태양광:신.재생에너지원 중에서 태양광에 대해 설명합니다.

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개요

태양광 이용기술

  • 태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술
    - 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 사용한
    것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있음

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 하고
    있으며 2개의 반도체 경계 부분을 PN접합(PN-junction)이라 일컬음
  • 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는
    에너지에 의해 반도체내에서 정공(正孔:hole)(+)과 전자(電子:electron)(-)의 전기를 갖는 입자(정공, 전자)가
    발생하여 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이지만, 전자(-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)은 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 원리

PN접합에 의한 태양광 발전의 원리

  1. 발전원리 1단계:P형과 N형 두 실리콘 반도체 층이 형성되는 태양전지의 구조

    대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘에
    보론(boron:붕소)을 첨가한 P형 실리콘반도체를
    기본으로 하여 그 표면에 인(phosphorous)을 확산시켜
    N형 실리콘 반도체층을 형성함으로서 만들어짐
    이 PN접합에 의해 전계(電界)가 발생함

  2. 발전원리 2단계:태양전지에 빛 입사

    이 태양전지에 빛이 입사되면 반도체내의 전자(-)와
    정공(+)이 여기되어 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 됨

  3. 발전원리 3단계:전류발생

    자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에
    들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 정공(+)은
    P형 반도체에 이르게 됨
    P형 반도체와 N형반도체 표면에 전극을 형성하여
    전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생됨

태양전지의 역사

  • 1839년

    E.Becquerel(프랑스)이 최초로 광전효과(Photovoltaic effect)를 발견

  • 1870년대

    H. Hertz의 Se의 광전효과연구 이후 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 상업화가 급진전

  • 현재

    태양전지효율 15% 이상, 수명 20년 이상, 모듈가격 $1/W 내외

태양광의 특징 및 시스템 구성도

특징

태양광의 특징
장 점 단 점
  • 에너지원이 청정·무제한
  • 필요한 장소에서 필요량 발전가능
  • 유지보수가 용이, 무인화 가능
  • 긴수명(20년 이상)
  • 전력생산량이 지역별 일사량에 의존
  • 에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요
  • 설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가
  • 초기투자비와 발전단가 높음

태양광발전 시스템 구성도

전신주의 고압배전선을 통해 계통된 전력은 건축물의 옥외개폐기, 전력량계, PCS(인버터), 분전반, 연계보호장치, 부하, 태양전지어레이 시스템에 연계되어 냉장고와 세탁기 등 사용을 가능하게 함.

셀 구조의 모듈은 지붕에 설치되는 태양전지 어레이 시스템을 구성함.

태양광발전 기술의 분류

  • 태양전지(solar cell, solar battery) : 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등으로 분류

    태양전지의 상세 분류

    • Si계 태양전지
      • 결정질 Si

        기판형(단결정:Single Crystalline Si, 다결정:Poly-Crystalline Si), 박막형(Poly-Crystalline Si Thin Film)

      • 비결정질 Si 박막(a-Si Thin File)
    • 화합물 반도체 태양전지
      • Ⅱ-Ⅵ족:CdTe, CIS등
      • Ⅲ-Ⅴ족:GaAs, InP, InGaAs 등
      • 기타:Quantum Dot Cell, Dye Cell등
  • 시스템이용 : 독립형, 계통연계형, 복합발전형

담당부서 및 연락처

신재생에너지센터 신재생에너지육성실

  • [태양광발전 품목 KS인증(모듈, 인버터 등)] 이상철(031-260-4660), 이수만(031-260-4659), 윤수현(031-260-4657)
  • 신재생에너지센터 신재생에너지육성실

  • [태양광발전 주택지원] ] (정)신선희(031-260-4673), (부)박미선(031-260-4674)
  • [태양광발전 건물지원] (팀장)이영재(031-260-4690), (정)장은혜(031-260-4691), (부)이유경(031-260-4676)
  • 신재생에너지센터 신재생에너지육성실

  • [태양광발전 발전사업(RPS, REC, 가중치 등) 관련 홈페이지로 이동]

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