태양광 발전 (PV)은 광전지 효과를 나타내는 반도체를 사용하여 태양 복사선을 직류 전기 로 변환하여 전력을 생성하는 방법입니다 . 태양광 발전은 광전지 재료를 포함하는 여러 셀로 구성된 태양 전지 패널을 사용합니다 . 현재 태양광에 사용되는 재료에는 단결정 실리콘 , 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 텔루르화 카드뮴, 구리 인듐 셀레나이드/황화물이 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
매일 지구 전역에서 태양이 지구를 비춥니다. 태양의 광자 에너지는 전기 에너지로 변환될 수 있습니다. 이 과정에 대한 용어는 광전지 효과 입니다 .
최초의 태양광 전지는 1883년 셀레늄과 금으로 30cm 셀을 만든 Charles Fritts에 의해 만들어졌습니다. [4] 현대 실리콘 태양광 기술은 1954년 Bell Labs의 연구원들에 의해 발견되었습니다. 이들은 우연히 태양광이 유용한 전기를 생산할 수 있도록 하는 pn 접합을 개발했습니다. [5] 1958년 NASA는 태양광을 위성의 백업 전원 시스템으로 사용하기 시작했습니다. [4] 최초의 태양열 주택은 1973년 델라웨어 대학교에 건설되었고, 최초의 메가와트 규모의 태양광 프로젝트는 1984년 캘리포니아에 설치되었습니다. [4]
1960년대에 최초로 상업적으로 판매된 태양광 패널 이후로, 태양광(PV) 기술은 전 세계적으로 계속해서 탐구되고 개발되어 왔습니다(Pratt & Schaeffer 51). 이 기술의 끊임없는 개발로 인해 효율성 수준이 증가하고 그 어느 때보다 저렴한 PV 패널이 탄생했지만, 처음에는 여전히 비쌌습니다. 오늘날 인간은 태양광 기술을 전 세계 모든 사람에게 실행 가능한 옵션으로 만들기 위한 새로운 방법을 계속 찾고 있습니다. 우리 대부분은 이 기술의 원자 수준을 연구하지 않기 때문에, 태양광에 대한 이해를 얻고 그 이해를 퍼뜨리거나, 다른 사람들이 태양광 또는 광전지 시스템에 접근할 수 있도록 돕는 등 다른 방식으로 도울 수 있습니다.
2010년 현재 태양광 발전은 100개국 이상에서 전기를 생산하고 있으며, 모든 출처에서 생산된 총 4.8TW의 글로벌 발전 용량의 아주 작은 부분을 차지하지만 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 농업 및 방목과 통합됨) [7] 건물의 지붕이나 벽에 내장될 수도 있으며, 이를 건물 통합 태양광 발전 또는 간단히 BIPV라고 합니다. [8] 오프그리드 PV는 추가로 3~4GW를 차지합니다. [6] 기술의 발전과 제조 규모와 정교함의 증가로 인해 최초의 태양 전지가 제조된 이후 태양광 발전 비용은 꾸준히 감소했습니다. [9] 태양광 발전에 대한우선적 피드인 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 응용 분야와 운영 요구 사항에 맞게 설계할 수 있으며, 중앙 집중식 또는 분산형 발전에 사용할 수 있습니다. PV 시스템은 움직이는 부품이 없고, 모듈식이며, 쉽게 확장할 수 있고, 어떤 경우에는 운반도 가능합니다. 햇빛은 무료이며, PV 시스템을 작동시키는 데 소음이나 오염이 발생하지 않습니다. 태양광 패널은 전기를 생성하는 데 직사광선이 필요하지 않습니다. [11] PV 패널은 에너지 생산 공정에서 석탄, 석유 또는 천연 가스와 같은 화석 연료를 사용할 필요가 없습니다. 또는 기존 연료원은 지구 온난화, 산성비, 스모그, 수질 오염, 폐기물 처리장의 급속한 채우기, 석유 유출로 인한 서식지 파괴, 천연 자원 손실(Solar Energy International 2004) 등 다양한 환경 문제를 야기했습니다. PV 모듈은 주요 구성 요소로 실리콘을 사용합니다. 1톤의 모래로 제조된 실리콘 셀은 500,000톤의 석탄을 태우는 것만큼의 전기를 생산합니다(Solar Energy International 2004). 잘 설계되고 적절하게 설치된 PV 시스템은 최소한의 유지 관리가 필요하고 수명이 깁니다. 적절하게 유지 관리 [12] (세척 및 보호)하면 PV 패널은 최대 30년 이상 지속될 수 있습니다. 배터리와 같은 시스템의 다른 측면은 수명이 훨씬 짧으며 수년 사용 후 교체해야 할 수도 있습니다.
Solar Energy International(2004)은 태양광 기술을 선택할 때 고려해야 할 다른 많은 이점이 있다고 지적합니다.
