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태양광 발전 (PV)은 광전 효과를 나타내는 반도체를 사용하여 태양 복사열을 직류 전기 로 변환하여 전력을 생산하는 방법입니다 . 태양광 발전은 광전 물질을 포함하는 여러 개의 셀로 구성된 태양 전지판을 사용합니다 . 현재 태양광 발전에 사용되는 재료로는 단결정 실리콘 , 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 텔루르화 카드뮴, 그리고 셀렌화 인듐/황화 구리 등이 있습니다.
재생 에너지 원 에 대한 수요가 증가함에 따라 최근 몇 년 동안 태양 전지 및 태양광 어레이 제조가 상당히 발전했습니다. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 이 기사에서는 태양광 시스템의 구성 요소를 살펴보고 그 역할과 중요성을 설명하며 태양광 시스템에 투자하려는 사람들을 위한 시작 안내서 역할을 합니다.
배경
지구 전역에서 매일 태양이 지구를 비춥니다. 태양에서 나오는 광자 에너지는 전기 에너지로 변환될 수 있습니다. 이 과정을 광전 효과 라고 합니다 .
최초의 태양광 전지는 1883년 셀레늄과 금으로 30cm 셀을 만든 Charles Fritts에 의해 만들어졌습니다. [ 4 ] 현대 실리콘 태양광 기술은 1954년 Bell Labs의 연구원들에 의해 발견되었는데, 그들은 우연히 태양광 발전이 유용한 전기를 생산할 수 있게 하는 pn 접합을 개발했습니다. [ 5 ] 1958년 NASA는 태양광 발전을 위성의 백업 전원 시스템으로 사용하기 시작했습니다. [ 4 ] 최초의 태양열 주택은 1973년 델라웨어 대학교에 건설되었고, 최초의 메가와트 규모의 태양광 발전 프로젝트는 1984년 캘리포니아에 설치되었습니다. [ 4 ]
1960년대 최초의 상용 태양광 패널이 출시된 이후, 태양광(PV) 기술은 전 세계적으로 끊임없이 연구되고 개발되어 왔습니다(Pratt & Schaeffer, 51). 이 기술의 끊임없는 발전은 효율 향상과 더불어 초기 비용은 여전히 높지만 이전보다 훨씬 저렴한 PV 패널을 탄생시켰습니다. 오늘날 인류는 태양광 기술을 전 세계 모든 사람이 사용할 수 있는 실용적인 옵션으로 만들기 위한 새로운 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 우리 대부분은 이 기술의 원자 수준까지 연구하지 않기 때문에, 태양광 발전에 대한 이해를 높이고 그 이해를 확산하는 것, 그리고 다른 사람들이 태양광 또는 태양광 시스템에 접근할 수 있도록 돕는 것 등 다른 방식으로 도움을 줄 수 있습니다.
2010년 현재 태양광 발전은 100개국 이상에서 전기를 생산하고 있으며, 모든 에너지원에서 생산되는 총 4.8TW의 세계 발전 용량의 극히 일부에 불과하지만 세계에서 가장 빠르게 성장하는 발전 기술입니다. 2004년과 2009년 사이에 그리드 연결 PV 용량은 연평균 60%의 비율로 증가하여 약 21GW에 달했습니다. [ 6 ] 이러한 설비는 지상에 설치 될 수도 있고 (때로는 농업과 방목과 통합됨) [ 7 ] 건물의 지붕이나 벽에 내장될 수도 있으며, 이를 건물 통합 태양광 발전 또는 BIPV라고 합니다. [ 8 ] 오프그리드 PV는 추가로 3~4GW를 차지합니다. [ 6 ] 기술의 발전과 제조 규모 및 정교함의 증가로 인해 태양광 발전 비용은 최초의 태양 전지가 제조된 이후 꾸준히 감소했습니다. [ 9 ] 태양광 발전에 대한 우선적 관세(예: [ 10 ] )와 같은 순수계량 측정 및 재정적 인센티브는 많은 국가에서 태양광 PV 설비를 지원해 왔습니다.
