Photovoltaics/Research/ko

태양광 모듈(그림 1) 과 같은 대체 에너지 기술은 전 세계적으로 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 2008년에 처음으로 대체 에너지 원에 대한 전 세계 투자가 화석 연료보다 더 많은 투자자를 유치하여 석유, 천연 가스 및 석탄에 대한 1,100억 달러의 신규 투자에 비해 순 자본이 1,550억 달러 증가했습니다. 태양광 발전만으로 2004년에 전 세계적으로 65억 달러의 수익을 창출했으며, 2010년에는 185억 달러의 수익이 예상되어 거의 3배가 될 것으로 예상됩니다.

대체 에너지 기술은 오염과 지구 기후 변화 에 대한 인식과 우려가 커지면서 전 세계적으로 점점 더 인기를 얻고 있습니다 . 대체 에너지 기술은 지구에 미치는 환경적 영향이 적은 출처에서 유용한 에너지를 얻을 수 있는 새로운 옵션을 제공합니다. 하지만 얼마나 덜할까요?

실리콘 기반 태양광 발전의 순 에너지 분석에 대한 이전에 발표된 리뷰 ^{[ 1 ]} 에서는 모든 유형의 실리콘(비정질, 다결정 및 단결정) 기반 PV가 생산에 사용된 것보다 수명 동안 훨씬 더 많은 에너지를 생성한다는 것을 발견했습니다. 모든 최신 실리콘 PV는 매우 최적이 아닌 배포 시나리오에서도 5년 이내에 에너지 측면에서 자체 비용을 회수합니다.

이 기사에서는 실리콘 태양광(PV) 패널의 생산과 수명 동안의 사용에 따른 모든 환경 영향에 대해 살펴봅니다.

이것은 지리적 자원 분석 지원 시스템 (GRASS) 의 유틸리티 중 하나인 모듈 r.sun 의 용량과 기능에 대한 조사입니다 . 동남부 온타리오를 사례 연구로 사용하여, 반사율의 시간적 및 공간적 변화를 포함한 일사량을 계산하여 해당 지역의 대규모 태양광 PV 농장 개발을 위한 신뢰할 수 있는 태양 에너지를 출력했습니다.

연구의 전체 텍스트는 여기에서 볼 수 있습니다: HT Nguyen 및 JM Pearce, " r.sun 및 오픈 소스 지리적 자원 분석 지원 시스템을 사용한 잠재적 태양광 수율 추정 " Solar Energy 84 , 831-843쪽, 2010. 무료 액세스

주어진 응용 분야에 가장 적합한 재생 에너지 유형을 결정하려고 할 때 - 열역학이 우리의 가이드가 되어야 합니다. 구체적으로, 엑서지는 사용 가능한 에너지, 즉 유용한 에너지이며, 장점 수치가 되어야 합니다. 이 논문에서는 엑서지를 사용하는 세 가지 유형의 태양 에너지 시스템을 비교하여 미국에서 태양 에너지에 대한 일반화 가능한 결론을 도출합니다.

에너지 수요가 계속 증가함에 따라 에너지 공급의 미래에 대한 논쟁도 커지고 있습니다. 따라서 핵 기술은 종종 에너지 용량, 수명 주기 , GHG 배출량 및 경제적 성과를 비교하여 태양광 발전(PV) 기술과 같은 재생 에너지 원과 대립합니다 . 특히 경제적 주장은 왜곡되고 핵 산업에 대한 보조금으로 크게 정의됩니다. 이는 직접 및 간접 보조금의 형태일 수 있습니다. 우리의 초점은 핵 보험 책임 보조금과 같은 간접 보조금의 효과를 평가하고 동일한 규모의 보조금이 대신 태양 광 발전 산업으로 전환된 경우 에너지 수익을 비교하는 것이었습니다.

