태양광과태양열개념정리 2012년 12월 15일 토요일

 

 우선 태양광과 태양열을 헷갈리시는 분들이 많아서 개념정리 해보겠습니다.

태양광은 태양빛으로 전기를 생성
태양열은 태양빛으로 열을 생산 합니다

2005년 2월 일본 구보다 회사 보고서를 자료로 작성한 것 입니다.
□ 시공비는 3kw 기준으로 230만엔 정도입니다.
□ 수명은 태양광 발전 패널은 최소 20년 이상, 전기를 모으는 축전 장치는 15년 이상.
□ 태양광 발전기의 집열판이 유리같이 생겼지만 우박 같은 자연재해 피해사례는 없음.
□ 설치방식은 지붕위에 설치, 공터에 집단설치 등 다양함.
□ 가정용 전기오븐, 온수 등 전기로 완전 자급하는 형태로 발전하고 있습니다.
□ 비가 와서 태양광이 부족할 경우에는 전기회사에서 전기를 공급받고, 발전량이 많을 경우는 반대로 전기회사에 판매하며
계량기를 통해 상호 확인이 됩니다. (동경전기회사에서 의무적으로 남는 전기를 구매하며, 미터기를 지급받아 설치합니다.)
□ 일본 태양광 사업을 하고 있는 업체 중 중간정도규모의 구보다 회사에서는 2월까지 197개동을 시공했으며, 49만 5,550kw
의 전기 생산합니다. 이는 이산화탄소 341.92톤/년 절감효과이며, 산림 95.86ha(30만평)의 이산화탄소 흡수량입니다.
□ 2kw 전기 생산하는데 차지하는 지붕면적은 7평정도입니다.

예를 들어 단지 내 5인 가족, 2층집, 37평 전체 태양광발전

(가정용 전기 + 온수기)의 경우 3.15kw발전 설비한 경우 연간 광열비가 33만엔(330만원)정도임.

이중 자체 발전을 통해 20만엔 절감효과 있음.

□ 오사카의 경우 도시의 15%가 태양광 주택임.
□ 태양광발전 패널(집열판)은 반도체와 밀접한 관련이 있고, 현재 한국 대기업에선 삼성이 관심을 갖고 있음.

태양광 710원 풍력 100원 태양광 716.40 풍력 10kW이상 - 계통한계가격 + 일반발전기 용량가격 107.66 소수력 3MW이하 - 73.69 매립지가스 50MW이하 화석연료투입비율: 30%미만 20MW미만: 65.20, 20-50MW: 61.80 폐기물소각 20MW이하 자가용과 동일 이런 정도의 비용이 들어가고 있습니다. 이에 비하면 원자력은 40원대(38~39원)을 유지 다른 소스와 비교해 차이가

큽니다. 그러므로 우리가 지금처럼 여유있게 전기를 쓸 수 있습니다.

태양광에 대한 정의입니다.
참고하세요^^
*태양광 발전
태양은 지구의 1백9배크기로 이곳으로부터 1억5천만km떨어진곳에 위치해
수소 73%, 헬륨 24%로 이뤄진 기체덩어리로서 초당 3.8 x 10의 23승kW의 에너지를 우주에 방출하는 거대한 화염이다.

지구는 태양으로부터 지표면 1m2당 7백W의 에너지를 받게 되는데, 이는 다시 말해 지구전체에 도달하는 태양에너지의 양이

태양자신이 방사하는 에너지량의 22억분의 1이고 그 에너지량(1.2 x 1014kW)은 전 인류의 소비에너지량(1.2 x 1010kW)의

약 1만배에 달하는 것이다.

