태양광 모듈 내 응력 및 변형률 계산 방법 고찰 I

Methods for calculating stress and strain in solar modules: a review – part I

다양한 고장 모드를 분석하면서 태양광 모듈의 수명을 정량화하는 데 시뮬레이션 도구가 점점 더 많이 사용되고 있다. 이와 관련하여 유한 요소법의 사용은 공정에 의한 응력부터 현장 조건에 이르기까지 다양한 시나리오에 대한 응력 수준을 정량화할 수 있는 유연성과 능력으로 인해 특히 관심을 끈다. 모듈 구성 요소의 열-기계적 거동은 셀 균열, 상호 연결 실패, 유리 파손, 박리 등과 같은 일반적인 현장 고장과의 연관성 때문에 종종 고려되지만, 사용되는 접근 방식, 고려되는 다양한 입력 및 결과는 매우 분산되어 있으며 때로는 상충되기도 한다. 이 연구는 상업용 및 새로운 태양광 모듈 기술에 대한 열역학적 유한 요소 시뮬레이션을 통해, 보고된 시뮬레이션 접근 방식과 그 결과를 체계적으로 검토하며, 사용된 재료 모델, 경계 조건, 기타 가정과 같은 다양한 입력의 영향과 유효성에 대해 논의한다. 학습한 내용과 모범 사례는 향후 시뮬레이션에서 활용하여 태양광 모듈에 대한 유한 요소 모델의 신뢰성 설계 기능을 확장하고 가속화할 수 있다.

Simulation tools are increasingly being used to quantify the lifetime of photovoltaic modules, giving valuable insight into different failure modes. In this regard, the use of finite element methods is of particular interest due to their flexibility and ability to quantify stress levels for a variety of scenarios, from process-induced stresses to field conditions. The thermo-mechanical behavior of module components is often considered because of its association with common field failures such as cell cracking, interconnection failure, glass breakage, delamination, etc., but the approaches used, the various inputs considered, and the results are highly dispersed and sometimes conflicting. Through thermodynamic finite element simulations of commercial and emerging solar module technologies, this study systematically reviews reported simulation approaches and results, and discusses the impact and validity of various inputs, such as material models, boundary conditions, and other assumptions used. Lessons learned and best practices can be utilized in future simulations to extend and accelerate the reliability design capabilities of finite element models for photovoltaic modules.