이 프로젝트에서는 어레이 규모 태양 광 발전 (PV) 설비 에서 플래너 집광기의 연간 성능에 미치는 영향을 조사합니다 . 열 수집기용 플래너 집광기는 광범위하게 연구되었으며 에너지 수율을 크게 증가시키는 것으로 나타났습니다. 일부 연구에서는 PV 시스템에 적용된 플래너 집광기를 살펴보고 일사량 증가를 극대화하기 위한 최적의 반사판 및 패널 각도를 분석했습니다. 이러한 연구에서는 이론적 및 실험적 성능이 20~30% 증가했습니다. 그러나 지금까지 이러한 시스템과 관련된 손실 메커니즘은 완전히 이해되지 않았으며 이러한 손실을 설명하기 위해 저농도 시스템을 최적화하는 방법을 결정하기 위한 작업이 수행되어야 합니다.

그리드 연결 발전 애플리케이션에 대한 태양광 PV 구현은 이 기술이 풍부하고 환경 친화적인 에너지원을 제공할 수 있다는 인식으로 인해 빠른 속도로 증가하고 있습니다(연간 약 40% 성장). 현재 PV 구현 패턴은 태양열 자원이 극대화되는 이상적인 적도 지역이 아닌 다양한 위도에서 이루어집니다. 사실, 2010년에 전 세계적으로 설치된 PV의 70% 이상이 40⁰ 이상의 위도에서 이루어졌습니다.

이러한 위도에서 기존의 고정 기울기 PV 어레이는 남향 PV 패널을 포함하는 여러 개의 동서 행으로 구성됩니다. 낮은 태양 고도(아침과 밤) 기간 동안 행 간 음영을 최소화하기 위해 이러한 행은 북쪽에서 남쪽 방향으로 간격을 둡니다. 그러나 태양 잠재력이 가장 큰 시간(태양 정오)에는 이 행 간격이 조명되고 에너지가 완전히 활용되지 않습니다. 플래너 집광기를 사용하면 이러한 사용되지 않은 에너지를 PV 패널에서 포착할 수 있습니다.

우리는 배열 규모 PV 설비에서 평면 집광기를 모델링하기 위한 이론적 프레임워크를 만들었습니다. 이 모델은 저농도 PV 시스템의 정보에 입각한 설계를 허용하기 위해 열, 입사각, 반사율 및 스트링 불일치를 포함한 이 시스템의 손실 메커니즘을 철저히 고려합니다. 이 모델을 사용하여 캐나다에서 사례 연구를 수행했고 시뮬레이션 결과에 따르면 기존 결정질 실리콘 PV 농장에 설치된 평면 반사기 시스템이 전기 수율을 23%-34% 증가시킬 수 있습니다. ^{[ 2 ]}

우리의 목표는 북미에서 가장 뛰어난 PV 테스트 베드 중 하나이자 최첨단 야외 테스트 시설인 지속 가능 에너지 응용 연구 센터 (SEARC)에서 추가 실험 작업을 수행하여 모델의 정확성을 증명하는 것입니다. 실험 작업에서는 결정질 및 비정질 실리콘 PV 패널에서 손실 메커니즘과 이를 고려하여 전력 출력을 최적화하는 방법을 살펴볼 것입니다. 마지막으로, 이 연구는 농도가 높은 패널의 자세한 온도 모니터링을 통해 모델을 검증하고 PV 성능을 개선할 뿐만 아니라 실리콘 기반 PV 모듈의 저농도에 대한 보증 무효 조항을 제거하는 데 필요한 데이터를 제공하기를 바랍니다.

태양 광 전지 시스템은 에너지 집약적인 생활 수준을 유지하는 가장 유망한 수단 중 하나입니다. ^{[ 3 ]} 오픈 액세스 캐나다, 특히 온타리오가 태양광 개발에 훨씬 더 많은 초점을 맞추면서 눈 덮임이 태양 에너지 수확량에 미치는 영향에 대한 큰 관심과 우려가 있습니다. 소규모 주거용에서 대규모 멀티 MW 벤처에 이르기까지 개발자는 눈이 다양한 유형의 패널 성능과 래킹 각도 최적화에 미치는 영향에 관심을 갖고 있습니다. 눈의 영향을 정량화하려는 포괄적인 연구는 거의 수행되지 않았으며 눈 관련 손실에 대한 보편적으로 적용 가능한 추정치를 제공하는 연구는 없습니다. 따라서 이 연구의 첫 번째 목표는 눈이 PV 성능에 미치는 영향을 더 잘 이해하고 이러한 손실을 줄이기 위한 몇 가지 권장 사항을 제공하는 것입니다.

