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태양광 이용기술

태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술

햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식


태양광 발전시스템은 태양전지(Solar Cell)로 구성된 모듈(module) 과 축전지 및 전력변환장치로 구성됨


태양전지에 의한 발전원리

태양전지(太陽電池: solar cell, solar battery)
  • 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것
  • 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있음

광전지(光電池)
photocell
빛에너지를 전기에너지로 변환하는 장치
광전효과(光電效果)
photoelectric effect
일반적으로 물질이 빛을 흡수하여 자유로이 움직일 수 있는 전자, 즉 광전자(光電子)를 방출하는 현상
광기전력(光起電力)
photoelectro-motive force
반도체에 빛을 조사했을 때 발생하는 전압
반도체(半導體) semiconductor 전기전도(電氣傳導)가 전자(電子:electron)와 정공(正孔:hole)에 의해 이루어지는 물질로서 그의 전기저항률 즉 비저항(比抵抗)이 도체와 절연체 비저항값의 중간값을 취하는 것. 반도체의 재료로서는 실리콘, 갈륨비소, 황화카드뮴이 또는 이것들을 복합한 것이 있으나 보통 실리콘이 많이 사용됨


PN접합에 의한 발전원리
  • 태양전지는 실리콘으로 대표되는 반도체이며 반도체기술의 발달과 반도체 특성에 의해 자연스럽게 개발됨
  • 태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와 P(positive)형의 반도체를 접합시킨 구조를 하고있으며 2개의 반도체 경계부분을 PN접합(PN-junction)이라 일컬음
  • 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에의해 반도체내에서 정공(正孔:hole)(+)과 전자(電子:electron)(-)의 전기를 갖는 입자(정공과 전자)가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지속을 움직이게 되지만, 전자(-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면과 됫면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는 데 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리임





태양전지의 역사

1839년 E.Becquerel(프랑스)이 최초로 광전효과(Photovoltai ceffect)를 발견
1870년대 H. Hertz의 Se의 광전효과연구이후 효율 1~2%의 Se cell이 개발되어 사진기의 노출계에 사용
1940년대∼1950년대초 초고순도 단결정실리콘을 제조할 수있는 Czochralski process가 개발됨
1954년 Bell Lab.에서 효율 4%의 실리콘 태양전지를 개발
1958년 미국의 Vanguard 위성에 최초로 태양전지를 탑재한 이후 모든 위성에 태양전지를 사용
1970년대 Oil shock이후 태양전지의 연구개발 및 상업화에 수십억 달러가 투자되면서 태양전지의 상업화 급진전
현재 태양전지효율 7∼17%, 수명 20년 이상, 모듈가격 $6/W 내외, 발전단가 $0.25∼0.5/kWh


태양광의 특징 및 시스템 구성

장점 단점
  • 에너지원이 청정·무제한
  • 필요한 장소에서 필요량 발전가능
  • 유지보수가 용이, 무인화 가능
  • 장수명(20년 이상)
  • 전력생산량이 지역별 일사량에 의존
  • 에너지밀도 낮아 큰 설치면적 필요
  • 설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가
  • 초기투자비와 발전단가 높음



태양광발전 기술의 분류

태양전지(solar cell, solar battery)
  • 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질실리콘, 화합물 반도체 등으로 분류



시스템이용
  • 독립형, 계통연계형, 복합발전형