🔴 태양광발전 원리
- 태양에너지(빛)를 반도체로 구성된 태양전지를 이용해 전기에너지로 변환
- 모듈이 빛을 흡수하면 표면에서 전자가 생겨 전기가 발생하도록 하는 광전자효과를 기본원리로 함
- 태양열발전 : 태양열로 물을 끓여 전력 생산
🔴 구성
- 주요소자는 태양전지 모듈, 인버터 및 구조물로 구성
▷ 태양광발전모듈과 어레이
- 태양전지(cell)는 모듈의 최소단위. 태양전지는 폴리실리콘으로부터 잉곳과 웨이퍼로 가공 한 후 생성되어 이를 모듈화한 것이 태양광모듈. 이 모듈을 다수 이어서 용도에 맞게 만든 것이 어레이(Array)라고 한다.
- 각 산업별 사업체
1) 폴리실리콘 : 동양제철화학, KCC, LG화학, 한화석유화학(추진)
2) 잉곳/웨이퍼 : 실트론, 네오세미테크, SKC
3) 태양전지(셀) : 한화, LG전자, 미리넷솔라, KPE
4) 모듈 : 현대중공업, LG전자, 한화, LS산전, 한솔, 신성
5) 시공/서비스 : 현대중공업, LS산전, LG솔라에너지, 효성
▷ 인버터
- 태양광발전용 전력변환장치는 태양전지어레이로부터 발생된 직류전력을 상용주파수, 전압의 교류로 변환하여 전력계통에 연계함과 동시에 시스템의 직류, 교류 측의 전기적인 감시 보호를 하며, 태양전지 본체를 제외한 주변장치 중에서 신뢰성 항상과 가격저감에 중요한 부분
▷ 구조물
- 모듈을 지지하는 것을 목적으로 설치하는 기중, 받침등
- 어레이를 지지하거나 태양의 위치에 따라 움직여 효율을 극대화 시킴
🔴 태양광전지와 모듈
▷ 태양전지
- 태양광에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체화합물 소자이며 실리콘이 가장 많이 활용
- 실리콘이 반도체산업에서 가장 많이 사용되는 이유는 지구상에서 두번째로 보편화된 화학물질이고 석영 모래로부터 얻을 수 있기 때문
- 전자부품이나 태양광전지에 사용할 수 있는 것은 고순도의 실리콘을 회수하여야 함
- 결정상태에 따른 태양광전지 분류
1) 단결정 실리콘 태양광전지 : 가장 비쌈
2) 다결정 실리콘 태양광전지
3) 비정질 실리콘 태양광전지
- 현재 결정계 태양광전지들의 두께는 약 200㎛로 제작하며 기계적 강도를 만족시키며, 태양광전지 표면에
조사되는 일사량을 충분하게 흡수
- 비정질계는 광에너지의 흡수율이 더 우수하기 때문에 태양광전지로 수 마이크론미터의 두께로 제작 가능
- 비정질계는 장시간 사용시 점차 퇴화가 빨라져서 효율이 감소되는 단점이 있슴
▷ 태양전지의 구조 및 원리
- 단결정 실리콘 태양전지의 경우 : 실리콘에 5가의 원소들인 인, 비소, 안티몬 등을 합침시켜 만든 p형 반도체로 이루어진 p-n 결합구조
- p형 반도체와 n형 반도체가 하나의 단결정으로 접합이 되면 불순물의 농도차에 의하여 n반도체의 잉여전자가 p형의 반도체로 확산해가고, 반대로 정공(hole)은 p형에서 n형으로 확산한다
- p형 반도체의 전도대내에 있는 전자의 에너지는 n형보다 좁아지고 n형 반도체의 가전지대에 있는 정공이 갖는 에너지는 p형 반도체보다 높아지게 됨으로써 내부 전위차가 발생
▷ 태양전지의 종류
- 시장의 약 90%를 차지하고 있는 단결정 및 다결정 실리콘계열
- 최근에는 카드뮴 텔러라이드(CdTe)와 카파인디움다이셀레나이드(CulnSe2:CIS) 반도체들도 활용
- 단결정 실리콘이 가장 비싸며 효율이 높음
- 비정질실리콘 계열은 가격은 낮으나 효율이 떨어지는 단점
- 염료감응 방식이 실리콘 태양전지에 비해 효율은 낮지만 가격을 5분의 1 정도로 낮출 수 있고 흐린 날에도 사용할 수 있는 점, 유연하고 반투명하게 만들 수 있어 건축물, 모바일 기기 등에 다양하게 사용할 수 있는 것이 장점(전자신문 6/20)
