태양광 개요 .

태양광 이용기술

• 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
  
  

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 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 자유
로이 이동하는 상태가 됨

 

 

자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴
전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체
에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게 됨.
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

 

특 징

 

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]

 

 

 

[설치사례]

 

태양광발전 기술의 분류

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

국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향

해외현황 미국은 첨단기술의 전략적 개발과 시장개척 및 상업화 지원 DOE(Department Of Energy) 주도로 국가 차원의 National Photovoltaic Program (5년주기)를 지속 추진중이며, 최근에는 차세대를 겨냥한 "Photovoltaic Beyond the Horizon" 사업으로서 다양한 태양전지소재 및 공정을 광범위하게 연구하고 있음 일본은 정부주도의 상용화 기술개발과 보급촉진 및 수출시장 확대 태양전지 원료의 저가화 및 신형 태양전지 개발 3kW 주택용 태양광발전시스템 보급사업 등 2002년도까지 637MW 보급 유럽은 분야별 컨소시움 또는 EC를 통한 기술개발및 실증시험등 공동수행 복합기능 태양전지 모듈개발 및 복합 발전시스템 실용화 태양전지 모듈과 시스템의 실증시험 및 규격화 등 국가별, 공동체별 사업 수행중 2006년까지 독일은 2,863MW, 스페인 118MW 등을 보급 세계시장은 1995년 이후 연평균 33% 이상의 급신장추세 태양전지 생산 2003년 730MW, 2004년 1.1GW, 2010년 15GW예상 국내현황   기술개발 현황 '70년대 초부터 대학과 연구소를 중심으로 연구를 시작하여 '88년부터 대체에너지개발 촉진법에 따라 정부차원에서 기술개발 저가화와 효율향상을 위한 태양전지 제조기술개발 및 시스템 이용기술개발을 병행하여 추진 태양전지 실리콘계 태양전지 결정질 실리콘계 태양전지는 시스템화 연구를 통해 상품화단계(선진국 대비 80% 수준): (주)KPE(구,포톤반도체에너지)에서 생산중 비정질 실리콘 태양전지는 기초연구단계로 요소기술을 확보하였으나 상품화를 위한 제조설비의 투자비 과다로 상용화 초기단계 화합물계 태양전지 결정화합물계 Ⅲ-Ⅵ족 (CdTe, CuInSe2 등) 태양전지는 효율이 높은 것이 장점이나 저가화, 대면적화가 문제로 이러한 부분을 해결하기 위한 기초 요소연구를 수행 미래 박막형 태양전지로서 실용화를 위한 요소기술확보를 위한 연구개발추진 모듈(Module) 태양전지 모듈은 에스에너지, LS산전, 현대중공업, 쏠라테크, 심포니에너지, 경동쏠라 등에서 생산 인버터 현대중공업, 헥스파워시스템 등에서 태양광발전용 직·교류 변환장치 생산 축전지 세방하이테크(주)에서 태양광발전용 무보수 밀폐형 연축전지 개발 및 실용화 시스템 이용 독립형 태양광발전시스템은 한국에너지기술연구원 및 전력연구원에서 개발, 표준화 계통연계형 태양광발전시스템은 삼성전자에서 개발 ※세계 1위의 기술경쟁력을 가지고 있는 반도체 및 TFT-LCD 산업기반을 활용하여 세계 태양전지 산업을 주도할 수 있는 잠재력을 보유   [태양광분야 신재생에너지기술개발 기본계획] 제 1단계(2003∼2006)  보급촉진형 기술개발 제 3단계(2006∼2009)  댜량보급형 기술개발 제 4단계(2009∼2012)  저가상품화 기술개발 주택보급형 3kW급 시스탬 개발 건물, 상업용 10kW급 시스탬 개발 태양전지 저가화, 고신뢰성 제품 및 양산체제 확립 결정질 초박형 태양전지 기술개발 차세대 박막 태양전지 기술개발 태양전지 발전시스템 보급형 유니트화 개발 결정질 초박형 태양전지 상용화 기술개발 차세대 박막 태양전지 상품화 기술개발 태양광발전시스템 보급형 패키징 상품화 기술개발 향후 기술개발 추진계획 실리콘계 태양전지분야는 저가, 고효율화를 위한 기술개발 추진 화합물계 등 차세대 태양전지는 대면적화, 실용화를 위한 요소기술개발 및 시스템화를 위한 연구 추진 PCS의 경량화 및 고효율화, BIPV 태양광발전시스템의 상용화 기술 개발 추진

 

출처 : 신. 재생에너지 센터