태양광발전(PV)의 개요

태양광발전(PV)의 개요

 

 

1. 태양에너지

태양에너지는 지구상에 있는 거의 모든 에너지의 원천이다. 인간은 다른 모든 동물, 식물과 같이 에너지와 음식을 태양에 의존한다. 하지만, 인간은 여러 가지 방법으로 태양에너지를 활용한다. 예를 들어 , 먼 옛날 지질시대의 식물성 물질인 화석연료는 운송과 발전용으로 사용되는데, 본질적으로는 수백만 년 전부터 저장된 태양에너지이다. 마찬가지로, 바이오매스는 태양에너지를 연료로 변환시켜 주어 열이나 수송 혹은 발전용으로 사용할 수 있게 된다.

기계적 에너지 혹은 수송용으로 수백 년 동안 사용된 풍력에너지는 태양에너지에 의해 가열된 공기나 지구의 자전에 의해 만들어진 공기의 흐름을 이용한다. 오늘날 풍력터빈은 전통적인 사용뿐 아니라 바람의 에너지를 전기로 변환한다. 심지어 수력발전도 태양으로부터 유래한 것이다. 수력은 태양에 의한 물의 증발에 의존하고, 비로 되어 지구로 되돌아오면 댐에 물을 제공한다. 태양광(Photovoltaics : 보통 PV로 줄임 )은 태양에너지를 이용하는 간단하고도 세련된 방법이다. PV 소자(태양전지 )는 소음이나 오염 , 기계적인 구동 부품 없이 입사된 태양의 복사에너지를 직접 전기로 변환시켜 주기 때문에 매우 독특하고, 안전할 뿐만 아니라 신뢰성이 높고, 수명이 긴 특징이 있다. 태양전지는 통신 및 컴퓨터 혁명을 가능케한 반도체와 동일한 원리 , 소재에 기반을 두고 있다. 해당 내용은 태양전지와 태양광 시스템의 동작, 사용 그리고 활용을 다루고 있다.

 

 

2. 태양광 개요

태양광(PV)은 태양전지를 사용하여 햇빛을 직접 전기로 변환하는 프로세스이다. 오늘날, 종래의 화력 발전을 대체할 수 있는 재생에너지 발전기술로 급격히 성장하고 있고 그 중요성이 증대되고 있다, 하지만 1950년대에 처음으로 실용적인 태양광 발전기술이 도입되어 여타 발전 방식에 비해 비교적 새로운 기술이다. 태양전지의 연구개발은 우주분야에서 전원공급원으로 독립적인 전력공급을 필요로 하는 우주용으로 1960 년대에 처음으로 각광을 받게 되었다. 이러한 우주용 태양전지는 지금의 태양전지에 비해 수천 배나 비싸 지상의 발전용으로 사용하고자 하는 필요성이 제기된 것은 불과 10여 년 전이다. 하지만 태양전지는 잠재적으로 다양한 전문 분야에서 틈새시장을 가지고 급팽창하는 실리콘 트랜지스터 개발에서 매우 흥미로운 기술의 일종이 되었다. 1970년대의 석유위기로 지상용의 대체에너지 원의 필요성에 대한 세계적인 관심이 고조되었고, 그 결과 지상용의 발전기술의 하나로 태양광에 대한 연구가 촉진되었다. 비록 석유위기가 단기에 그치고 태양전지 개발에 대한 재정적인 인센티브가 줄어들게 되었지만 태양전지는 발전기술로서 시장에 진입하게 되었다. 원격지의 전원 공급용으로서의 활용성과 장점에 대한 인식이 형성되면서 지상용 태양광 산업의 개발이 촉진케 되었다. 소규모 이동용 전자기기 (계산기 , 시계 등)의 전원공급용으로 활용되었고, 원격지 전원공급 분야에도 진출하게게 되었다.

 

1980년대 실리콘 태양전지 연구가 성과를 보이면서 태양전지의 효율이 향상되기 시작하였다. 1985년 실리콘 태양전지는 20 % 효율의 이정표를 달성하였다. 이후 10 년간, 태양광산업은 주로 원격지 전원 공급용 시장에 의해 매년 15~20 % 씩 꾸준히 성장하였다. 1997년도는 연간 38 % 성장하였고, 오늘날 태양전지는 전력 계통선에 접근이 되지 않는 사람들에게는 전력 공급과 삶의 질을 향상시켜 줄 뿐만 아니라 선진 산업국가에서는 기존 발전방식에 의해 발생되는 환경오염을 크게 줄여주는 방안으로 인정받고 있다.

