- 태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술
- 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
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
이 태양전지에 빛이 입사되면 반도체내의 전자(-)와
정공(+)이 여기되어 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 됨
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 광전효과연구 이후 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∼20%, 수명 20년 이상, 모듈가격 $4/W 내외, 발전단가 $0.2∼0.5/kWh
태양광의 특징
| 장 점 |
단 점 |
- 에너지원이 청정·무제한
- 필요한 장소에서 필요량 발전가능
- 유지보수가 용이, 무인화 가능
- 긴수명(20년 이상)
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- 전력생산량이 지역별 일사량에 의존
- 에너지밀도가 낮아 큰 설치면적 필요
- 설치장소가 한정적, 시스템 비용이 고가
- 초기투자비와 발전단가 높음
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태양광발전 시스템 구성도
- 태양전지(solar cell, solar battery) : 재료에 따라 결정질 실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등으로 분류
- Si계 태양전지
- 화합물 반도체 태양전지
- Ⅱ-Ⅵ족:CdTe, CIS등
- Ⅲ-Ⅴ족:GaAs, InP, InGaAs 등
- 기타:Quantum Dot Cell, Dye Cell등
- 시스템이용 : 독립형, 계통연계형, 복합발전형
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