이에 대응하여 온타리오 기후에서 상업용 PV 패널의 실제 성능을 조사하는 프로젝트가 시작되었습니다. 따라서 Queen's Applied Sustainability Group(ASG)과 St.Lawrence Sustainable Energy Applied Research Centre(SEARC)의 협업으로 대규모 야외 테스트 사이트가 위탁되어 일년 내내 PV 성능에 대한 매우 정확하고 실용적인 데이터를 제공합니다. 이 사이트는 원래 Queen's Applied Sustainability 그룹에서 위탁하고 Sustainable Energy Technologies 에서 후원한 Queen's Innovation Park 테스트 사이트에 추가로 사용되고 있습니다 . 산업에 실용적인 정보를 제공하고 고급 PV 시스템 설계 연구를 위한 테스트 플랫폼을 제공하는 것 외에도 이 시스템은 St.Lawrence College의 ESAT 프로그램 커리큘럼에 통합되어 차세대 PV 설치자 및 개발자를 교육하는 데 도움이 될 것입니다.

이 프로젝트에서 수집된 데이터는 다양한 각도로 설정된 어레이에 대한 강설로 인한 연간 손실을 예측하는 모델을 개발하는 데 도움이 될 것입니다. 이 정보를 통해 개발자는 북부 기후에 태양광 어레이를 설치할 때 보다 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다. 또한 개발 중인 테스트 기능은 향후 패널 성능에 대한 실제적인 실외 평가에 적용할 수 있습니다.

많은 연구에서 과학자들은 사용 가능한 지붕 면적의 함수로서 건물 통합 태양광 ( BIPV ) 잠재력 을 얻는 방법을 결정했습니다 . 그러나 지붕 면적은 일반적으로 변수로 남겨두는데, 세계 대부분 지역에서 사용 가능한 직접적인 지붕 면적 데이터가 없기 때문입니다. 다양한 모델링 기술은 몇 개의 건물 또는 아마도 대학 캠퍼스로 구성된 샘플에 대한 사용 가능한 지붕 면적을 결정할 수 있습니다. 그러나 넓은 지역의 BIPV 잠재력을 추정하려면 이러한 기술이 너무 노동 집약적입니다. 그러나 이 정보는 도시 지역, 건물 및 인구 밀도에 대한 데이터와 도시 지역의 항공 사진 또는 위성 이미지 분석을 결합하여 대규모로 근사할 수 있다고 생각됩니다.

이는 스페인의 사라고사 대학과 LITEC의 Izquierdo, Rodrigues, Fueyo가 완료했습니다(아래에서 기사 제공). 이 연구의 목적은 캐나다 온타리오주 남동부 지역에 적용할 수 있는 방법론을 사용자 정의하는 것입니다. Visual Learning Systems의 Feature Analyst GIS 확장 프로그램을 사용합니다.

이 작업은 퀸스 에너지 및 환경 정책 연구소 와 협력하여 진행되고 있습니다 .

태양광 발전(PV) 기술은 도시의 증가하는 세계 인구에게 지속 가능한 전력을 제공할 수 있지만 상당한 토지 면적이 필요합니다. 이는 인구 밀도가 높은 도시에 대한 과제입니다. 그러나 비생산적인 주차장 지역의 좌초된 자산은 PV 캐노피가 있는 태양광 농장으로 전환하여 자동차 주차 기능을 유지하면서도 지속 가능한 전기 생산이 가능합니다. 이 연구는 전국 규모의 소매 회사의 주차장 지역을 태양광 농장으로 전환하는 기술적, 경제적 잠재력을 결정하는 방법을 제공합니다. 먼저 회사의 주차장 지역을 결정하고 가상 맵을 사용하여 태양 플럭스를 기준으로 구역으로 나눕니다. 그런 다음 각 구역의 잠재적 PV 수율을 계산합니다. 설치된 단위 전력당 가격, 변환 효율의 대리로서 태양광 에너지 생산, 전기 요금 및 단위 면적당 수익에 대한 민감도 분석을 수행합니다. 이 방법을 보여주기 위해 미국 월마트 슈퍼센터에 대한 분석을 사례 연구로 제시합니다. 연구 결과에 따르면 주차장 구역에 태양광 캐노피를 설치하는 것은 대부분 지역에서 수익성이 있을 뿐만 아니라 책임감 있는 조치이며, 태양광 PV 캐노피를 사용하는 다른 유사한 소매업체도 도시에서 지속 가능한 에너지를 배포할 상당한 잠재력이 있습니다.

