<태양열 이용시스템의 구성>

태양은 지구의 1백9배 크기로 지구로부터 1억5천만km 떨어진 곳에 위치하며 수소 73%, 헬륨 24%로 이뤄진 기체덩어리로서 초당 3.8×1023kW의 에너지를 우주에 방출하는 거대한 화염이다. 지구는 태양으로부터 지표면 1㎡당 7백W의 에너지를 받게 되는데, 이는 전 인류 소비에너지량(1.2×1,010kW)의 약 1만 배에 달하는 것이다.

   태양을 이용한 에너지 발전에는 태양열을 이용한 방법(solar thermal)과 태양광(photovoltaic)을 이용한 방법으로 나눌 수 있다.

   태양열 이용기술은 태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 응용분야로 태양열의 흡수·저장·열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술을 의미한다. 태양으로부터 오는 에너지를 모아 열로 변환하는 집열부, 열교환 후 이용처에 활용될 매체에 저장하는 축열부, 축열된 열에너지를 이용(난방용 온수 등)하는 이용부로 시스템이 구성된다. 주로 주택의 난방 및 급탕 시스템, 온수기, 농·수산물 건조기, 저가 집열기 및 소규모 태양광 발전 등에 이용된다. 대규모 태양열 발전시스템은 아직 연구단계이나 소규모의 태양열 발전시스템은 상용화 되어 이용되고 있다.

<태양전지의 원리>

1) 태양전지(太陽電池 : solar cell, solar battery) 

   태양전지는 태양광에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체화합물 소자이다. 대부분의 반도체들은 광기전력효과(photo voltaic effect)를 나타내는데, 반도체 중 광기전력효과가 큰 실리콘(Si)과 갈륨아세나이드(GaAs)가 높게 나타내지만 태양전지의 다량생산으로 이어지는 반도체들은 주로 실리콘(Si)과 갈륨아세나이드(GaAs) 등이 태양전지로 이용된다. 이중에서 실리콘이 가장 많이 활용되고 있으며, 최근에는 카드뮴 텔러라이드(CdTe)와 카파인디움다이셀레나이드(CulnSe2 : CIS) 반도체들이 활용되기도 한다. 실리콘이 반도체산업에서 가장 많이 사용되는 이유는 지구상에서 두 번째로 보편화된 화학물질이고, 석영모래로부터 얻을 수 있기 때문이다. 태양전지를 재료에 따라 나누면 다음과 같다.


<재료에 따른 분류>

2) PN 접합에 의한 발전원리

   태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와 P(positive)형의 반도체를
접합시킨 구조를 하고 있으며 2개의 반도체 경계부분을 PN접합(PN-junction)이라한다. 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체내에서 정공(正孔:hole)(+)과 전자(電子:electron)(-)의 전기를 갖는 입자(정공과 전자)가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지속을 움직이게 되는데 전자(-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면과 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 된다. 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리이다.

3) 태양광발전시스템

   태양광발전시스템은 태양전지를 직렬, 병렬로 여러개 연결하여 요구하는 전류, 전압을 낼 수 있도록 만든 태양전지 모듈과 직류를 교류로 전환하는 인버터(Inverter), 축전지로 구성된다.

□ 태양전지/태양전지
   태양에너지를 통해 전류를 생산시키는 곳이다.

□ 축전지
   축전지는 햇빛이 비칠 때 태양전지에서 생산된 전기를 저장했다가 햇빛이 비치지 않을 때 내놓는 일을 반복하는 역할을 하는데, 니켈-카드뮴 축전지, 니켈-수소 축전지, 니켈-나트륨 축전지, 납축전지 등 다양한 종류가 있다.

□ 전력조절기
   전력 조절장치는 태양전지로부터 주어진 조건에서 최대의 전력을 낼 수 있도록 하는 장치이다. 조정장치는 축전지와 태양전지 사이에 설치되는 것으로, 축전지가 가득 충전되었을 때 태양전지로부터 전기가 축전지로 더 이상 들어오지 못하도록 막거나 축전지로부터 모듈 쪽으로 전기가 방전되는 것을 방지하는 작용을 한다. 이로써 축전지의 수명을 가능한 한 오래 유지시키는 역할을 한다. 태양전지 출력조절 기능 및 축전지 과방전과 충전기능이 부착되어 있는 시스템이다

□ 인버터
   태양전지에서 생산되는 전기는 직류(DC)전기이다. 이런 직류전기가 그대로 사용되는 경우도 있으나, 대부분 기기들은 60Hz의 사인파 교류(AC)를 사용하기 때문에 DC를 AC로 바꾸는 인버터가 필요하다.

□ 모니터링 시스템
   시스템의 상태를 파악하고 고장 및 이상을 진단한다.















  

태양광발전시스템은 독립형과 계통형으로 구분할 수 있다. 독립형은 생산된 전기를 전선망에 연결하지 않고 생산된 장소에서 사용하는 것을 말하며, 계통연계형은 전선을 통하여 전기를 받아들이거나 내보낼 수 있는 형태를 말한다.

태양광 시스템의 장점과 단점은 다음과 같다.