장점
태양광 기술은 기존 발전 기술에 비해 여러 가지 고유한 장점을 가지고 있습니다. PV 시스템은 다양한 용도와 운영 요건에 맞게 설계할 수 있으며, 중앙 집중식 또는 분산형 발전에 모두 사용할 수 있습니다. PV 시스템은 움직이는 부품이 없고, 모듈식이며, 쉽게 확장할 수 있고, 경우에 따라 이동도 가능합니다. 태양광은 무료이며, PV 시스템 작동으로 인한 소음이나 오염도 발생하지 않습니다. 태양광 패널은 전기를 생성하는 데 직사광선조차 필요하지 않습니다. [ 11 ] PV 패널은 에너지 생산 과정에서 석탄, 석유 또는 천연가스와 같은 화석 연료를 사용할 필요가 없습니다. 반면, 기존 연료원은 지구 온난화, 산성비, 스모그, 수질 오염, 폐기물 매립지의 급속한 증가, 기름 유출로 인한 서식지 파괴, 천연자원 손실 등 다양한 환경 문제를 야기해 왔습니다(Solar Energy International, 2004). PV 모듈은 실리콘을 주성분으로 사용합니다. 모래 1톤으로 제조된 실리콘 셀은 석탄 50만 톤을 연소하는 것과 같은 양의 전기를 생산합니다(Solar Energy International, 2004). 잘 설계되고 제대로 설치된 PV 시스템은 최소한의 유지 보수만 필요하고 긴 수명을 자랑합니다. 적절한 유지 보수 [ 12 ] (청소 및 보호)를 통해 PV 패널을 최대 30년 이상 사용할 수 있습니다. 배터리와 같은 시스템의 다른 부분은 수명이 훨씬 짧아 수년 사용 후 교체해야 할 수도 있습니다.
Solar Energy International(2004)은 태양광 기술을 선택할 때 고려해야 할 다른 많은 이점이 있다고 지적합니다.
- 신뢰성 : PV 시스템은 가장 혹독한 환경에서도 전력 공급을 유지합니다. 반면, 기존 기술은 가장 중요한 시기에 전력 공급에 실패하는 경우가 많습니다.
- 내구성 : 일반적으로 모듈은 정격 전력의 80%를 20년 이상 보증합니다. 따라서 최악의 경우 연간 1%의 성능 저하가 예상됩니다. 이보다 더 낮은 성능 저하율을 보이는 연구 결과도 여러 건 있습니다. 태양광 모듈은 수명 동안 생산되는 에너지량이 모듈 자체를 생산하는 데 필요한 에너지량보다 많습니다. [ 13 ]
- 낮은 유지 보수 비용 : 태양광 시스템은 잦은 점검이나 유지 보수가 필요하지 않습니다. 자재 운반 비용이 발생할 수 있지만, 일반적으로 기존 시스템보다 비용이 저렴합니다.
- 연료 비용 없음 : 연료원이 없으므로 연료를 구매, 저장 또는 운송하는 데 필요한 비용이 없습니다.
- 소음 공해 감소 : PV 시스템은 조용하게 작동하며 움직임이 최소화됩니다.
- 태양광 모듈식 : 기존 시스템과 달리 태양광 시스템에 모듈을 추가하여 사용 가능한 전력을 늘릴 수 있습니다.
- 안전성 : PV 시스템은 가연성 연료를 사용할 필요가 없으며, 올바르게 설계하고 설치하면 매우 안전합니다.
- 독립성 : 태양광 시스템은 전력망 시스템과는 독립적으로 작동할 수 있습니다. 이는 기본 인프라가 부족한 국가의 농촌 지역 사회에 큰 이점입니다.
- 전력망 분산화 : 소규모 분산형 발전소는 전력망에서 자주 발생하는 정전 발생 가능성을 줄여줍니다. 참조: 분산 발전
- 고지대 성능 : 태양 에너지를 사용할 경우, 출력은 더 높은 고도에서 최적화됩니다. 이는 효율 및 출력 감소로 인해 디젤 발전기의 정격 출력을 낮춰야 하는 고지대의 고립된 지역에 매우 유용합니다.
기존 전력에 대한 필요성을 상쇄함으로써 분산형 태양광 발전은 다음을 포함하여 그리드 관점에서 측정 가능한 이점을 제공합니다. [ 14 ]
- 최대 수요 감소로 기존 전기 시장 가격 하락
- 가변적인 가격의 화석 연료 대신 무료 재생 연료를 사용하여 가치 있는 가격 헤지
- 중앙 발전소에서 전기 공급을 관리하기 위한 새로운 송전 및 배전 인프라 구축에 드는 비용이 절감되었습니다.
- 천연가스 발전소 건설, 운영 및 유지 관리 필요성 감소
- 더욱 안정적이고 분산된 전력 시스템으로 인해 정전이 감소했습니다.
- 석탄, 천연가스, 핵 및 기타 발전의 환경 영향 완화에 따른 미래 비용 절감
- 지역 일자리 창출과 관련된 세수 증대는 태양광 발전이 기존 발전보다 더 높은 효과를 가져옵니다. 캐나다 정부가 태양광 발전 생산 지원을 통해 세수를 창출한 사례를 참고하십시오. [ 15 ]
단점
태양 에너지는 거의 무한한 에너지원이지만, PV(태양광 발전)도 이와 같은 의미는 아닙니다. PV 시스템은 다음과 같습니다.