• 월마트 주차장에 PV 옥상 시스템 설치의 경제적 영향 - 문헌 검토

그리드 연결형 태양광 발전(PV) 시스템은 중소기업(SME)이 현재 미국에서 그리드 전기에 지불하고 있는 것보다 저렴한 전기를 사용할 수 있게 합니다. 이러한 경제적 현실은 분산형 발전(DG)의 수익성을 낮추기 위해 요금 구조를 조작하고 서비스 영역에서 DG에 임의의 상한을 두기 시작한 기존 전기 회사를 위협합니다. 중소기업은 태양광, 배터리 및 발전기 하위 시스템으로 구성된 하이브리드 캡티브 전력 시스템으로 그리드를 이탈할 수 있다면 전기 비용을 줄일 수 있습니다. 이 논문은 자가 발전을 가능하게 하기 위해 상업 부문에 배치된 하이브리드 태양광 시스템의 기술적, 경제적 타당성을 분석합니다. 구체적으로, 처음으로 북부 미국 중소기업의 세 가지 사례 연구에 대한 그리드 이탈의 경제성을 분석합니다. 이 사례는 긴 어두운 겨울로 인해 기술적으로는 어려운 사례이지만 공공 서비스 비용도 높습니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 그리드 이탈은 태양광 하이브리드 시스템의 모든 구성 요소에 대한 현재 가격으로 중소기업에 이미 실행 가능하다는 것이 분명합니다. 이러한 결과는 규모, 부하 프로필 및 공공 서비스 요금에 따라 일관되었습니다. 이러한 경제 전망에는 정부 인센티브나 보조금이 포함되지 않았으므로 특정 사례 연구에 대해 매우 보수적인 것으로 간주될 수 있습니다. 이 지역과 유사한 실적 지역에서 유틸리티 데스 스파이럴의 가능성을 피하기 위해 전기 유틸리티에 대한 정책 변경이 논의됩니다.

전체 제목: 캐나다의 대규모 박막 태양광 발전 제조에 대한 정부 지원에 대한 재정적 수익.

초록: 온타리오 주 정부는 태양광 발전(PV) 에너지 변환이 사회 복지를 저해하는 지구 환경에 대한 부정적인 인위적 영향을 줄이는 동시에 사회의 에너지 수요를 충족시키는 솔루션이라는 것을 인식함에 따라 PV에 대한 재정적 인센티브를 지원하는 정책 및 자금 지원 프로그램을 생성하기 시작했습니다. 이 논문(아래 출판물)은 연간 1GW 턴키 비정질 실리콘 PV 제조 공장에 대한 투자에 대한 재무 분석을 제공합니다. 지방 정부와 연방 정부 모두에 대한 재정적 혜택은 다음과 같이 정량화되었습니다. i) 전체 건설 보조금, ii) 건설 보조금 및 판매, iii) 일부 건설 보조금, iv) 공공 소유 공장, v) 건설에 대한 대출 보증, vi) 소득세 면제. 정부의 수입은 다음에서 파생됩니다. 세금(개인, 법인 및 판매), 온타리오의 패널 판매, 석탄 화력 발전 상쇄와 관련된 건강, 환경 및 경제적 비용 절감. 두 정부 모두 12년도 채 안 되는 기간에 이러한 투자에서 긍정적인 현금 흐름을 누렸고, 많은 시나리오에서 두 정부 모두 1억 달러에서 24억 달러에 이르는 투자에서 8% 이상을 벌어들였습니다. 결과는 온타리오와 캐나다 연방 정부 모두 대규모 PV 제조를 지원하기 위해 공격적인 재정 정책을 시행하는 것이 재정적으로 가장 이익이 된다는 것을 보여주었습니다.