- 신뢰성 : 가장 가혹한 조건에서도 PV 시스템은 전력 공급을 유지합니다. 이와 대조적으로 기존 기술은 가장 중요한 시기에 전력을 공급하지 못하는 경우가 많습니다.
- 내구성 : 일반적으로 모듈은 정격 전력의 80%를 20년 이상 보증합니다. 따라서 최악의 경우 연간 1%의 성능 감소가 예상됩니다. 이보다 훨씬 낮은 약 0.2%/년의 저하를 보여주는 연구도 여러 건 있습니다. PV 모듈은 이를 생산하는 데 필요한 것보다 수명 동안 더 많은 에너지를 생산합니다. [13]
- 낮은 유지 관리 비용 : PV 시스템은 빈번한 검사나 유지 관리가 필요하지 않습니다. 물품을 운반하는 데 비용이 많이 들 수 있지만 이러한 비용은 일반적으로 기존 시스템보다 적습니다.
- 연료 비용 없음 : 연료원이 없으므로 연료를 구매, 보관 또는 운송하는 데 필요한 비용이 없습니다.
- 소음 공해 감소 : PV 시스템은 조용하게 작동하며 최소한의 움직임만 발생합니다.
- 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 : PV 시스템은 그리드 시스템과 독립적으로 작동할 수 있습니다. 이는 기본 인프라가 부족한 국가의 농촌 지역 사회에 큰 이점입니다.
- 전기 그리드 분산화 : 소규모 분산형 발전소는 전기 그리드에서 자주 발생하는 정전 가능성을 줄입니다. 참조: 분산형 발전
- 고고도 성능 : 태양 에너지를 사용할 때 전력 출력은 더 높은 고도에서 최적화됩니다. 이는 디젤 발전기의 효율성과 전력 출력이 감소하여 정격을 낮춰야 하는 고고도의 고립된 커뮤니티에 매우 유리합니다.
기존 전력에 대한 필요성을 상쇄함으로써 분산형 태양광 발전은 다음을 포함하여 그리드 관점에서 측정 가능한 이점을 제공합니다. [14]
- 피크 수요 감소로 기존 전기 시장 가격 하락
- 가변적인 가격의 화석 연료 대신 무료 재생 연료를 사용함으로써 가치 있는 가격 헤지
- 중앙 발전소에서 전기 공급을 관리하기 위한 새로운 송전 및 배전 인프라 구축 비용이 절감되었습니다.
- 천연가스 발전소 건설, 운영 및 유지관리 필요성 감소
- 보다 안정적이고 분산된 전력 시스템으로 인해 정전 감소
- 석탄, 천연가스, 핵 및 기타 발전의 환경 영향 완화를 위한 미래 비용 절감
- 태양광 발전이 기존 발전보다 더 높은 지역 일자리 창출과 관련된 향상된 세수입. PV 제조 지원을 통한 캐나다 정부의 세수입 창출 사례를 참조하세요. [15]
단점
태양 에너지는 상당히 고갈되지 않는 에너지원이지만, 그렇다고 해서 PV가 반드시 같은 것은 아닙니다. PV 시스템은 다음과 같습니다.
- 처음에 모두 지불해야 합니다 . 모듈과 발전기의 가격은 지난 7년 동안 매년 20-40%씩 하락하고 있습니다. 한때 값비싼 기술이었고 보조금이 지급되었던(1995-2009) 것이 이제는 미국과 유럽 남부의 햇볕이 잘 드는 지역에서도 저렴하고 비용 효율적입니다(2012). 급등하는 에너지 가격으로 인해 태양광 패널의 투자 회수 기간이 단축되어 비용 효율성도 높아졌습니다. 평균적으로 영국 가구는 Ofgem의 2022년 4월 가격 상한이 시행된 후 태양광 패널의 투자 회수 기간이 2.5년 더 빨라진 것을 확인했습니다 . [16] 이로 인해 대부분 가구의 에너지 비용이 54% 증가했습니다. [17] 시스템 구성 요소는 교체 비용이 많이 듭니다. 미국에서 일반적인 PV 시스템 비용은 Wp당 2~6달러입니다. [18] 따라서 일반적인 미국 가정에 5kW 시스템을 전력으로 공급하려면 10,000~30,000달러가 듭니다. 더 효율적인 가정과 전기 부하가 적은 가정(예: 고효율 LED 몇 개)의 경우 비용이 상당히 낮습니다. PV의 현재 가격은 http://www.solarbuzz.com/을 참조하십시오 . 최근 태양광 등급 실리콘의 부족으로 인해 제조 용량이 증가함에 따라 수십 년간 지속된 비용 감소가 중단되었습니다. 더 많은 태양광 등급 실리콘 W 플랜트가 온라인에 오르면서 비용 감소 추세가 회복되고 있습니다. 또한 산업 공생을 활용한 진정한 대규모 제조가 시작됨에 따라 태양광 PV는 그리드에서 제공되는 전기 와 비용 경쟁력을 가질 것으로 예상됩니다 . [19]
- 하이테크 - PV 셀 자체의 작동 및 유지 관리가 비교적 쉬운 반면, 숙련된 노동력이 필요합니다. 현재로서는 사람들이 지역 재료로 PV 시스템을 직접 만들 수 있는 좋은 방법이 없습니다. 하이테크 특성은 현재 기술로 생산 규모에 큰 이점을 제공합니다.
