태양광 발전 시스템 정의와 태양전지의 발전원리

우리가 일상생활에서 사용하는 전기가 어떤 식으로 발생되는 지에 대해 항상 궁금증을 가지고 있었다. 그 중에서도 뉴스나 신문에서 쉽게 접할 수 있었던 태양광 에너지가 어떤 메커니즘을 가지고 전기를 생성하는 지가 참 궁금했다. 태양광 에너지는 태양광 발전 시스템을 통해 모은 태양의 빛 에너지를 전기로 바꾸는 것을 말한다. 한 마디로 햇빛을 받은 태양전지의 광전효과로 전기를 발생시키는 발전방식이다.

태양광 발전 시스템은 어떻게 분류되는가?

태양광 발전 시스템은 하이브리드 시스템, 계통연계형 시스템, 독립형 시스템 크게 3가지로 분류할 수 있다. 하이브리드 시스템은 말 그대로 다른 에너지원을 통한 발전방식과 결합한 방식인데 풍력발전, 디젤발전 등에 사용된다. 계통연계형 시스템은 한국전력의 계통선이 설치된 지역의 주택이나 빌딩, 대규모의 발전시스템에 사용되지만, 한전계통선이 없는 지역은 사용할 수 없는 단점이 있다. 독립형 시스템은 정말 독립된 곳에 적합한 시스템인데 주로 등대, 중계소, 산간지방, 인공위성 등에 사용된다.

이러한 태양광 발전 시스템을 구성하는 장치는 5가지가 있다. 우선 가장 핵심 장치인 태양전지부터 알아보자면 태양전지는 태양에너지를 받아 전기를 생성시키는 기능을 한다. 접속함은 태양전지 모듈에서 발생된 직류 전력을 저장하고 이것을 인버터로 전달해준다. 인버터는 태양전지에서 생성된 직류 전기를 교류 전기로 바꿔주는 역할을 한다. 배터리는 말 그대로 전기를 저장하는 장치인데 햇빛이 없는 밤에 사용할 수 있도록 낮에 생산된 전기를 저장해두는 곳이다. 여기에 상태 파악 및 고장과 이상에 대한 진단을 수시로 점검 할 수 있는 모니터링 시스템을 포함하고 있다. 추가적인 장치로 보조발전기가 있는데 장마철이나 태풍 등 기후에 따라 장기간 태양전지를 사용할 수 없는 경우에 대비할 수 있다.

태양전지의 발전원리

태양에너지를 전기에너지로 바꾸기 위한 목적으로 태양전지라는 광전지가 탄생됐다. 태양전지는 대표적인 실리콘 반도체인데 반도체 기술이 발달함에따라 자연스럽게 개발됐다. 금속이나 반도체의 접촉면에 빛이 쏘여지면 광전효과가 일어나고 이 때 발생되는 광기전력을 사용한 것이 있다. 여기에는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 포함된다. 또한 pn접합을 이용한 태양전지도 있는데 실리콘 광전지라 한다.

생소한 용어인 pn접합을 통한 발전원리에 대해 좀 더 알아볼까 한다. 태양전지는 원래 전기적인 성격이 다른 p형 반도체와 n형 반도체를 결합한 구조를 하고 있다. 따라서 pn접합은 2개의 반도체 경계면을 일컫는 용어다. 태양전지가 햇빛을 받으면 태양의 빛 에너지를 흡수하는데 이 때 태양전지의 반도체 안에서 정공과 전자가 생성된다. 이렇게 생성된 정공과 전자는 태양전지 속을 자유롭게 움직이다가 정공은 p형 반도체 쪽으로 붙고, 전자는 n형 반도체 쪽에 붙어서 전위를 발생시킨다. 이런 이유로 앞, 뒷면을 붙여 만든 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이다.

그렇다면 태양광 발전 시스템의 특징은 무엇일까? 다른 신재생에너지들에 비해 어떤 면에서 좋고, 어떤 면에서 좋지 않은 것일까? 일단 태양광 발전 시스템의 단점부터 알아보기로 했다. 지역별로 일사량이 각기 다르기 때문에 전력생산량이 전부 다르다는 점이다. 또한 에너지의 밀도가 낮기 때문에 설치하기 위해서는 거대한 면적을 필요로 한다. 그래서 설치를 위한 장소가 제한적일 수 밖에 없으며 고가의 비용이 들 수 밖에 없다.

하지만 분명한 장점도 존재한다. 우선 에너지원 자체가 태양이기 때문에 청정하며 태양이 사라지지 않는 한 무제한으로 사용가능하다. 게다가 필요로 하는 장소에서 필요한 만큼만 발전이 가능하다는 점이 있다. 이밖에도 유지와 보수가 용이한 점, 20년 이상의 긴 수명이 장점이라 할 수 있다.