출처: K. Branker 및 JM Pearce, " 캐나다의 대규모 박막 태양광 제조에 대한 정부 지원에 대한 재무 수익 ", 에너지 정책 38, pp. 4291–4303(2010). 무료 액세스

이 페이지는 대규모 태양광 광전지 제조 공장의 산업적 공생을 탐구하는 Michigan Tech의 Open Sustainability Technology Research Group 프로젝트의 일부입니다. 전통적으로 분리된 산업을 재료, 에너지, 물 및 부산물의 물리적 교환에 결합함으로써 환경에 미치는 영향을 줄이는 동시에 회사에 경제적 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다. 자세히 알아보세요 .
광전지 제조의 산업적 공생 - 전반적인 그림 * 유리+PV 공장 * 실란 재활용 * 유리+온실더 읽어보세요...

태양광 광전지 (PV) 셀은 예상되는 엄청난 미래 에너지 수요에 대한 기술적으로 지속 가능한 솔루션을 제공합니다. 이 프로젝트는 산업 공생을 활용하여 규모의 경제를 얻고 태양광 PV 셀의 제조 효율성을 높여 태양광 전기가 화석 연료 전기와 경제적으로 경쟁할 수 있도록 하는 방법을 모색합니다.

생태 산업 단지는 그림 1에서 볼 수 있듯이 최소 8개의 공생 공장으로 구성되도록 설계되었습니다. ^{[ 4 ]}

1. 기존의 재활용 시설
2. 시트 유리 공장
3. a) 온실 또는 b) 버섯 재배실
4. 태양광 발전소
5. 반도체 재활용 공장
6. 알루미늄 공장
7. 포장공장
8. 골판지 공장

연구 ^{[ 4 ]} 오픈 액세스는 생태 산업 단지 에 이러한 공장을 공동 배치함으로써 공장 간의 운송 비용과 에너지를 최소화할 수 있으며 태양광 PV 공장의 많은 투입물을 말 그대로 주변 인구 밀집 지역의 폐기물에서 얻을 수 있다는 것을 발견했습니다. 각 공장은 공생 시스템에 맞게 적절히 확장되어야 하며 개별적으로 수익성이 있어야 독립적인 사업체가 공동 배치를 통해 이 모델을 복제하고 향후 시설에서 산업 공생의 혜택을 누릴 수 있습니다.

이 연구는 (1) 재활용 시설과 (2) 유리 공장 간의 관계를 구체적으로 살펴보고 (3) PV 공장에 필요한 기판 유리를 공급함으로써 구축되었습니다. ^{[ 5 ]} 이 기사에서는 표준 제조 기술을 사용하여 이러한 시스템의 유리 제조 구성 요소에 대한 입력 및 출력을 정량화하고 이러한 방식으로 산업 공생을 활용하면 이러한 공장의 잠재적인 감소가 원자재에서 약 30,000톤/년, 구현 에너지 에서 220,000GJ/년 이상인 것으로 나타났습니다 . ^{[ 5 ]}

온타리오 태양 광 발전 (PV) 기술 에 대한 피드인 관세(FIT)는 온타리오 원주민 커뮤니티에 i) 빈곤의 악순환을 약화시키고, ii) 재생 에너지를 생산하여 기후 변화에 직접 대응하고, iii) 더욱 자립할 수 있는 기회를 제공했습니다. 이 논문은 PV에 대한 FIT를 활용하여 친환경 전기와 수익을 제공하여 원주민 커뮤니티가 지속 가능한 개발을 할 수 있도록 지원하는 기술적, 문화적, 경제적 실행 가능성을 비판적으로 분석합니다. 원주민 커뮤니티의 PV 잠재력을 확인하기 위해 일반화된 무료 GIS 에너지 기반 프로토콜이 개발되었습니다. 이 모델은 콘스턴스 레이크 원주민 커뮤니티의 사례 연구에 적용되었고, 경제 분석 결과 20년 동안 재정적으로 실행 가능한 수익률이 나타났습니다. 이러한 결과를 온타리오에 일반화하면 원주민 지붕에만 PV를 배치할 수 있는 잠재적 용량은 200MW가 넘습니다. 이는 커뮤니티 주도의 환경적으로 유익한 지역 에너지 프로젝트를 소유하는 것과 관련된 자부심을 키울 수 있는 기회를 분명히 제공합니다.