▷ 태양광모듈의 종류
- 한 개의 태양전지는 0.6V 전압과 3A 이상의 전류를 생성
- 적정한 전압과 전류를 생성하기 위하여 여러개의 태양전지를 서로 연결하고 외부환경으로부터 보호하기 위하여 충진재, 유리 등과 함께 압축한 것이 모듈
- 일반태양전지 모듈, 건자재일체형 태양전지 모듈(BIPV)로 구분되며, 태양전지에 따른 분류는 위에 참조
- 최근 반투명 태양전지 모듈, 컬러 태양전지 모듈 등이 소개
- 박막태양전지 모듈의 경우 반사방지막이 없기 때문에 다양한 컬러의 모듈을 제작할 수는 없지만 기판의 형태에 따라서 휘어지는 태양전지 모듈의 제작이 가능
🔴 태양광발전시스템의 종류
▷ 계통연계형(Grid Connected System)
- 태양광으로 발전된 직류 전기 에너지를 인버터에 공급하여 사용 전력으로 변환시켜 안정된 전원을 수요자에게 공급하는 시스템
- 계통과 연계가 가능하게 하여 야간이나 태양광 발전 전력이 부족할 경우 계통 전압을 유입하여 사용하게 하고 잉여전력이 발생할 경우 계통 전원으로 역 전송하도록 하는 방식
- 가정 및 일반 건물 전원용, 태양광 발전소용 등으로 사용
▷ 독립형(Stand Alone System)
- 야간이나 태양광이 적을 때 전력을 공급하기 위한 축전 설비를 갖추고 있어, 태양광 발전이 가능한 기간 동안 축전지에 전력용 전력을 저장하였다가 사용하는 방식
- 태양광이 적은 날이 장기화되거나 시스템 고장 등의 문제시 보조용으로 디젤 발전기 및 풍력 발전기를 갖춘 복합 발전(Hybrid) 시스템으로 활용 가능
- 산간 지역 및 도서 지역 발전소용, 해양기지 전원용, 등대 전원용, 원거리 통신 기지 전원용 등
🔴 발전방식
▷경사고정식
- 가장 보편적으로 활용되고 있는 방식, 가장 견고한 방식
- 태양전지판을 연중 평균적으로 가장 잘 채광할 수 있도록 방위각과 양각을 산정한 후 전체 어레이를 고정
- 방위각은 설치장소의 위도와 같은 각도를 유지하도록 설정하는 것이 보통
- 그러면 국내의 경우 춘분과 추분에 전력발생이 최대가 됨
- 낮은 설치투자비, 좁은 설치면적과 적은 유지비용이 장점, 5평/kW
▷ 경사변동형
- 계절에 따른 태양 고도의 변화에 따라 어레이의 경사를 달리하여 계절마다 전력발생이 최대가 되게 함
- 계절에 따른 태양 고도 변화에 맞춰 경사각을 적절하게 조절
- 대략 연평균 4-5% 정도의 발전량 증대 예상
▷ 단축추적형
- 태양광의 하루 이동 경로를 동서로 쫓아가는 시스템으로 입지에 따라 경사고정형 보다 약 10-15%정도 발전량 증대
- 수평형 단축추적형 : 회전축의 방향에 따라서 남북을 축으로 하고 동서로 회전, 부지면적 8-9평/kW
- Azimuthal Tracking : 양각을 고정시킨 채 방위각을 변동, 부지면적 13평/kW
▷ 양축추적형
- 태양빛이 있는 동안에는 계절과 시간에 상관없이 방위각과 양각을 지속적으로 변화시켜, 태양빛을 최대로 입사
- 경사고정형에 비해 25-35%, 국외의 경우 최대 48%까지 발전량 증대
- 투자비가 많이 들고, 설치면적이 경사고정형에 비해 4배
▷ 건물 일체형 태양광발전 시스템(BIPV : Building Integrated PhotoVoltaic)
- 건물 외피에 건자재용으로 태양광발전시스템을 설치하여 건물자재와 더불어 태양광발전을 할 수 있는 시스템
- 경제성의 이유로 아직 활성화되지 않은 상태, 정부 주도의 프로젝트들을 시초로 시장성이 확대될 전망