아직까지 전세계적으로 태양 에너지 연구는 주택의 난방 및 급탕 시스템, 온수기, 농·수산물 건조기, 저가 집열기 및

소규모 태양광 발전 등이 주류를 이루고 있으며, 태양열 발전에 관한 연구는 발전에 필요한 고온 획득 방법과 고온 재료 개발

등이 문제가 되어 큰 진전을 보지 못하고 있다. 그러나 지난 '80대 중반 미국에서 10 MW급의 태양열 발전 시스템의 실용화가 이루어진 이후 각국에서 집중적인 개발 투자를 계속하고 있어 2000년대에는 가장 강력한 태양 에너지 이용 방법으로

광범위하게 보급될 전망이다.

태양열 발전 시스템의 종류는

크게 세 가지로

중앙 집중형 시스템(central receiver solar thermal electric power system)과

분산형 시스템(distributed solar thermal electric power system)과

독립형 시스템으로 구분된다.

중앙 집중형 시스템은 태양 추적 장치(heliostat)라고 불리는 거대한 태양 추적 반사경에서 반사된 태양광을 중앙에 위치한

탑의 한 점에 모아 고열을 얻고, 이 고열로 열교환기 등을 이용하여 고압 수증기를 발생시켜 전기를 얻는 방식이다.
집광비는 1000 정도이며 증기 터어빈은 약 600 ℃로 운전된다.

분산형 시스템은 선초점형이나 접시형 등 집광 집열기를 이용한 단위 집광 집열 시스템을 다수 분산 배치하여 배관내를

흐르는 열매체를 가열시키고, 이를 이용하여 Stirling 엔진과 같은 열기관을 구동시켜 발전하는 방식이다.

독립형 시스템(stand-alone system)은 앞에서 언급한 집광 집열기를 이용하는 5∼25 kWp 급의 시스템으로서 전력

계통으로부터 독립된 소규모 전원으로 이용되는 것을 말한다. 또한 태양열 발전 시스템은 그 규모에 따라 다음과 같이도

구분하기도 한다.

<소규모 태양열 발전 시스템>
수십∼수백 W 범위의 것으로 열효율이 낮고 가격이 비싸며 열손실이 크다.

따라서 소규모 발전에는 태양광 발전 시스템보다 경제성이 없다.

<중규모 태양열 발전 시스템>
수십∼수백 kW 범위의 것으로 분산형 시스템이 주로 사용되며 다소 경제성이 있다.

태양광 발전 시스템과 특수한 경우에는 경쟁이 될 수 있다.

<대규모 태양열 발전 시스템>
수백 kW∼수십 MW급으로서 중앙 집중형 시스템이 대부분 여기에 들어간다. 최근까지 수백 kW로부터 수십 MW급의 태양열

발전 시스템이 각국에서 별 문제 없이 운영되고 있으며, 기술적인 문제들이 대부분 해결된 상태이나 아직 대규모

축열 시스템에 대한 연구는 미진한 상태이다. 대표적인 시스템으로는 SEGS

(solar electric generating system, Luz사에서 건설)을 들 수 있다.

태양열 발전의 발전 단가는 '90년대 중반에 이미 상용 화력 발전 단가보다 약간 높은 수준까지 떨어졌으며

2000년대 초에는 10 ￠/㎾h 이하로 떨어질 전망이다. 대규모 중앙 집중식 타워형이 실용화될 2000년대에는 부하 평준화용으로서는 충분한 경제성을 가질 것으로 보인다. 시스템 설치 비용도 현재의 2,000 $/kWP 정도에서 2000년경에는 1,000 $/kWP 정도까지 낮아질 것으로 전망되고 있다.

이발전 시스템에 쓰이는 열기관으로는 대규모 시스템인 경우는 일반 화력 발전에 쓰이는 증기 터빈 기술이 채택되고 있으며,

소규모 시스템의 경우는 열효율이 높고 크기가 작은 Stirling 엔진이 많이 쓰인다. 태양열 발전 시스템의 요체라고 할수 있는

집광 집열기는 선초점형이 상용화되어 있고, 대표적인 분산형 태양열 발전 시스템인 미국의 SEGS에도 채택되고 있다.

접시형 집광 집열기는 규모가 상대적으로 작은 독립형 시스템과 소규모 분산형 시스템에 적합하며 아직은 본격적인

상용화 단계에는 이르지 못하고 있다.

