신재생에너지란?

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태양광 (Photovoltaic)

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 구성
태양전지(solar cell)

태양전지의 정의

  • 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 받으면 광전효과에 의해 전기가 발생됨
  • 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 경계부분을 PN접합(PN-junction) 이라 함
  • 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지 속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체내에서 정공(正孔: hole)(+)과 전자(電子: electron)(-)의 전기를 갖는 입자(정공과 전자)가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이게 되지만, 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로, 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면과 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는데 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리임

태양전지가 전기를 생성하는 원리

[ 태양전지가 전기를 생성하는 원리 ]


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~1950년대 초 초고순도 단결정실리콘을 제조할 수 있는 Czochralski process가 개발
  • 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 상용화된 셀과 모듈의 현황은 아래 표와 같음
현재 상용화된 셀과 모듈의 현황-기술종류, 박막 태양광(2,3세대), 결정형 실리콘(1세대)를 나타내는 표
기술종류 박막 태양광(2, 3세대) 결정형 실리콘(1세대)
a-Si CdTe CIGS 단결정 다결정
셀 효율(%) 8~12 11~15 11~14 19.5~20 18~19
모듈 효율(%) 17.5~18 16~17

*자료: IEA PVPS 2015 (2016) 및 분석 등


태양전지 구성요소 (결정질)

태양전지 구성요소 (결정질) - 분류, 내용을 나타내는 표
분류 내용
폴리실리콘 태양전지의 원료인 핵심기초소재
잉곳/웨이퍼 폴리실리콘 결정체/태양전지 원판
태양전지 웨이퍼를 가공하여 제작
모듈 여러 개의 태양전지를 모아 제작
장비 태양전지, 모듈 등 태양광 양산 장비
부품소재 인버터 직류를 교류로 변환하는 전력변환장치
필름 - EVA-글라스, 셀, Backsheet 접합 및 외부로부터 태양전지보호
-Backsheet - 외부로부터 태양전지 보호
유리 태양광용 강화유리
메탈페이스트 태양광용 전극소재
리본 전극 전해질막과 전극 접합장치
쿼츠 태양전지 전후면 도포재

태양전지 구성요소

태양전지 모듈 구조도

[ 태양전지 모듈 구조도 ]


태양광발전 기술의 분류

태양전지 : 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 분류

태양광발전 기술의 분류

시스템이용 : 계통연계형, 독립형(축전지 이용), 복합발전형

태양광발전 시스템 구성도

[ 태양광발전 시스템 구성도 ]