태양광 발전이란 무엇인가요?

태양열 발전을 사용하면 조직이 에너지 사용을 줄이고 온실가스 배출량을 줄이며 기후 변화에 맞서 순 배출량 제로 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 2027년까지 태양열 발전은 석탄과 천연가스 생산량을 넘어 화석 연료를 대체하는 주요 청정 에너지로 부상할 것으로 예상됩니다.¹

태양광 발전의 역사는 돋보기를 사용해 태양 광선을 집중시켜 불을 밝혔던 초기 문명으로 거슬러 올라갑니다. 그러나 오늘날의 태양광 발전은 대체로 1839년 프랑스 물리학자 알렉상드르 에드몽 베크렐(Alexandre-Edmond Becquerel)이 처음 관찰한 광전지 효과의 발견으로 거슬러 올라갑니다.

베크렐은 백금이나 은과 같은 반도체 물질이 태양 복사선에 노출되면 전류가 형성된다는 것을 발견했습니다. 1880년대에 찰스 프리츠는 최초의 태양 전지를 개발하여 베크렐의 연구를 확장했습니다. 1954년 벨 연구소가 최초의 실리콘 태양 전지를 개발할 때까지 많은 과학자들이 태양 에너지 연구에 매진했습니다. 오늘날 태양광 발전은 태양 에너지를 활용하는 가장 일반적인 방법입니다.

태양열 발전은 태양의 중심에서 일어나는 핵반응을 통해 가능합니다. 수소 양성자는 격렬하게 충돌하고 융합하여 헬륨을 생성하여 엄청난 양의 에너지를 생산합니다. 이 에너지는 전자기 복사라고도 하는 전자기파 스펙트럼을 통해 태양에서 태양계로 방출됩니다.

태양 에너지는 지구에 생명체를 만들고 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 온실 효과는 태양 에너지가 지구 표면에서 흡수되어 대기 중으로 다시 방출되는 현상입니다. 수증기와 이산화탄소와 같은 온실 가스는 열을 가두어 지구를 따뜻하고 살기 좋은 상태로 유지하는 단열층을 형성합니다. 거의 모든 생물은 광합성과 같은 과정을 통해 먹이 사슬의 구성원으로서 직접적으로든 간접적으로든 태양 에너지에 의존합니다.

지구에서는 태양열 발전(PV) 및 집광형 태양열 발전(CSP) 시스템을 사용하여 태양열을 전기 및 열 에너지와 같은 다른 형태의 에너지로 변환합니다.

태양광 발전은 빛에 노출될 때 전압이 생성되는 광전지 효과를 사용하여 전기를 생성합니다. 태양 전지판 또는 모듈은 광전지 (또는 태양 전지) 어레이를 수용할 수 있는 광전지 시스템의 일반적인 예시입니다. 단일 광전지 패널의 광전지 수는 한 개에서 수백 개까지 다양합니다.

각 PV 전지에는 전기장을 생성하는 데 사용되는 실리콘 또는 기타 반도체 재료로 만들어진 반도체가 포함되어 있습니다. 햇빛이 흡수되면 전자가 반도체에서 떨어져 나와 외부 장치로 이동하는 전류에 휩쓸리게 됩니다. 이 에너지의 흐름은 직류(DC)로 간주되며, 태양광의 양에 비례하여 전기를 생성합니다. 직류 전기는 태양광 인버터를 통해 교류(AC)로 변환되어 설정된 전압으로 교류 전기를 생산할 수 있습니다.

태양광 패널 시스템에서 생성된 전기는 즉시 사용할 수 있습니다. 여분의 에너지는 태양전지에 저장하거나 전력망으로 보낼 수 있습니다. 주택 소유자는 태양 전지판 기여금에 대한 대가로 전기 요금에 대한 에너지 크레딧을 받을 수 있습니다. 이는 순 미터링을 통해 이루어집니다. PV 시스템은 소규모 응용 분야를 위한 가장 일반적인 변환 방법이며 계산기에 전원을 공급하는 것과 같은 간단한 작업에 사용할 수 있습니다. 그러나 전력 생산량을 늘리기 위해 확장할 수도 있습니다. 일부 PV 발전소는 마을 전체에 에너지를 공급할 수 있습니다.