태양열 발전에 있어 가장 앞서 있는 미국은 '90년대 초부터 태양열 발전 기술 개발 계획 'Solar Thermal Electric Program'을

의욕적으로 추진하고 있으며, 여기에는 Sandia Lab., NREL 등 국립 연구 기관과 Southern California Edison, 3M 등의 기업이

참여하여 대규모 시스템 개발과 집중식 시스템에 쓰이는 반사경을 비롯한 접시형 집광 집열기 등에 관한 연구를 수행하고 있다. 이러한 개발 투자가 열매를 맺을 21세기에는 태양열 발전이 새로운 에너지원으로 각광을 받게될 것으로 보인다.

태양 추적 장치 가격이 40 $/㎡ 선에 이르면 태양열 발전 시스템의 경제성도 크게 향상되어 점차 보급이 활발해질 것으로

전망된다.

우리나라에서는 이러한 아직 이런 대규모 태양열 발전 시스템을 건설하는 것은 재원이라든가 소요 부지 등의 제약 요소가

많아 실현을 기대하기가 어려우나 태양열 발전은 21세기를 대비할 수 있고 실용화의 가능성이 큰 청정 에너지원이기

때문에 기초 연구 차원의 소규모 발전 시스템 개발은 국책 사업으로 추진할 필요성이 높다.

*태양광 태양열에 대한 또다른 자료
1. 개요
▶ 태양광 이용기술이란?
- 태양광 발전은 태양 빛을 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

2. 발전원리 및 용어 설명
: 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 실리콘 광전지가 있음

<용어설명>
＊태양전지(光電池: photocell,광전지) : 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)가 전자(電子:electron)와 정공(正孔:hole)에 의해 이루어지는 물질로서

그의 전기저항률 즉 비저항(比抵抗)이 도체와 절연체 비저항값의 중간값을 취하는 것.

반도체의 재료로서는 실리콘, 갈륨비소, 황화카드뮴이 또는 이것들을 복합한 것이 있으나 보통 실리콘이 많이 사용됨

◎ PN접합에 의한 발전원리
- 태양전지는 실리콘으로 대표되는 반도체이며 반도체 기술의 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]
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 반도체에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게 됨.
P형 반도체와 N형반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생됨

3. 태양광 발전 시스템 구성도
4. 태양전지의 역사
-1839년 E.Becquerel(프랑스)이 최초로 광전효과(Photovoltai ceffect)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

5. 태양광의 장점 & 단점
◎ 장 점
에너지원이 청정·무제한
필요한 장소에서 필요량 발전가능
유지보수가 용이, 무인화 가능
긴수명(20년 이상)
◎단 점
전력생산량이 지역별 일사량에 의존
에너지밀도 낮아 큰 설치면적 필요
설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가
초기투자비와 발전단가 높음

6. 설치사례
사업명 : 신재생에너지 지역에너지 사업(태양광 발전)
설치장소 및 내용 : 광주광역시 조선대 기숙사 태양광시설 53㎾p
사업명 : 신재생에너지 지역에너지 사업(태양광 발전)
설치장소 및 내용 : 삼척 세계동굴박람회장 태양광 시설 107kWp
광주 비엔날레 건물(1997년, 10kW)
대전 KIST (1998년 30kW)
도움이 되셧나요?^^

 

 태양광발전 시스템 전체를 말씀하신 것으로 이해하겠습니다.(08.11.)

 발전규모에 따라 시설비용이 달라집니다만

100kw당 시설비용은 75,000만원 내외로 생각하시면 됩니다. (방식에 따라 다름)

시설비용이란 자재비+공사비를 말합니다. 

여기에 토지비 및 인허가 비용 등을 추가하시면 되구요... 

30억 정도면 단축 추적식 방식으로 약400kw발전소를 건립할 수가 있습니다.

물론 토지비, 인허가비 등은 별도구요...^^

 

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