광 시뮬레이터 옆에 적외선(IR) 카메라를 배치합니다. 라인 말단(end-of-line) 검사로 수행되는 태양전지 테스트에서는 태양광 패널에 고강도 빛을 조사하고, 이에 따른 열 반응을 측정합니다. 모듈은 위쪽에서 강한 빛에 노출되며, 광원과 나란히 설치된 IR 카메라는 수평 개방각 33°의 광학계를 사용하여 전체 태양광 패널을 감지합니다. 핫스팟을 정밀하게 평가하고 최적의 열 대비를 확보하기 위해, 모듈은 단락(short-circuit) 모드에서 측정됩니다.

빛이 태양전지에 조사되면 반도체 내부의 전자가 여기되어 전류 흐름이 생성됩니다. 태빙과 스트링 공정은 이렇게 생성된 전류를 외부 인터페이스로 전달하는 역할을 합니다. 솔더링 공정이 최적화되지 않았거나, 태빙이 불충분하거나, 스트링이 끊어진 경우 이러한 전기적 연결부의 내부 저항이 증가하게 됩니다. 라인 말단 검사 과정에서 결함 부위의 저항이 높아지면 온도가 상승하며, 연결이 완전히 끊어진 경우에는 열 상승이 발생하지 않습니다.

조명이 조사되는 동안 IR 카메라는 PIX Connect 소프트웨어의 Event Grabber 기능을 사용해 스냅샷을 촬영하고, 태양광 패널 내 핫스팟과 미연결 부위를 분석합니다. 특정 영역의 온도가 과도하게 높거나 일부 연결이 누락된 경우, 경보가 작동하여 작업자에게 알리고 해당 스냅샷은 저장됩니다. 성능 검증을 통해 품질 기준을 충족한 셀만 모듈에 적용됩니다.

이 애플리케이션에서는 태양광 모듈 내의 미세한 솔더링 문제를 검출하기 위해 열 정확도, 해상도, 그리고 측정 시야각(MFOV)이 매우 중요합니다. 높은 열 정확도는 잠재적인 결함을 시사하는 극미한 온도 변화까지도 감지할 수 있도록 해줍니다. 높은 공간 해상도는 세밀한 이미징을 가능하게 하여, 자칫 놓치기 쉬운 솔더링 공정상의 작은 결함까지 식별할 수 있도록 합니다.

작업자 또는 프로그래머블 로직 제어 시스템(PLC)이 과도하게 온도가 상승한 영역을 감지하면, 생산을 즉시 중단하고 결함의 원인을 파악하여 제거할 수 있습니다. 이러한 선제적 접근 방식은 도입 이후 고품질 제품의 생산 수율을 크게 향상시켰습니다. 이 시스템은 잠재적인 문제에 즉각 대응할 수 있도록 하여, 불량 제품이 생산 라인을 계속 진행하는 것을 방지하고 대규모 문제로 확대될 위험을 줄여줍니다.

또한 품질 추세에 대한 지속적인 업데이트를 통해 생산 공정을 적시에 조정하고 개선할 수 있어, 일관된 품질과 효율성을 유지할 수 있습니다. 모든 불량 패널의 스냅샷을 저장·보관함으로써 제조사는 열 데이터에 대한 장기적인 분석을 수행할 수 있습니다. 각 열 스냅샷에는 모든 픽셀의 온도가 기록된 포괄적인 방사계측 데이터가 포함되어 있어, 세밀한 분석이 가능합니다. 이러한 방대한 데이터는 핫스팟 분석을 통해 과열이 빈번하게 발생하는 영역을 정확히 파악하거나, 패널 전반의 열 분포를 보여주는 상세한 온도 프로파일을 생성하는 데 활용할 수 있습니다.