- 일부 PV 재료는 독성이 있습니다 . 예를 들어, 카드뮴 텔루라이드 태양 전지의 카드뮴. 많은 저자는 패널 자체에서 Cd가 환경으로부터 안전하다고 주장했습니다. 그러나 신중한 수명 종료 처리가 필요합니다.
- 간헐적 - 태양 전지는 태양이 빛날 때만 전기를 생산합니다. 밤이나 악천후에는 축전지나 보조 전원이 필요합니다. (반면에 태양 전지판은 최대 전기 사용량과 피크 태양 발전이 모두 더운 화창한 날에 발생하기 때문에 부하 분산에 매우 좋습니다.)
환경보호론자 캠프에서는 하이테크 PV에 관해 종종 두 가지 단점을 언급합니다.
- 생산 오염 - 화석 연료는 PV 패널을 추출, 생산 및 운송하는 데 광범위하게 사용됩니다. 이러한 프로세스에는 해당 오염원도 수반됩니다 . 이는 오늘날 생산되는 거의 모든 제품에 해당합니다. 다행히도 PV 시스템의 수명 주기 분석은 약 25년 이상의 수명 동안 화석 연료 에너지 생산을 상쇄할 수 있기 때문에 환경에 순 긍정적입니다 .
- 높은 에너지 비용 - 생산하는 데 많은 에너지가 필요합니다. 과거에는 소비하는 것보다 생산하는 데 더 많은 에너지가 필요하다는 주장도 있었습니다. 이는 잘못된 것입니다. [20] 이 논문에서 저자는 활성 태양광 시장의 대부분을 구성하는 세 가지 유형의 광전지(PV) 재료, 즉 단결정, 다결정 및 비정질 실리콘 태양 전지가 몇 년(1~5년) 내에 에너지 측면에서 자체 비용을 회수한다는 것을 명확히 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 사이트 분석을 수행하는 방법과 크기를 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 보호 및 발전기 포함 )을 찾을 수 있습니다.
마지막으로 배선 작업을 진행하는 방법에 대한 정보를 제공합니다.
경고 : 태양광 시스템을 설치하기 전에 먼저 집의 에너지 효율을 최적화하기 위해 노력해야 합니다 .
태양광 태양열
태양광 태양열 (PVT) 하이브리드 시스템의 목적은 태양광 패널과 태양열 시스템을 모두 갖추는 것보다 더 작은 면적에서 열과 전기 를 모두 생산하는 것입니다 . PVT의 현재 설계는 태양열 시스템에 태양열 패널을 접착하는 것입니다. PVT의 목적은 태양열 시스템을 사용하여 태양 전지를 냉각하여 더 나은 성능을 발휘하도록 하는 것입니다. 태양 전지는 25도 이상의 온도에서 성능이 저하되기 때문입니다. 그러나 이는 PVT의 열적 측면이 태양열 시스템만 사용하는 경우에 비해 상당히 낮은 효율을 갖는다는 것을 의미합니다(최대 50% 효율, 70+% 효율).
노트
가정용 주택에 PV 시스템을 구현하는 것보다 훨씬 더 비용 효율적인 변화가 있습니다. 예를 들어, 태양열 온수와 에너지 효율성에 투자하고, 심지어 탄소 상쇄에 투자하는 것이 탄소/생태적 발자국을 줄이는 데 훨씬 더 큰 효과가 있습니다. [ 확인 필요 ]
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외부 링크
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참고문헌
- 프랫, 더그 & 존 셰퍼. Solar Living Source Book. 10번째. NV: Chelsea Green Publishing Company, 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.
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- ↑ Joshua Pearce와 Andrew Lau, "실리콘 기반 태양 전지에서 지속 가능한 에너지 생산을 위한 순 에너지 분석" , American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy의 회의록, 편집자 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, " 캐나다의 대규모 박막 태양광 제조에 대한 정부 지원에 대한 재무 수익 ", 에너지 정책 38 , pp. 4291–4303(2010). 무료 액세스
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- ↑ https://www.ofgem.gov.uk/publications/price-cap-increase-ps693-april
- ↑ 좋은 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, "Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells" , American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, 편집자 R. Cambell-Howe, 2002.