반응형

 

태양광의 시장이 증대되는 현재의 측면은 이전에 비해 더 많은 활용분야에서 태양광이 전력공급원으로 자리 잡고 있다는 것을 의미한다. 이들 응용분야들은 수 MW 급의 발전소로부터 유비쿼터스 태양전지 구동 계산기 등 광범위하다. PVCDROM은 비전문가들에게 지상용 태양광 발전의 개요에 대한 기본 정보를 제공하고자 한다. PVCDROM를 사용하여 태양광소자(태양전지 )의 원리와 태양광 시스템의 동작을 이해할 수 있게 되고, 적절한 활용분야를 판정할 수 있게 될 것이며 , 그리고 태양광 시스템의 설계까지도 할 수 있게 될 것이다. 태양광의 개념과 활용에 대해 익숙한 사람들이 많아짐에 따라 적절한 활용분야에서의 태양광 사용이 증대될 것으로 희망한다.

 

 

3. 온실 효과 (Greenhouse Effect)

현재 태양광 발전 시스템의 대부분은 단순히 실용적이고 경제적인 이유 때문에 사용되고 있으나 태양광의 잠재적인 이득은 태양광이 여타 발전 기술에 비해 가장 환경친화적인 기술의 하나라는 점이다. 전력 생산에 따른 환경 영향, 특히 온실 효과는 태양광을 다시 한 번 검토하게 만드는 중요한 이유이다. 온실효과에 대한 개요를 아래에서 설명하고자 한다.

지구의 온도는 태양으로부터 지구로 들어오는 복사에너지와 지구에서 우주로의 복사에너지 사이에 구축된 평형의 결과이다. 지구에서 방사되어 나가는 복사에너지는 지구 대기의 존재와 지구의 대기의 조성에 큰 영향을 받는다. 달에서처럼 지구에 만약 대기가 없다면 지표면의 평균온도는 약 -18℃가 된다. 그러나 대기 중에 270 ppm 수준에 이르는 이산화탄소(CO2)은 밖으로 나가는 복사에너지를 흡수하고, 이 에너지를 대기 중에 보존하여 지구를 덥힌다. 대기는 지구의 온도를 달에서의 온도보다 33 ℃ 높은 평균 약 15℃가 되게 한다. 이산화탄소는 13~19 μm의 파장 밴드를 강하게 흡수하고, 또 다른 대기 가스인 수증기는 4~7 μm 파장 대역의 빛을 강하게 흡수한다. 밖으로 빠져나가는 대부분(70%)의 복사에너지는 파장 7~13 μm 사이의 틈새를 통해서 빠져나간다.

 

인간의 활동으로 인간이 발생시키는 "anthropogenic 가스“가 대기로 점차 많이 배출되는데, 이 가스들은 7~13 μm의 파장 범위를 흡수하는데, 특히 이산화탄소, 메탄, 오존, 질소 산화물과 염화불화카본(chlorofluorocarbons : CFC's)이 그러하다. 이들 가스들은 정상적인 에너지의 방출을 막아 잠재적으로 지구의 온도를 상승시킬 수도 있다. 현재의 제반 증거들을 보면 2030년까지 이산화탄소의 농도는 배로 증가하고 지구의 온도를 1~4℃ 상승시키게 된다는 것이다. 이렇게 되면 바람과 강우 패턴에 변화를 가져와 그 결과 대륙의 안쪽에는 가뭄을 가져오고 바다의 높이는 올라가게 될 수도 있다는 것이다. anthropogenic 가스의 배출이 더 증가하게 되면 더 심각한 결과를 초래하게 됨은 당연하다.

< Fig01. 평균 온도(적색)와 함께 대기 중의 이산화탄소 농도(청색 )의 연관성 >

 

당시 지구 온난화가 추세인지 혹은 하나의 통계상의 변동에 의한 것인지 많은 논의가 있었다. 평균 온도는 통계의 평균 수준으로 다시 내려갈 것이라는 희망이 있었다. 아래 그래프와 같이 중간 중간에 지구의 온도가 지속적으로 올라간 것을 볼 수 있다.

 

< Fig02. 지표면의 평균온도 >

 

분명 , 인간의 활동은 이제 지구의 환경에 영향을 미치고, 그것이 인간의 관심을 끄는 상황에까지 이르렀다. 부작용은 파괴적으로 나타날 수 있어 앞으로는 환경 영향이 작고 온실 가스 배출이 없는 기술이 점차 중요해 질 것이다. 화석연료의 연소에 의하여 에너지가 가장 중요한 온실가스 생산 분야가 되므로 화석연료를 대체할 수 있는 태양광과 같은 기술의 사용이 증대되어야 한다.