태양만 있다면 태양광 발전이 가능한데 태양광 발전의 원리가 무엇인가요?
어떻게 태양에너지가 전기에너지로 변환이 되는 건가요?
안녕하세요. 김계민 과학전문가입니다.
학교, 공공기관, 아파트, 주택 등 주변에서 태양광 패널을 본 적이 있나요?
태양광 에너지는 자연스럽게 발생하는 햇빛을 사용한 에너지로, 인버터와 모듈을 이용하여 빛을 전기로 변환하는 방식을 이용해 발전소가 필요 없는 재생 에너지입니다. 햇빛을 이용하기 때문에 설치 장소에 민감한 다른 친환경 에너지(ex. 풍력발전)보다 장소에 구애를 많이 받지 않는 장점으로 주변에서도 자주 볼 수 있습니다.
이번 기사에서는 태양광 패널의 발전 원리와 함께 한국전력에서 운영하고 있는 태양광 사업까지 알아보겠습니다!
<발전소가 필요 없는 태양광 발전>
태양광 발전 시스템은 발전소 같은 큰 구조물 없이 태양전지로 구성된 모듈 고 축전지 및 전력변환 장치(인버터)로 이루어져 있습니다.
이처럼 간단한 발전 시스템 덕분에 각 가정이나 지역에서 필요한 에너지를 개별생산이 가능하며, 다른 에너지보다 주변 환경을 덜 파괴한다는 점과 함께 전지판의 수명이 평균 20년 내외로 길고, 유지 보수에 필요한 비용도 적다는 장점이 있습니다. 또한, 발전소에서 생산하는 방식이 아니기 때문에 지구온난화의 원인인 온실가스와 대기오염을 유발하는 미세먼지가 발생하지 않는 친환경 에너지로 주목받고 있습니다.
<태양광 발전 시스템 구성>
태양광 발전의 전체적인 시스템 구성은 다음과 같습니다.
ⓒ 김주옥 제작
태양전지 : 빛에너지가 입사되어 전류를 생성하는 곳으로, 태양전지가 모이면 모듈이라 하고 모듈이 모이면 에레이라고 한다.
접속반 : 모듈에서 발생한 직류전력을 모아 인버터로 전달하는 기기
인버터 : 직류 전기를 교류 전기(우리가 사용할 수 있는 전기)로 바꾸는 기기
계통연계 장치: 전기를 사용할 수 있도록 분배하는 장치
태양전지를 통해 생성한 전기는 직류 전기(DC)이기 때문에, 이 전기를 우리가 사용하기 위해 교류 전기(AC)로 바꿔 주어야 하는데요.
이때 인버터를 사용하여 사용할 수 있는 전기로 변환하여 사용할 수 있는 전기를 생산하는 시스템으로 이루어져 있습니다.
<태양광 발전 원리>
태양전지를 자세히 들여다보면 반도체로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있습니다. N형, P형 2종류의 실리콘 반도체를 겹친 구조로 이루어져 있으며, 반도체로 구성된 모듈이 햇빛(빛에너지)을 받으면 에너지를 흡수하여 반도체 내부 전자가 자유롭게 움직이면서 전류가 흐르게 됩니다. 여기에서 이용하는 효과는 광전효과 입니다.
ⓒ 김주옥 제작
광전효과란 금속에 빛을 조사했을 때 빛에 부딪힌 자유전자가 생겨나 전류가 생성되는 효과를 말합니다. 태양광 패널에 빛을 쏘아주기만 해도 전류가 발생한다니, 신기하지 않나요?
<학교에서 태양광 패널을 본 적이 있나요?>
ⓒ (왼)한국전력 (오)조선일보
학교에서 자주 볼 수 있는 태양광 패널은 한국전력에서 설치한 경우가 많습니다. 현재 한국전력에서는 교육복지 실현을 위해 학교를 비롯한 국·공유부지 등에 태양광 사업을 시행하고 있으며, 송전선로 건설지역 주민지원을 위한 주민참여형 이익공유 태양광 사업, 농업을 유지하면서 태양광 발전을 할 수 있는 농업 공존형 모델인 영농형 태양광 기술 모델을 개발하여 전남도 및 광주 광산구 내 시범 사업을 추진하고 있습니다.
<영농형 태양광 발전 사업이란?>
ⓒ pixabay
영농형 태양광은 농업을 유지하면서 태양광 발전을 할 수 있는 농업 공존형 모델입니다. 현재 한국전력은 전남도 및 광주 광산구 내 100kW급 4개소를 대상으로 농어촌 상생 협력 기금을 활용한 시범사업을 추진하고 있는데요. 시범사업의 수익은 사업에 참여하는 마을의 발전 기금으로 활용할 예정입니다.
이해하기 쉽게 표현한 태양광 패널의 발전 원리부터 한국전력에서 시행하는 태양광 발전사업까지 알아보았는데요. 탄소중립을 위해 재생 가능하고 환경친화적인 태양광 에너지에 관심을 가져 보는 것은 어떨까요?
태양 에너지 발전은 크게 태양열과 태양광 두개로 나뉩니다.
태양열 발전은 수증기를 끓여서 열교환기를 이용해 열 에너지를 전기로 생산하는 방식이고,
태양광 발전은 빛 에너지가 전자와 부딪히면서 전자를 실제로 움직여 전기를 생산하는 방식입니다.
우리나라의 경우는 사계절이 뚜렷하기 때문에 태양광이 조금 더 선호됩니다.
