[에너지] 차세대 발전 - 태양광 발전

태양에너지는 반영구적으로 존재합니다. 태양이 있기에 지구가 있고 인류가 존재합니다. 
태양은 그 내부에서 일어나고 있는 수소의 핵융합 반응에 의한 광대한 에너지를 
태양계에 방사하고 있습니다. 이를 이용한 것이 태양광입니다.

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태양광발전

1. 태양 자원에 대해 알아보자

• 태양 에너지는 태양에 의해 생성되는 모든 유형의 에너지입니다 . 태양 에너지는 태양에서 일어나는 핵융합에 의해 생성됩니다.  핵융합은 수소 원자의 양성자가 태양 핵에서 격렬하게 충돌하고 융합하여 헬륨 원자를 생성할 때 발생합니다. PP(양성자-양성자) 연쇄 반응으로 알려진 이 과정은 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 태양은 그 중심에서 매초 약 6억 2천만 미터톤의 수소를 융합합니다. PP 연쇄 반응은 태양 크기 정도의 다른 별 에서 발생하며 지속적인 에너지와 열을 제공합니다. 이 별들의 온도는 약 400만 켈빈(섭씨 약 400만도, 화씨 700만도)입니다.
• 태양에너지는 끊임없이 태양으로부터 태양계 전체로 흘러가고 있습니다 . 태양 에너지는 지구를 따뜻하게 하고 바람 과 날씨를 일으키며 식물과 동물의 생명을 유지합니다. 태양에서 나오는 에너지, 열, 빛은 전자기 복사(EMR)의 형태로 빠져 나갑니다. 전자기 스펙트럼은 다양한 주파수와 파장의 파동으로 존재합니다. 파동의 주파수는 특정 단위 시간 동안 파동이 몇 번이나 반복되는지를 나타 냅니다 . 매우 짧은 파장을 갖는 파동은 주어진 단위 시간 내에 여러 번 반복되므로 고주파입니다. 대조적으로, 저주파는 훨씬 더 긴 파장을 갖습니다. 
• 전자기파의 대부분은 우리에게 보이지 않습니다. 태양에서 방출되는 가장 높은 주파수의 파장은 감마선, X선, 자외선 (UV 광선)입니다. 가장 유해한 자외선은 지구 대기에 거의 완전히 흡수됩니다. 덜 강력한 자외선은 대기를 통해 이동하여 일광 화상을 일으킬 수 있습니다. 태양은 또한 파장이 훨씬 낮은 적외선을 방출합니다. 태양으로부터의 대부분의 열은 적외선 에너지로 도착합니다. 적외선과 UV 사이에는 우리가 지구상에서 볼 수 있는 모든 색상을 포함하는 가시 스펙트럼이 있습니다. 빨간색은 파장이 가장 길고(적외선에 가장 가까움) 보라색(UV에 가장 가까움)은 가장 짧습니다. 

2. 태양열 발전이란?

태양열발전시스템은 태양 에너지를 가령 반사경 등으로 효율 좋게 집열해서 집열장치에 저장한 후, 이 열에너지로 물을 가열해서 증기를 만든 다음 이 증기로 터빈 발전기를 돌려서 전기에너지를 얻는 시스템을 말합니다.

 

• 곧 태양열 발전은 태양광 에너지 → 열 에너지 → 증기의 운동에너지 → 터빈의 운동에너지 → 전기에너지로 변환하는 것이며, 집광해서 열에너지를 발생시킨 다음 과정은 증기 터빈에 의한 발전으로 되기 떄문에 이 부분은 통상의 화력발전과 다를 바가 없습니다.
• 일반적으로 태양의 출력밀도는 높지 않기 때문에 태양열 발전에서는 태양의 에너지를 어떻게 모을 것인가가 중요하게 됩니다. 따라서 태양열 발전 시스템의 핵심은 태양 에너지를 열에너지로 변환하는 집열기라고 말할 수 있습니다. 
• 태양열 발전용의 터빈으로는 증기터빈, 가스 터빈, 유기매체 터빈 등이 있으나 현재는 대용량의 증기터빈이 사용되고 있습니다. 일반 전력공급 외에 배열을 지역난방에 이용하는 방법도 고려되고 있습니다.
• 우리나라는 낮은 일사 조건으로 인해 아직 상용화되지 못하고 연구개발만 추진중에 있는데 일사량이 많은 미국과 스페인 등에서는 비교적 활발하게 이 태양열 발전을 사용화 하고 있다고 합니다. 특히 최근에는 아프리카 북부의 사하라 사막 등에 초대형 태양열 발전시설을 설치해서 여기서 발전한 전력을 유럽 각국에 초고압의 직류 송전으로 송전하겠다는 의욕적인 프로젝트의 구상안이 발표되어 많은 관심을 모으고 있습니다.

3. 태양광 발전이란?

태양광발전이란 태양광으로부터 지상으로 내리쬐는 태양 에너지를 반도체의 광전변환특성을 이용해서 태양의 빛 에너지를 직접 전기로 변환하는 발전방식입니다. 여기서 시스템의 규모와 발전량은 단순한 비례관계에 있기 때문에 태양광 발전은 태양전지를 설치하는 장소의 넓이에 맞추어서 자유로이 그 규모를 결정할 수 있다는 이점이 있습니다.

 

• 태양광 발전은 태양전지를 사용해서 이루어집니다. 태양전지의 재료로는 실리콘 반도체가 많이 사용되고 있습니다. 빛은 공과 같은 입자로 생각할 수 있으며 또 빛의 파장에 따라서 어느 일정한 에너지를 가지고 있습니다. 이 떄문에 빛이 실리콘 원자에 부딪치면 공유결합(화학결합)이 풀려 자유로이 움직일 수 있는 전자로 됩니다. 그리고 이 전자가 빠져나간 자리에 정공(홀)이 생기게 됩니다. 이처럼 빛으로 실리콘 결정 내부에 전자와 정공이 생성되면 곧, 이것이 빛 전류로 되어서 회로 내에 흐르게 됩니다.
• 태양광 발전소는 전 세계적으로 건설되었습니다. 가장 큰 발전소는 미국, 인도, 중국에 있습니다. 이러한 발전소는 수백 메가와트의 전기를 방출하여 가정, 기업, 학교 및 병원에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.
  광전지 기술은 더 작은 규모에도 설치할 수 있습니다. 태양광 패널과 셀은 건물의 지붕이나 외벽에 고정되어 구조물에 전력을 공급할 수 있습니다. 고속도로를 따라 도로를 따라 배치할 수 있습니다. 태양전지는 계산기, 주차 미터기, 쓰레기 압축기, 물 펌프와 같은 더 작은 장치에 전력을 공급할 수 있을 만큼 작습니다.

2011년에 국제에너지기구는 "저렴하고 고갈되지 않는 청정 태양 에너지 기술의 개발은 장기적으로 엄청난 이점을 가져올 것입니다. 이는 고유하고 고갈되지 않으며 대부분 수입에 의존하지 않는 자원에 대한 의존을 통해 국가의 에너지안보를 향상시킬 것"이라고 말했습니다. 지속가능성 향상, 오염 감소, 지구 온난화 완화 비용 절감 .... 이러한 이점은 전 세계적으로 적용됩니다.