태양전지에 햇빛 모아 영원한 전기에너지 생산
교류전력 변환기기 '인버터'로 송전
산간ㆍ도서지역 독립형으로 전력공급
전력효율 높은 '추적ㆍ집광형' 건설중
고유가로 인해 전세계적으로 에너지 자원 확보의 중요성이 강조되면서 자원 확보 경쟁이 날이 갈수록 치열해지고 있습니다. 미래를 대비해 사람이 생활하는 데 필요한 에너지를 생산하기 위한 자원확보는 지금부터 준비해도 빠르지 않기 때문입니다.하지만 한정된 자원으로 무궁한 에너지의 생산는 불가능하기 때문에 새로운 에너지원인 이른바 신재생에너지에 연구를 집중하고 있습니다. 고갈되지 않는 무한의 자원이며 환경오염을 유발하지 않는 청정 에너지원인 햇빛도 그 가운데 하나로 활발한 시도가 이뤄지고 있습니다.
◇태양광발전이란=태양에너지를 이용해 전기에너지를 생산하는 것이 바로 태양광 발전입니다. 태양광발전은 실리콘소자로 만들어진 반도체의 일종인 태양전지에 빛을 모아 전기를 발생하는 발전 방식입니다.
자세히 말하면 p-반도체 n-반도체 접합으로 구성된 태양전지(solar cell)에 태양광이 입사되면 광에너지에 의한 전자와 정공쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동해 n층과 p층을 가로지르게 되면 전류가 흐르는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생, 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 됩니다.
태양광발전시스템의 태양전지는 변화하는 기후와 충격을 이겨낼 수 있도록 모듈이라는 일정한 틀 속에 직ㆍ병렬로 연결해 사용됩니다. 이 시스템은 사용자가 요구하는 전력량으로 제작할 수 있으며, 모듈의 배(Array)에 따라 큰 용량의 전압과 전류를 만들 수 있다는 장점이 있습니다.
◇태양광발전시스템 종류=이런 태양광발전시스템은 송전여부에 따라 독립형 태양광발전시스템과 계통연계형 태양광발전시스템의 2가지 종류로 나눠 볼 수 있습니다.
독립형 태양광발전시스템은 전기가 공급되지 않는 지역에 전력을 공급하기 위한 시스템으로 주간에 전력을 발전해 축전지에 저장했다가 축전지의 전력을 이용하는 시스템입니다. 이 발전시스템은 주로 한국전력 계통이 없는 산간 벽지, 도서 지역 등에 전기를 공급하기 위한 용도로 설치되는 경우가 많으며, 풍력을 비롯한 다른 복합발전과 연계해 하이브리드 시스템 구축이 가능합니다.
최근 들어 친환경에 대한 관심이 높아지면서 농촌지역을 비롯한 도시 공동주택에서도 태양광발전시스템을 설치, 전기를 이용하는 태양광 주택이 많이 생기고 있습니다. 계통연계형 태양광발전시스템은 전기가 공급되는 지역에서 태양전지를 이용해 주간에 전력을 발전해 계통선을 이용, 한국전력에 전력을 송전하는 시스템입니다.
태양전지를 이용한 전력은 직류 전원을 발전하므로 송전을 위해서 교류 전력으로 변환하기 위한 인버터(전력변환장치)가 필요하며, 변환된 양질의 교류 전원을 전선을 이용해 송전하게 됩니다.
계통연계형 태양광발전시스템은 주로 중대형 발전을 통해 한국전력거래소에 전력을 되파는 경우가 많으며, 일반 주택형 발전에서의 계통연계형 시스템은 생산되는 전력만큼 계량기를 거꾸로 돌려서 사용한 전기요금의 차액만을 지급하기도 합니다.
또한 태양광발전시스템은 그 형태에 따라 고정형과 추적형, 집광형, 건물일체형 등으로 나눌 수 있습니다. 고정형은 태양광발전을 위한 모듈 또는 어레이를 건물이나 지면에 고정시켜 발전을 하는 형태이며, 추적형은 태양 빛을 따라서 움직이는 형태의 발전시스템을 설치하는 방식입니다. 집광형 태양광발전시스템은 태양 빛을 모아 태양광발전을 하는 시스템으로 단위면적당 이용할 수 있는 태양에너지의 양을 증대시켜 효율을 높일 수 있는 발전형태입니다. 건물일체형시스템은 건물의 창문이나 벽면 등을 이용하여 별도의 공간이 필요 없는 태양광발전시스템의 형태로써 주로 계통연계형 태양광발전시스템이 많은 특징을 가집니다.
◇차세대 발전소 `태양광발전소'=태양광발전소는 태양광발전을 대규모로 하는 계통연계형 발전형태로 전기를 대량으로 생산, 송전하는 시설입니다. 기존의 화력발전소와는 달리 친환경적인 발전소로서 미래 대안으로 제시되고 있어 국가 정책으로 장려되고 있습니다. 태양광발전소는 설치된 발전시스템의 형태에 따라 고정형추적형집광형 등으로 나눌 수 있는데, 현재 국내에는 주로 고정형 태양광 발전소가 건설돼 있으며 향후 추적형과 집광형 등 태양광발전의 효율성이 높은 보다 진보된 형태의 태양광발전소가 건설될 것으로 예상됩니다.
우리나라는 태양광주택 10만호 보급사업과 기술개발을 위한 실증사업, 대규모 발전소 건설을 독려하기 위한 발전차액지원제도 등을 통해 태양광발전시스템의 보급확대를 위한 다양한 정책을 펴고 있습니다. 태양광발전이 보다 많이 보급되고 발전되기 위해서는 이런 안정적인 정책의 뒷받침과 꾸준한 기술개발 노력이 필요할 것입니다.
송원준기자 swj@
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