태양광발전,태양광 발전의 작동원리,태양광발전의 장점과 단점,태양광발전효율

태양광발전

태양광발전은 태양에너지를 이용하여 전기를 만드는 방식으로, 태양광패널이 태양으로 부터 오는 빛을 흡수하여 그 빛을 전기로 변환하는 방식을 사용합니다. 이기술은 환경친화적이고 장기적으로 에너지비용을 절감할 수 있으며 태양으로 부터 전기를 얻는 방식이기 때문에 거의 무한대로 사용할 수 있는 에너지 자원으로 여겨지고 있습니다. 그렇기때문에 전세계적으로도 그 중요성이 점차 커지고 있고 지구밖 달이나 화성탐사에서도 중요한 에너지원으로 연구되고 있습니다. 

 

태양광발전의 개념

태양광발전은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 기술인데 그 원리는 태양광패널이라 불리는 장치로 부터 시작합니다. 태양광패널은 실리콘과 같은 반도체 물질로 만들어져 있고 다양한 작은 태양전지 셀로 구성되어 있습니다. 

태양전지 셀은 태양으로 부터 오는 빛을 흡수하여 이를 전기에너지로 변환하는 작업을 수행합니다. 이 원리를 광전효과라고 하는데 태양광패널의 세포에 빛이 닿게 되면 전자가 활성화되고 전기적인 전하를 생성하게 됩니다. 이렇게 생성된 전하는 전기회로를 통해 흐르고 전기에너지로 사용될 수 있게 됩니다. 

태양광발전 시스템은 여러개의 태양광패널을 하나의 시스템으로 연결하여 전력을 증가시키는 방식으로 설계되는데 발전된 전기에너지는 일반적으로 전기 그리드에 연결되어 주거용,상업용 그리고 산업용으로 사용할 수 있습니다. 

 

태양광 발전의 작동원리

태양에너지의 수집: 빛이 잘 내리쬐는 곳에 설치한 태양광 패널에서 태양빛을 수집합니다. 태양광 패널의 표면에 있는 태양전지 셀은 태양 에너지로 부터 오는 빛 에너지를 흡수합니다. 

광전효과의 발생: 태양광패널안에 있는 태양전지 셀에서 빛이 흡수되게 되면,전자들이 활성화되고 전자와 양공(전자가 비어있는 상태)이 됩니다. 

전자이동:생성된 전자는 태양전자 셀 내에서 전기회로를 통해 이동하게 되고 이 과정에서 전자가 전기를 생성하고 전기 회로를 통해 외부로 전달되게 됩니다. 

전기에너지 생산: 전자의 이동과 전기 회로의 동작으로 전기 에너지가 생성됩니다. 이렇게 생긴 전기 에너지는 태양광 발전 시스템의 출력 전력으로 사용됩니다. 

전기공급:생성된 전기에너지는 전기 그리드에 연결되어 전기공급을 바로 제공하거나, 배터리에 저장되어 나중에 사용할 수도 있습니다. 

 

태양광발전의 장점

• 태양광발전은 태양에너지를 사용하기 때문에 화석연료의 사용을 줄여 온실가스 배출을 감소시키고 오래전부터 대두되어 온 문제인 기후변화를 완화하는데 기여할 수 있습니다. 
• 태양에너지는 태양이 없어지기 전까지 무한하게 제공되므로 재생가능한 에너지 자원으로 지속적으로 오랫동안 사용가능하므로 고갈의 염려가 없습니다. 
• 태양광발전은 태양이 닿지 않는 곳은 거의 없기 때문에 다른 자원들과 달리 지역뿐 아니라 개인에게도 에너지의 독립성을 제공하고 전봇대와 같은 전기제공 시설이 연결되지 않은 곳에서도 전기를 공급받을 수 있습니다. 
• 태양광 패널은 장기적으로 보았을때 유지와 보수 그리고 운영비용이 저렴합니다. 
• 태양광발전을 사용하게 되면 전기요금을 절감하고 에너지사용비용을 줄일 수 있습니다. 
• 태양광산업의 성장은 일자리창출에도 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다. 

 

태양광발전의 단점

• 태양광발전은 태양빛을 이용하기 때문에 날씨가 흐리거나 밤에는 발전량이 감소하거나 사용할 수 없습니다. 
• 초기에 투자비용이 많이 듭니다. 
• 태풍이 왔을때 피해를 입기가 쉽습니다.

태양광발전의 종류

대규모 태양광 발전소:대규모 태양광패널 배열을 사용하여 대량의 전기를 생성하는 시설로 전력 공급망에 연결됩니다. 

태양열발전:여러개의 거울로 한데 모은 고 밀도의 태양열로 물을 가열하여 증기를 생성하고 발전소에서 전기를 생산하는 방식입니다. 

그리드 연결형 태양광 시스템:전기 그리드에 연결되어 전력을 공급하는 시스템으로 주거용 및 상업용으로 연결됩니다. 

분산형 태양광 시스템:단독 건물이나 시설에 설치하여 생산된 전력을 해당건물에 공급합니다. 

 

태양광 발전의 응용분야

주거용 태양광 시스템: 주택을 소유한 사람들은 지붕이나 정원에 태양광패널을 설치하여 전기를 공급받을 수 있습니다. 

상업용 및 산업용 태양광 시스템: 상업용이나 산업용시설에서 큰 규모의 태양광발전 시스템을 사용하여 에너지 비용을 절감하고 환경친화전력을 공급하고 있습니다. 

농업용수 관리: 태양광 발전은 농장에서 농업용수용 펌프와 보호 그리고 농작물 관리에도 사용하고 있습니다. 

멀리 떨어진 지역이나 섬 지역:태양광 발전은 전력공급용 그리드가 닫지 않는 먼 거리에 위치한 지역이나 섬과 같은 지역에도 전기를 공급할수 있게 해주는 중요한 방법입니다. 

전기차 충전:태양광패널은 전기차 충전용시설에도 사용됩니다. 

 

태양광발전의 동향과 미래

태양광발전 기술은 계속적으로 크게 발전하고 있고 더욱더 효율적이고 경제적으로 사용되도록 하고 있습니다. 세계적으로도 점점더 다가오고 있는 기후변화에 대응하기 위해 많은 국가들이 태양광 에너지 산업에 투자하고 있고 정부의 규제와 장려책을 통해 태양광발전을 확대해나가고 있습니다. 이로 인해 태양광 패널의 가격이 조금씩 하락하면서 더욱 많은 소비자와 기업이 태양광 시스템을 채택하고 있습니다. 

이로 인해 국제에너지기구에서는 2050년까지 태양광발전이 전세계 전력 생산량의 27%를 차지할 것으로 보고 있습니다. 

한국에서도 태양광 발전이 빠르게 성장하고 있고 한국의 태양광 발전 설비 용량은 2020년 대비 2배 이상 증가하고 정부에서도 2030년까지 발전비중을 30%가지 높이는 것을 목표로 하고 있습니다. 

 

태양광 발전은 관련기술이 더욱 발전하여 효율이 높아지고  초기 투자 비용이 낮아지면 더욱더 대중화될 것으로 보입니다.