태양광에 대하여

홈 > 신·재생에너지소개 > 태양광(원리 및 개요)

• 태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술
  - 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식
• 태양광 발전시스템은 태양전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환장치로 구성됨

• 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의
  pn접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것
• 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한
  것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있음

• 태양전지는 실리콘으로 대표되는 반도체이며 반도체기술의 발달과 반도체 특성에 의해 자연스럽게 개발됨
• 태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와 P(positive)형의 반도체를 접합시킨 구조를 하고
  있으며 2개의 반도체 경계 부분을 PN접합(PN-junction)이라 일컬음
• 이러한 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(정공, 전자)가
  발생하여 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이지만, 전자(-)는 N형 반도체쪽으로, 정공(+)은 P형 반도체쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면과 됫면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은
  부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는 데 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리

PN접합에 의한 태양광 발전의 원리

1. 

   대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘에
   보론(boron:붕소)을 첨가한 P형 실리콘반도체를
   기본으로 하여 그 표면에 인(phosphorous)을 확산시켜
   N형 실리콘 반도체층을 형성함으로서 만들어짐.
   이 PN접합에 의해 전계(電界)가 발생함

2. 

   이 태양전지에 빛이 입사되면 반도체내의 전자(-)와
   정공(+)이 여기되어 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 됨

3. 

   자유로이 이동하다가 PN접합에 의해 생긴 전계에
   들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 정공(+)은
   P형 반도체에 이르게 됨
   P형 반도체와 N형반도체 표면에 전극을 형성하여
   전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생됨

• 1839년

  E.Becquerel(프랑스)이 최초로 광전효과(Photovoltaic effect)를 발견

• 1870년대

  H. Hertz의 Se의 광전효과연구이후 효율 1~2%의 Se cell이 개발되어 사진기의 노출계에 사용

• 1940년대~1950년대초

  초고순도 단결정실리콘을 제조할 수있는 Czochralski process가 개발됨

• 1954년

  Bell Lab.에서 효율 4%의 실리콘 태양전지를 개발

• 1958년

  미국의 Vanguard 위성에 최초로 태양전지를 탑재한 이후 모든 위성에 태양전지를 사용

• 1970년대

  Oil shock이후 태양전지의 연구개발 및 상업화에 수십억 달러가 투자되면서 태양전지의 상업화가 급진전

• 현재

  태양전지효율 7∼17%, 수명 20년 이상, 모듈가격 $6/W 내외, 발전단가 $0.25∼0.5/kWh

태양광의 특징

장 점	단 점
에너지원이 청정·무제한 필요한 장소에서 필요량 발전가능 유지보수가 용이, 무인화 가능 긴수명(20년 이상)	전력생산량이 지역별 일사량에 의존 에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요 설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가 초기투자비와 발전단가 높음

태양광발전 시스템 구성도

• 태양전지(solar cell, solar battery) : 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등으로 분류

  

  • Si계 태양전지
    • 결정질 Si

      기판형(단결정:Single Crystalline Si, 다결정:Poly-Crystalline Si), 박막형(Poly-Crystalline Si Thin Film)

    • 비결정질 Si 박막(a-Si Thin File)
  • 화합물 반도체 태양전지
    • Ⅱ-Ⅵ족:CdTe, CIS등
    • Ⅲ-Ⅴ족:GaAs, InP, InGaAs 등
    • 기타:Quantum Dot Cell, Dye Cell등
• 시스템이용 : 독립형, 계통연계형, 복합발전형