최현길 교수 한국폴리텍대학 영주

신·재생에너지란 '신에너지 및 재생에너지 개발, 이용, 보급 촉진법' 제2조의 규정에 의거 '기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지'로 정의하고, 신에너지는 연료전지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유 가스화, 수소에너지의 3개 분야, 재생에너지는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열 등의 8개 분야로 총 11개 분야로 구분하고 있다.

여기서 신·재생에너지를 분류해보면, ▷ 신에너지(3개 분야): 연료전지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유 가스화, 수소에너지 ▷ 재생에너지(8개 분야): 태양광, 태양열, 풍력, 수력, 지열, 해양, 바이오, 폐기물로 구분이 된다.

신재생에너지의 필요성, 20세기에 본격적으로 사용되기 시작한 석유를 기반으로 하는 탄소에너지 경제시스템은 지구 및 인간에게 큰 문제로 다가오고 있다.

급격해진 지구 온난화로 인한 기후 변화는 홍수, 대규모의 태풍, 폭염, 혹한 등의 이상 기상현상으로 전 세계적인 문제로 대두되고 있으며, 석유는 2020년경부터 생산량이 줄어 들어 2050년경에 고갈될 전망이며, 천연가스는 약 100년분의 매장량이 남아있고 석탄의 경우 약 250년 사용 가능한 매장량이 남아 있다고 해 대체 에너지를 생각할 수밖에 없다.

그 대안으로 태양광발전이다.

태양광 발전시스템에서 반도체의 특성을 이용래 전기를 만드는 것이다.

태양전지의 앞면이 N형 반도체이며 뒷면이 P형 반도체이다. [그림1]과 일반적인 단결정 태양전지의 앞면과 뒷면을 나타낸 것이다. 태양전지 앞면의 가느다란 전극은 핑거전극(Finger Electrode)라고 하며 태양광에 의해 생성된 전자를 태양전지 밖으로 나올 수 있게 해주는 통로 역할을 한다. 두 개의 두꺼운 전극은 버스전극(Bus Electrode)이며 생성된 전자를 원활하게 운반하고 태양전지 간에 금속선으로 연결하기 위한 역할을 하고, 태양전지의 뒷면은 알루미늄 전극을 형성시키고 태양 전지의 연결을 위해 은 전극을 부분적으로 형성시켜서 만든 것이다.

[그림1] 태양전지

[그림1]을 여러개 이상 연결된 태양전지들을 태양전지 모듈(Module)이라 하고, 일반적으로 36개 이상을 직렬로 연결래 사용하며 아래의 [그림2]는 태양전지 모듈을 나타낸 것으로 우리가 일반적으로 가정집이나 태양광발전의 모듈(패널)로 전력을 생산하고 있는 것으로 볼 수 있다.

[그림2] 태양전지 모듈(패널)

이렇게 생산되는 에너지는 아래 [그림3]과 같이 독립형이나 계통연계형으로 사용하고 있다.

[그림3] 태양광발전시스템(독립형과 계통연계형)

독립형으로는 전기를 받을 수 없는 곳에 많이 사용하고 있으며, 이는 평상 시에 전기를 생산해 축전지에 저장을 하면서 전력을 사용하며, 밤이나 태양으로 발전을 할 수을 시 축전지에 저장된 전력을 사용하다가 이마저 바닥이 나면 발전기로 운용하는 방식이다.

계통연계형은 일반적으로 우리가 많이 사용하는 것으로 한전전력대신 태양광발전으로 전력을 사용하다가 잉여전력이 발생하면 한전에 전력을 보내어 전기요금을 할인받거나 생산금액을 받는 것이며, 태양광 전력을 발전할 수 없을 시는 한전전력을 받아서 사용하면 되는 방식이다.

태양광 발전은 순수히 자체 발전으로 사용할 수 있으며 패널의 수명은 각 제조회사마다 틀리지만 약 25년을 기준으로 하고 있다. 패널의 발전생산량을 보면 1년차는 100%이지만 매년 약 0.8%를 감소해 25년뒤에는 80%정도로 더 이상의 효율면이 떨어져 사용하지 않는 것이 좋을 듯하다.

발전이 되어서 직류에서 교류를 변환해주는 인버터의 수명은 8~10년이며, 또한 축전지의 수명은 회사마다 틀리지만, 배터리 자체 성능효율이 년 0.5%떨어지므로 15년 7.5%의 평균치 3.75%손실로 약 15년 정도지만 충·방전의 횟수에 따라 수명이 달리된다.

만약 구독자님들이 태양광발전을 사용계획이 있으시면 혼자서 생각하시기 보다는 전문가와 상의해 일조량 등 여러 조건을 알아봐야한다.

앞으로 태양광발전에 대해 규제가 많아짐으로 환경에 대해서도 민감한 부분이 있다.

2019-01-16 19:12:39 / UGN경북뉴스(yaho@ugn.kr)

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