태양 광 발전 (PV) 산업의 급속한 확장으로 인해 태양광이 세계 에너지 믹스에서 점점 더 중요한 역할을 하게 되었습니다. 전체 수명 주기 동안 전통적인 에너지원보다 비중은 적지만 PV도 고형 폐기물을 생성합니다. 이 논문은 상용화된 PV 재료의 5가지 주요 유형에 대한 기존 재활용 프로토콜을 분석하여 PV 재활용 정책의 잠재적 필요성을 조사합니다. 5가지 유형의 셀에 대한 1m ² 면적 태양광 모듈에서 회수 가능한 반도체 재료와 유리의 양을 물리적으로 정량화하고 재활용의 이익 잠재력을 결정합니다. 유리와 반도체를 포함한 전체 태양광 모듈의 매립 처분 비용도 각 유형의 태양광 모듈에 대해 결정했습니다. 적절한 정책 없이는 대부분 PV 모듈을 재활용하려는 경제적 동기가 바람직하지 않다는 것을 발견했습니다. PV 제조 산업, 특히 유해 물질이 포함된 PV에 대한 적절한 에너지 및 환경 정책을 규제해야 할 필요성에 대한 결과를 논의합니다. 결과는 PV 제조 부문뿐만 아니라 전체 에너지 산업에서 생산자의 책임을 장려해야 할 필요성을 보여줍니다.

소환

McDonald, NC, 및 JM Pearce. "생산자 책임 및 태양광 모듈 재활용" . 에너지 정책 38(11) (2010): 7041-7047. QSpace 사전 인쇄 오픈 액세스

최근 연구에 따르면 주거용 열병합 발전 과 지붕 장착형 태양광 PV( 광전지 ) 배열을 혼합하면 이상적인 상황에서 PV 보급률을 5배까지 높일 수 있다고 합니다. 상당한 냉방 부하가 있는 지역에서는 PV-열병합 발전 하이브리드 시스템을 흡수식 냉각기와 결합하여 열병합 발전 장치의 폐열을 활용할 수 있습니다. 이러한 하이브리드 시스템이 서비스해야 할 현실적인(비이상적인) 부하를 조사하기 위해 PVTOM(PV-삼중 발전 최적화 모델)이라는 새로운 수치 시뮬레이션을 만들어 확립된 CHREM(캐나다 하이브리드 주거 최종 사용 에너지 및 배출 모델)의 결과에 결합했습니다. 이 논문에서는 PVTOM을 냉방 부하가 있는 일부 캐나다 지역의 대표적인 주택에 적용하여 하이브리드 PV-열병합 발전 및 삼중 발전 시스템의 연료 이용 효율과 온실 가스 배출 감소를 기존 시스템과 비교하여 평가합니다. 최적화 실행 결과가 제공되고 PV-열병합 발전 및 PV-삼중 발전 시스템의 효능에 대해 논의합니다. 일부 지역에서는 PV-트리젠과 PV-코젠 시스템이 중앙 발전소와 가정용 난방 기술을 결합한 현재 방식보다 배출량을 줄이는 데 더 효과적인 것으로 나타났습니다.

원천

• AH Nosrat, LG Swan, JM Pearce, "배터리 저장 효과를 포함한 태양광-코젠 시스템에 대한 하이브리드 태양광-삼중발전 시스템의 향상된 성능", Energy 49, pp. 366-374 (2013). DOI , 무료 액세스 .