태양광에너지의 장단점 광전효과로 감전?

안녕하세요! 주나주나당입니다. 

요즘 빠삭 공부하느라 금방 돌아오게되었습니다. 오늘은 예전에 한번 다루기했는데 본격적으로 다뤄볼까 합니다. 오늘은 태양광에너지 장단점과 역사 등등 제가 새로 알게 된 내용을 적겠습니다. 

 

태양광에너지는 에너지 효율이 좋아!

 

광전(photovoltaics): 기존의 에너지시스템들은 에너지를 가지고 중간 단계의 설비들을 가지고  에너지를 기계적으로 바꾼 다음 발전기로 돌렸지만(이러면 열역학 법칙 상 에너지 손실이 생겨서 효율이 떨어지지만) 태양광은 이러한 부분이 없고 태양(빛) 복사 에너지를 바로 직접 전기로 변환시킨다.

광전효과: 태양 빛을 전기로 바꾼다.  햇빛이 태양전지를 통과할 때 발생하는 물리적 과정이다. 태양전지는 주로 반도체로 이루어져 있다(주로 실리콘으로 이루어짐).  

좀 더 공학도로써 얘기를 하자면 어떠한 금속에 충분한 에너지의 빛을 쪼이면 금속의 자유전자가 방출되는 현상이다. (전자기학에서 배울 수 있습니다) 또 여기서 조금 더 들어가면 금속들은 금속만의 고유의 파장을 가지고 있는데 그 파장보다 짧은 파장을 갖는 빛을 가하면 전자를 방출하게 된다. 이 전자가 광전자이다. 

 

태양광에너지의 역사

1839년 에드몬드 베크렐(Edomond Becquerel)이 "어떠한 물질이 햇빛에 노출되었을 때 소량의 전기를 생산한다" 같은 사실을 최초로 발견했다. 1970년에는 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)는 효율이 1~2%인 셀레늄과 같은 고체를 가지고 연구했다.  1954년에 코즈초 랄스 키(Czochralski)는 고순도 결정 실리콘을 공정개발하여 4%의 태양 전지를 상용화시켰다. 1958년 미국 인공위성에서 사용이 되었다. 그 뒤로 다양한 분야에 사용이 되었다(군대, 통신, 컴퓨터 등등).

현재 효율은 7~17%이며 수명은 20년이 넘는다. 약간의 TMI로 모듈의 가격은 약  6$/W 이다. 

 

 

 

 

태양전지는 원자 수준에서 태양에너지를 전기 에너지로 직접 변환시키는 반도체 복합 소자로써 - 실리콘 타입, 복합 반도체, 텐덤 타입(tandem type)이 있다. 주로 실리콘 타입을 사용하면 여기서도 나뉘어 진다. 

단결정(MOnocrystalline silicon): 한 방향성

장점: 고순도, 결함이 적다       단점: 높은 가격     효율: 24%       물질: Si, GaAs

 

다결정(Polycrystalline silicon): 여러 방향성 

장점: 순도가 상대적으로 낮다. 단가도 낮다.   단점: 낮은 효율, 비단 일성   효율:19%    물질:Si, CdTe

  

무결정(Amorphous silicon) : 부정형

장점:가격이 매우 싸다, 유연한 물질    단점:효율이 매우 낮고 시간이 지나면 더 낮아진다     효율:12%   물질:Si

 

 

설치 종류

-산 구조(mounting structure) :고정형

간단한 구조와 시설로 경사진 땅이나 집 지붕에 쉽게 설치 할 수 있다. (제일 보기 쉽죠!)

 

 

-트래킹 구조(tracking structure): 추적형

각도를 조절하여 빛을 추적해 효율을 높인다.  콘크리트 지반에 설치하며,  빛 탐지기가 필요하다(태양의 움직임을 따른다)

 

 

태양광에너지 장점

1. 직접 전기로 변환 (에너지 효율이 높음)

2. 태양광이다 보니 에너지원이 풍부하다(태양이 없어지지만 않는다면 무제한이죠!) (연료비 불필요!)

3. 친환경 에너지 이므로 대기 오염 걱정이 없습니다. (소음도 없다)

4.  확장성이 좋다

5. 낮은 공사비

 

태양광에너지 단점

1. 낮은 에너지 밀도(대규모 태양전지 설치 면적이 필요하다 -> 소규모 설치 시 경제적으로 어려움 )

2. 제조 중에 이산화탄소 발생

3. 비싼 제조 비용

4. 날씨에 따라 구름이 많거나 밤에는 발전하지 못한다. (태양이 없으면 불가능)

이렇게 강이나 바다에도 설치를 하려고 했으나 녹조류 발생의 원인이 된다고 해서 설치를 지양한다. 산에도 설치하다가 산사태의 원인이 될 수도 있다고 해서 이 또한 해결방안을 찾아야 한다.

이렇게 이번 글도 마치게 되었습니다. 기말고사 화이팅!