인류는 수천 년 전부터 작물 재배, 난방, 식품 건조 등을 위해 태양 에너지를 이용해 왔습니다. 햇빛은 우리 행성에서 자유롭게 이용 가능한 에너지 자원입니다. 연구에 따르면 태양에서 지구로 한 시간 동안 도달하는 에너지가 1년 전체 에너지 수요보다 많습니다. 오늘날 태양 에너지는 가정과 사업장 난방, 온수 공급, 기기 구동에 사용됩니다. 태양 에너지는 오염 물질과 온실가스를 배출하지 않는 깨끗한 재생 에너지입니다. 이 글에서는 태양 에너지의 정의, 용도, 종류, 장단점과 태양빛이 태양 에너지로 변환되는 과정을 알아보겠습니다.
태양 에너지는 태양에서 나오는 복사광과 열로, 태양열 난방, 광전지(photovoltaics), 태양열 에너지, 태양광 건축, 용융염 발전소, 인공 광합성 등 끊임없이 진화하는 다양한 기술로 활용됩니다. 효과적인 재생 에너지원으로, 태양 에너지를 어떻게 포집, 분배하거나 태양 전력으로 변환하느냐에 따라 수동적(passive) 태양광과 능동적(active) 태양광으로 명확히 구분됩니다.
태양 전력을 얻는 일반적인 기술로는 광전지 시스템, 집광형 태양광 발전(CSP), 태양열 온수 시스템이 있습니다. 이들 모두 능동적 태양광 기술입니다. 수동적 태양광 기술로는 건물을 태양 쪽으로 향하게 배치하고, 열용량이 유리하거나 빛 분산 특성이 있는 소재를 선택하며, 공기가 자연 순환하는 공간을 설계하는 것이 포함됩니다.
태양 에너지 기술은 태양빛을 이용 가능한 에너지로 변환하는 능력입니다. 이는 주택, 건물 등에 열, 빛, 온수, 전기, 심지어 냉방까지 제공하는 다양한 방식으로 수행됩니다.
태양 에너지 또는 전력의 용도는 매우 광범위하여 대부분의 소비자, 기업, 조직에게 더 나은 선택지가 되었습니다. 태양 에너지는 더 친환경적인 에너지를 생성하고 에너지 비용 절감에 도움이 됩니다. 태양 에너지의 다양한 형태별 용도는 다음과 같습니다.
다양한 태양 에너지 종류에는 광전지 시스템, 박막 태양전지, 태양열 온수 시스템, 태양광 발전소, 수동적 태양열 난방이 포함됩니다.
태양광 발전을 이용하는 가장 일반적인 방법 중 하나로, 태양전지 시스템이라고도 하며 태양빛으로부터 직접 전기를 생산합니다. 광전지 시스템은 태양광 시계와 계산기에 사용되는 것과 같은 기술입니다. 반도체 소재가 태양빛을 흡수하여 전기를 생성하는 반응을 일으킵니다. 변환 과정에서 태양 에너지가 원자에서 전자를 분리해 반도체 소재를 통해 흐르게 하여 에너지를 생산합니다.
태양전지는 일반적으로 약 40개 셀을 포함하는 모듈로 결합되며, 한 변이 수 미터까지 측정될 수 있습니다. 조절 가능한 크기와 형태로 평판 광전지 어레이를 고정 각도로 남향 설치하거나, 태양 추적 장치에 부착할 수 있습니다. 이를 통해 하루 종일 최대 태양광을 포집할 수 있습니다. 가정에 충분한 전력을 공급하려면 여러 광전지 어레이가 필요합니다. 대형 전력 회사나 산업 용도에는 수백 개의 어레이가 필요합니다.
이 태양 에너지 유형은 몇 마이크로미터 두께의 반도체 소재 층을 사용하는 박막 태양전지입니다. 지붕 널, 지붕 타일, 건물 외벽, 천창 또는 아트리움의 글레이징으로 태양전지가 이중 역할을 할 수 있게 하여, 태양빛이 포집되는 가용 공간을 최대화합니다.