- 처음에 모두 지불해야 합니다 . 모듈과 발전기의 가격은 지난 7년 동안 매년 20-40%씩 하락하고 있습니다. 한때 값비싼 기술이었고 보조금을 받았던 것(1995-2009년)이 이제는 미국과 남부 유럽의 햇볕이 잘 드는 지역에서도 저렴하고 비용 효율적입니다(2012년). 급등하는 에너지 가격으로 인해 태양광 패널의 투자 회수 기간이 단축되어 비용 효율성도 높아졌습니다. 평균적으로 영국 가구는 Ofgem의 2022년 4월 가격 상한선 시행에 따라 태양광 패널의 투자금을 회수하는 데 걸리는 시간이 2.5년 빨라졌으며 [ 16 ] 대다수 가구의 에너지 비용이 54% 증가했습니다. [ 17 ] 시스템 구성 요소를 교체하는 데 비용이 많이 듭니다. 미국에서 일반적인 PV 시스템 비용은 Wp당 2~6달러입니다. [ 18 ] 따라서 일반적인 미국 가정에 5kW 시스템을 공급하려면 10,000~30,000달러가 듭니다. 효율이 더 높은 주택이나 전기 부하가 적은 주택(예: 고효율 LED 몇 개)의 경우 비용이 상당히 저렴합니다. PV의 현재 가격은 http://www.solarbuzz.com/ 에서 확인할 수 있습니다. 최근 태양광 등급 실리콘 부족으로 인해 제조 용량 증가에 따른 수십 년간의 비용 감소 추세가 멈췄습니다. 더 많은 태양광 등급 실리콘 W 발전소가 가동됨에 따라 비용 감소 추세가 회복되고 있습니다 . 또한, 산업 공생을 활용한 진정한 대규모 생산이 시작됨에 따라 태양광 PV는 전력망에서 공급되는 전기 와 비용 경쟁력을 갖출 것으로 예상됩니다 . [ 19 ]
- 첨단 기술 - 태양광 전지 자체의 작동 및 유지 보수는 비교적 용이하지만, 제작에는 숙련된 노동력이 필요합니다. 현재로서는 지역 자재를 사용하여 태양광 시스템을 직접 제작할 수 있는 좋은 방법이 없습니다. 첨단 기술은 현재 기술을 이용한 생산 규모 확대에 큰 이점을 제공합니다.
- 일부 PV 재료는 독성이 있습니다 . 예를 들어, 텔루르화 카드뮴 태양 전지의 카드뮴이 그렇습니다. 많은 연구자들은 패널 자체의 카드뮴이 환경으로부터 안전하다고 주장해 왔지만, 따라서 수명 종료 시 신중한 처리가 필요합니다.
- 간헐적 - 태양 전지는 해가 뜰 때만 전기를 생산합니다. 밤이나 악천후에는 축전지나 보조 전원이 필요합니다. (반면에 태양광 패널은 최대 전력 사용량과 최대 태양광 발전량이 모두 덥고 햇볕이 강한 날에 발생하기 때문에 부하 분산에 매우 효과적입니다.)
환경보호론자 캠프에서는 하이테크 PV에 관해 종종 두 가지 단점을 언급합니다.
- 생산 오염 - 화석 연료는 PV 패널의 추출, 생산 및 운송에 광범위하게 사용됩니다. 이러한 공정에는 그에 상응하는 오염원 이 수반됩니다 . 이는 오늘날 생산되는 거의 모든 제품에 해당합니다. 다행히 PV 시스템의 수명 주기 분석은 약 25년 이상의 수명 주기 동안 화석 연료 에너지 생산을 상쇄할 수 있기 때문에 환경에 긍정적인 영향을 미칩니다 .
- 높은 에너지 비용 - 생산하는 데 많은 에너지가 필요합니다. 과거에는 소비하는 것보다 생산하는 데 더 많은 에너지가 필요하다는 주장도 있었습니다. 이는 완전히 잘못된 것입니다. [ 20 ] 이 논문에서 저자는 활성 태양광 시장의 대부분을 구성하는 세 가지 유형의 태양광(PV) 재료, 즉 단결정, 다결정 및 비정질 실리콘 태양 전지가 몇 년(1~5년) 내에 에너지 측면에서 자체 비용을 회수한다는 것을 명확 하게 보여줍니다. 따라서 이러한 재료는 수명 동안 여러 번(6~31회 재생산) 재생산할 수 있는 충분한 에너지를 생성합니다. 이는 재료 유형, 시스템 균형 및 시스템의 지리적 위치에 따라 다릅니다.
