1.태양광 에너지와 태양광 발전
태양은 지구의 1백9배크기로 이곳으로부터 1억5천만km떨어진곳에 위치해 수소 73%,
헬륨 24%로이뤄진 기체덩어리로서 초당 3.8 x 10의 23승kW의 에너지를 우주에 방출하는 거대한 화염입니다.
지구는 태양으로부터 지표면 1m2당 7백W의 에너지를 받게 되는데, 이는 다시 말해 지구전체에 도달하는 태양에너지의 양이
태양자신이 방사하는 에너지량의 22억분의 1이고 그 에너지량 (1.2 x 1014kW)은 전 인류의 소비 에너지량 (1.2 x
1010kW)의 약 1만배에 달하는 것입니다. 이처럼 태양에너지는 무한하며 깨끗할 뿐만 아니라 어디서나 이용 가능한 유일한
에너지원입니다.
아직까지 전세계적으로 태양 에너지 연구는 주택의 난방 및 급탕 시스템, 온수기, 농·수산물 건조기, 저가 집열기 및 소규모
태양광 발전 등이 주류를 이루고 있으며, 태양열 발전에 관한 연구는 발전에 필요한 고온 획득 방법과 고온 재료 개발 등이 문제가
되어 큰 진전을 보지 못하고 있었습니다. 그러나 지난 '80대 중반 미국에서 10 MW급의 태양광 발전 시스템의 실용화가
이루어진 이후 각국에서집중적인 개발 투자를 계속하고 있어 2000년대에는 가장 강력한 태양 에너지 이용 방법으로 광범위하게
보급될 전망이며, 향후 고갈되어지고 단가상승 및 환경의 위협적인 화석에너지의 대체 할 중요 에너지원이라 할 수 있습니다.
2. 태양전지의 원리
태양전지(solar cell)는 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 태양광모듈은 여러 개의 태양전지로 구성되어 있습니다. 태양전지는 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등으로 분류합니다.
이 중에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 결정질 실리콘 태양전지의 원리는 다음과 같습니다. 태양전지는 전기적 성질이 다른
n형 반도체와 p형 반도체를 접합(이를 pn접합이라고 함)시켜놓은 것으로, pn접합은 접합부분에 전기장이 생겨
전자(electron)를 n형 반도체 쪽으로 끌어당기는 성질이 있습니다. 일반적으로 전자는 원자핵(nucleus)의 인력에
묶여있기 때문에, pn접합이 이루어졌다고 해서 무조건 전자가 이동하는 것은 아닙니다.
하지만 태양전지가 충분한 빛에너지를 받으면 고체 내부의 전자가 에너지를 받아 원자핵의 인력에서 벗어나 자유롭게 이동할 수
있는 자유전자(free electron)가 됩니다. 이를 광전효과(photoelectric effect)라고 하는데, 이렇게
원자핵의 구속에서 벗어난 자유전자들은 pn접합의 원리에 따라 n형 반도체 쪽으로 이동하게 되고, 이 전자의 흐름이 곧 전류가
되는 것입니다.
* 태양광 발전 시스템의 장점
일반적인 태양광 발전 시스템은 수요자에게 항상 필요한 전지를 공급하기 위하여 모듈을 직·병렬로 연결한 태양전지
어레이(array)와 전력 저장용 축전지(storage battery), 전력 조정기(powercontroller) 및 직·교류
변환장치(inverter)등의 주변장치로 구성됩니다. 무한정, 무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 불필요하고,
대기오염이나 폐기물 발생이 없으며, 발전 부위가 반도체 素子(소자)이고 제어부가 전자 부품이이로 기계적인 진동과 소음이 없으며,
태양 전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고 발전 시스템을 半(반)자동화 또는 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지 관리에
따른 비용을 최소화 할 수 있는 장점을 지니고 있다.