또 다른 태양 에너지 유형은 태양열 온수로, 이름 그대로 태양열로 물을 데웁니다. 이 아이디어는 자연에서 직접 얻은 것입니다. 호수의 얕은 물이나 해변 얕은 곳의 물이 깊은 물보다 보통 더 따뜻합니다. 이는 태양빛이 얕은 영역의 호수 바닥이나 해안을 가열하여 물을 데우기 때문입니다. 건물용 태양열 온수 시스템은 집열기(collector)와 축열조(storage tank) 두 부분으로 구성됩니다. 유사한 기술로 수영장 물을 데우는 데도 사용됩니다.
이 태양광 발전 유형은 산업 용도에 사용되며 특정 지리적 지역에 전력을 공급하기 위해 조직에서 운영할 수 있습니다. 이는 포물선 트로프(parabolic-trough) 시스템, 디시/엔진(dish/engine) 시스템, 파워 타워(power tower) 시스템 세 가지 방식으로 달성 가능합니다.
포물선 트로프 시스템에서는 길고 직사각형의 곡면 거울을 태양 쪽으로 기울여 태양 에너지를 포집합니다. 이 태양빛이 오일을 담은 파이프를 가열하고, 가열된 오일로 일반 증기 발전기에서 물을 끓여 전기를 생산합니다.
디시/엔진 시스템 유형에서는 거울 접시로 태양열을 수신기(receiver)에 모아 집중시킵니다. 이 접시는 초대형 위성 안테나 형태입니다. 수신기가 열을 흡수해 엔진 내 유체에 전달하면 유체가 팽창하여 피스톤이나 터빈을 밀어냅니다. 따라서 기계적 동력이 생산되어 발전기나 교류 발전기를 구동해 전기를 생산합니다. 마지막으로,
파워 타워 시스템은 넓은 거울 필드로 태양빛을 타워 꼭대기의 수신기에 집중시킵니다. 수신기에는 용융염이 들어있습니다. 염의 열로 일반 증기 발전기를 통해 전기를 생성합니다.
이 태양 에너지 유형은 새로운 개념이 아닙니다. 남향 창문이 좋은 예로, 더 많은 태양빛을 받아들이며 건물은 햇볕 드는 바닥과 벽 같은 소재를 활용해 태양열을 흡수 저장할 수 있습니다. 이 소재들은 낮 동안 데워졌다가 가장 필요한 밤에 천천히 열을 방출합니다. 다른 설계 특징으로 온실과 유사한 선스페이스(sunspace)가 있습니다.
태양 에너지의 다양한 용도에서의 이점은 다음과 같습니다.
태양 에너지의 좋은 장점에도 불구하고 몇 가지 한계가 존재합니다. 단점은 다음과 같습니다.
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태양 전력을 얻는 일반적인 기술은 광전지 시스템, 집광형 태양광 발전, 태양열 온수입니다. 모두 능동적 태양광 기술입니다. 태양 에너지 기술은 태양빛을 이용 가능한 에너지로 변환하는 능력입니다. 열, 빛, 온수, 전기, 심지어 냉방까지 주택, 건물 등에 다양한 방식으로 제공합니다. 이상으로 태양 에너지의 정의, 용도, 종류, 장단점에 대한 논의를 마칩니다. 태양빛이 태양 에너지로 변환되는 과정도 배웠습니다.
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제조공정
태양광 발전 태양광(PV) 발전은 반도체의 광전 효과를 이용해 태양 복사 에너지를 직류 전력으로 변환하여 전기를 생성하는 방식입니다. 태양광 발전은 재생 가능하고 지속 가능한 에너지원입니다. 전 세계 설치 용량 기준으로 수력과 풍력에 이어 세 번째로 중요한 재생 에너지원입니다. 과학자들이 광전지(photovoltaic cells)라고 부르는 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기로 변환합니다. PV라는 이름은 빛(광자)을 전기(전압)로 변환하는 과정인 광전 효과(photovoltaic effect)에서 유래했습니다. 광전 효과는 빛의
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