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사업분야신재생에너지 태양광

신재생에너지

태양광 발전 시스템

태양광 발전 시스템의 분류

  • 하이브리드(Hybrid)시스템 : 풍력발전, 디젤발전 등 타 에너지원에 의한 발전방식과 결합된 방식
  • 계통연게형 : 한전계통선이 들어오는 지역의 주택, 빌딩, 대규모 발전시스템에 사용
  • 독립형시스템 : 등대, 중계소, 인공위성, 도서, 산간, 벽지 등에 사용

태양광 발전 시스템 구성기기

  • 태양전지 : 태양에너지가 입사되어 전류를 생성시키는 곳
  • 접속함 : 모듈에서 발생된 직류(DC)전력을 모아 인버터로 전달하는 기기
  • 인버터(inverter) : 태양전지에서 생산된 직류전기(DC)를 교류전기(AC)로 바꾸는 기기
  • 축전지(battery) : 낮에 생산된 전기를 밤에 사용할 수 있도록 전기를 저장하는 기기
  • 모니터링 시스템 : 시스템의 상태를 파악하고 고장 및 이상을 진단

* [추가설비] 보조발전기 : 장마철이나 태풍 등의 영향으로 비교적 장기간 태양전지가 작동할 수 없는 경우에 대비

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 구성됨

태양전지에 의한 발전 원리

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

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 경계 부분을 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(정공, 전자)가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이지만, 전자(-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)은 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 원리

PN접합에 의한 태양광 발전의 원리

  1. 발전원리 1단계:P형과 N형 두 실리콘 반도체 층이 형성되는 태양전지의 구조

    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

  2. 발전원리 2단계:태양전지에 빛 입사

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

  3. 발전원리 3단계:전류발생

    자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게 됨
    P형 반도체와 N형반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생됨

태양광의 특징 및 시스템 구성도

특징

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

전신주의 고압배전선을 통해 계통된 전력은 건축물의 옥외개폐기, 전력량계, PCS(인버터), 분전반, 연계보호장치, 부하, 태양전지어레이 시스템에 연계되어 냉장고와 세탁기 등 사용을 가능하게 함. 셀 구조의 모듈은 지붕에 설치되는 태양전지 어레이 시스템을 구성함.

태양광발전 기술의 분류

  • 태양전지(solar cell, solar battery) : 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등으로 분류

    태양전지의 상세 분류

    • Si계 태양전지
      • 결정질 Si

        기판형(단결정:Single Crystalline Si, 다결정:Poly-Crystalline Si), 박막형(Poly-Crystalline Si Thin Film)

      • 비결정질 Si 박막(a-Si Thin File)
    • 화합물 반도체 태양전지
      • Ⅱ-Ⅵ족:CdTe, CIS등
      • Ⅲ-Ⅴ족:GaAs, InP, InGaAs 등
      • 기타:Quantum Dot Cell, Dye Cell등
  • 시스템이용 : 독립형, 계통연계형, 복합발전형

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