집광형 태양광 발전(집광형 태양열 발전이라고도 함)은 거울을 사용하여 유체로 채워진 수신기에 햇빛을 반사하고 모으는 방식입니다. 태양열 가열은 유체의 온도를 높여 뜨거운 물을 통해 열 에너지를 생성합니다. 이 에너지는 엔진에 동력을 공급하거나 터빈을 돌리는 데 사용되어 발전소로 흘러가는 전기를 생산하거나 전력망을 보충합니다.

일반적으로 CSP는 대규모 유틸리티 및 산업 애플리케이션에 사용됩니다. 예를 들어, 태양열 발전소는 CSP 시스템을 통해 매년 수백 메가와트(MW)의 전기 에너지를 생산할 수 있습니다. 그러나 CSP는 태양열 조리기와 같은 장치에 소규모로 사용할 수도 있습니다.

PV와 CSP 시스템은 모두 태양광 기술을 사용하여 에너지를 직접 생산하기 때문에 액티브 태양 에너지 시스템으로 간주됩니다.

패시브 에너지 시스템은 대신 태양열 건축과 같은 지속 가능한 설계 방식을 사용하여 지구의 자연적인 난방과 냉방을 활용합니다. 태양이 하루 종일 지구를 따뜻하게 데우면 목재, 금속, 유리와 같은 건축 자재가 태양 에너지를 흡수합니다. 해가 지고 대기가 식으면 건축 자재는 전도, 대류, 복사를 통해 저장된 열을 방출합니다.

건축가와 엔지니어는 이러한 열 교환을 사용하여 건물 냉난방을 위한 효율적이고 저렴한 솔루션을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 태양 에너지를 반사하기 위해 지붕을 흰색으로 칠하거나 건물의 일부를 자연적으로 난방하기 위해 일광 욕실을 설치할 수 있습니다.

국제 규제, 비즈니스 및 기술 환경 전반에 걸쳐 여러 가지 태양광 발전의 발전이 구체화되고 있습니다. 미국 에너지부는 바이든 행정부와 긴밀히 협력하여 에너지 저장에 대한 장애물을 줄이고 탈탄소화 노력을 개선하고 있습니다. 이는 주택 소유주가 태양광 발전을 설치하면 세금 공제 혜택을 제공하는 캘리포니아와 네바다주 등에서 독특한 문제가 발생하고 있는 시점에 벌어진 일입니다. 태양광 기업들은 설치된 태양광 설비가 늘어나면서 에너지 수요를 감당하지 못하는 상황에 직면하고 있습니다.

인도에서 Adani Green Energy는 구자라트주 Khavda 태양광 발전 단지에 1기가와트(GW) 규모의 태양광 발전 시설을 가동했으며, 이는 30GW 용량 구축을 향한 중요한 단계입니다.² 한편, 영국에 본사를 둔 Lightsource는 그리스에서 560MW 규모의 태양광 발전소를 개발 중이며, 이는 유럽에서 두 번째로 큰 태양광 발전소가 될 예정으로, 현재 이 기록은 독일 동부의 Witnitz 태양광 발전소가 보유하고 있습니다.³

태양열 냉장고는 백신을 안전한 온도에서 보관함으로써 아프리카의 말라리아 발병을 막는 데 도움이 되고 있습니다.⁴ 일본에서는 2025년까지 우주에서 지구로 태양 에너지를 직접 송출하는 계획을 진행 중입니다.⁵ 이러한 혁신은 지난 10년간 90%까지 하락한 태양열 발전 비용과 에너지 저장 시스템의 발전으로 인해 가능해졌습니다.⁶