태양광 시스템 설치
이 페이지에서는 태양광 시스템을 설치하는 방법에 대한 가이드를 제공합니다.
여기에서는 최적의 위치를 결정하기 위해 부지 분석을 수행하는 방법과 규모를 결정하는방법 에 대한 정보를 찾을 수 있습니다 .
나중에 시스템을 구축하는 데 필요한 구성 요소 목록 ( 셀 , 패널 또는 모듈 , 어레이 , 딥사이클 배터리 , 충전 컨트롤러 , 전압 조정기 , 저전압 차단기 , 인버터 , 부하 , 미터 , 과전류 보호기 및 발전기 포함 )을 찾을 수 있습니다.
마지막으로 배선을 진행하는 방법에 대한 정보가 제공됩니다.
경고 : 태양광 시스템을 설치하기 전에 먼저 집의 에너지 효율을 최적화하기 위해 노력해야 합니다 .
태양광 태양열
참고사항
가정용 태양광 발전 시스템을 도입하는 것보다 훨씬 비용 효율적인 변화가 있습니다. 예를 들어, 태양열 온수 시스템과 에너지 효율 향상, 그리고 탄소 상쇄에 투자하는 것이 탄소/생태발자국 감소에 훨씬 더 큰 효과를 가져올 수 있습니다. [ 검증 필요 ]
관련 프로젝트
시스템
장치
또한 참조
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외부 링크
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참고문헌
- 프랫, 더그 & 존 셰퍼. 태양열 생활 자료집. 제10권. 네바다: 첼시 그린 출판사, 1999.
- ↑ 독일 PV 시장
- ↑ BP Solar, 스페인과 인도에 태양 전지 공장 확장
- ↑ 대규모, 저렴한 태양광 발전
- ↑다음으로 이동:4.0 4.1 4.2 Luque, A. 및 S. Hegedus(2003), 태양광 과학 및 공학 핸드북, Wiley, Hoboken, NJ.
- ↑ Goetzberger, A., 및 VU Hoffmann(2005), 태양광 발전, Springer, New York, NY.
- ↑다음으로 이동:6.0 6.1 REN21. 2010년 세계 재생에너지 현황 보고서 19쪽.
- ↑ GE, 세계 최대 규모 태양광 발전소 중 하나에 투자, 공급
- ↑ 건물 통합 태양광 발전
- ↑ Richard M. Swanson. Photovoltaics Power Up, Science , Vol. 324, 2009년 5월 15일, 891쪽.
- ↑ https://www.ofgem.gov.uk/environmental-and-social-schemes/feed-tariffs-fit
- ↑ https://www.makemyhousegreen.com/green-guides/태양 광 패널이 직접 햇빛을 필요로 하나요/
- ↑ 대규모 시스템의 O&M에 대한 매우 좋은 요약 기사는 1부 [1] 및 2부 [2]를 참조하세요 .
- ↑ 조슈아 피어스(Joshua Pearce)와 앤드류 라우(Andrew Lau), "실리콘 기반 태양 전지를 이용한 지속 가능한 에너지 생산을 위한 순에너지 분석" , 미국 기계공학회 회보, Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, 편집자 R. 캠벨-하우(R. Cambell-Howe), 2002.
- ↑ 요약; http://web.archive.org/web/20121110185859/http://www.onlinetes.com:80/solar-energy-bargain-nj-pa-11912.aspx
- ↑ K. Branker 및 JM Pearce, " 캐나다 대규모 박막 태양광 발전 제조에 대한 정부 지원에 대한 재정 수익 ", 에너지 정책 38 , 4291-4303쪽(2010). 무료 액세스
- ↑ https://www.makemyhousegreen.com/green-guides/보도자료-발표- 태양광-패널-2-5-년-더-빠른-속도/
- ↑ https://www.ofgem.gov.uk/publications/price-cap-increase-ps693-april
- ↑ 좋은 경험적 방법은 시스템 구성 요소와 설치 비용을 고려하여 모듈 가격을 두 배로 올리는 것입니다. 패널 비용에 대한 최신 평균은 여기에서 소매 가격 조사를 참조하세요 .
- ↑ Pearce, JM 2008. "대규모 태양광 제조를 위한 산업 공생", 재생 에너지 33, 1101-1108쪽. [3]
- ↑ 태양 전지의 수명 주기 에너지 비용에 대한 자세한 분석은 다음을 참조하세요: Joshua Pearce와 Andrew Lau, "실리콘 기반 태양 전지에서 지속 가능한 에너지 생산을 위한 순 에너지 분석" , 미국 기계 학회 회보 Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, 편집자 R. Cambell-Howe, 2002.
