에너지 소비현황 및 선진사례 분석

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에너지 소비현황 및 선진사례 분석에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

행되어야 한다. 또한 셀을 구성하는 물질의 장기안정성은 단위 셀에서 검정 된 바 있지만, 모듈 관련한 내구성 연구가 좀 더 진행되어야 할 것이다. 특히 실제 환경에 적응하기 위해서는 온도뿐만 아니라, 비와 습도와 같은 환경 테스트도 진행되어야 한다.
단위 전지에 대한 장기안정성은 표준조건(조명받을 때 60℃, 어둠일 때 80℃)에서 내구성 테스트를 한 결과 북유럽 조건에서는 약 32년, 남유럽 또는 호주 시드니와 같은 지역의 조건에서는 18년 정도의 장기 안정성이 있는 것으로 확인된 바 있다. 따라서 모듈에서도 장기안정성이 가능한 것으로 예상되고 있다.
기존의 태양전지가 불투명해서 옥상 등에 쓰였던 반면, 염료감응 태양전지는 투명 컬러 특성이 있기 때문에 유리창호, 선루프 등에 사용될 수 있는 기술이다. 이러한 식으로 우리 생활에서 에너지 자급 기술을 하나씩 확보해 가다 보면 언젠가 모든 대체에너지를 자연으로부터 얻을 수 있지 않을까. 예컨대 연료감응 태양전지 선루프로 지붕 전체를 덮는 차와 연료감응 태양전지 유리창호만으로 만들어진 유리집처럼 말이다.
글 : 박남규 박사(KIST 태양전지연구센터장)



* 태양광 이용 기술
태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술
-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

광전지(光電池: photocell) : 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 장치
광전효과 (光電效果: photoelectric effect) : 일반적으로 물질이 빛을 흡수하여 자유로이 움직일 수 있는 전자, 즉
광전자(光電子)를 방출하는 현상
광기전력(光起電力: photoelectro-motive force) : 반도체에 빛을 조사했을 때 발생하는 전압
반도체 (半導體: semiconductor) : 전기전도(電氣傳導:electric conduction)가 전자(電子:electron)와 정공(正孔:hole)에 의해 이루어지는 물질로서 그의 전기저항률 즉 비저항(比抵抗:resistivity)이 도체와 절연체 비저항값의 중간값을 취하는 것. 반도체의 재료로서는 실리콘, 갈륨비소, 황화카드뮴이 또는 이것들을 복합한 것이 있으나 보통 실리콘이 많이 사용됨
- PN접합에 의한 태양광 발전의 원리
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 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(정공과 전자)가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지속을 움직이게 되지만, 전자(-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)는 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 원리임
[PN접합에 의한 태양광 발전의 원리 ; 자연계 논술 준비생들은 이 부분을 철저히 기억할 것]


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

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

자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체 에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게되고, P형 반도체와 N형반도체 표면에 전극을 형성 하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생됨
* 태양전지의 역사
1839년 E.Becquerel(프랑스)이 최초로 광전효과(Photovoltaic effect)를 발견
1870년대 H. Hertz의 Se의 광전효과연구이후 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 7∼17%, 수명 20년 이상, 모듈가격 $6/W 내외, 발전단가 $0.25∼0.5/kWh
* 태양광의 특징 및 시스템 구성도
- 장단점 비교(이 부분도 매우 중요함)

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]

* 태양광선의 이용 현장들
삼척 세계 동굴박람회장

키워드

에너지,   대체에너지