소규모 태양광 발전에 관한 자료

소규모 태양광 발전에 관한 자료

 

소규모 태양광 발전의 필요성

 

태양광 전지는 무한한 에너지인 태양광을 이용하여 전기를 만드는 친환경 발전시스템입니다.

태양광 전지는 일반기계와 달리 지속적인 유지보수를 할 필요가 없고 내구성이 우수하여 오랜 수명을 가진 우수한 발전시스템입니다. 다만 아직까지 태양열 전지판이 다소 비싼 것이 흠으로 지적되고 있으나 가격 또한 지속적으로 내려오고 있습니다.

소규모 태양광 발전의 경우 일반전기가 들어가지 않는 산간벽지나 야외에서의 활동 경우, 또는 무인으로 운용하는 기기의 경우에도 유용하게 전기를 사용할 수 있게 해주는 아주 중요한 역할을 합니다.  

우리나라에서도 지금까지 농촌등에서 태양열을 이용한 온수 보급시스템이 많이 보급되기도 하고, 기업규모로 대규모 태양열 발전단지는 곳곳에 만들어지고 있지만, 소규모 개인들을 위한 태양광 발전을 위한 시스템은 등한시 되어 왔습니다.

산간에서나 야외에서 전기가 필요할 경우를 위해 소규모로 태양열 전기를 이용할 수 있도록 하기 위해  본 정보를 제공합니다.

 

 

태양광 발전의 장단점

 

장                    점	단               점
·                                     에너지원이 청정하고 무제한 생산 ·                                     필요한 장소에서 필요한 양만 발전 가능 ·                                     유지보수가 용이하고 무인화 가능 ·                                     20년 이상의 장수명 ·                                     건설기간이 짧아 수요 증가에 신속히 대응 가능	·                                     전력생산이 지역별 일사량에 의존 ·                                     에너지 밀도가 낮아 큰 설치 면적 필요 ·                                     설치장소가 한정적이고 시스템 비용이 고가임 ·                                     초기투자비와 발전단가 높음 ·                                     일사량 변동에 따른 생산 전력이 불안정

 

 

태  양    전  지  가      전  기  를    생  성  하  는    원   리

태양전지는 반도체 물질로 이루어져 있어서 태양빛이 태양전지 내에 흡수되면 태양전지 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(e-h pair)이 생성됩니다. 생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집됩니다. 각각의 전극에서 수집된 전하(charge)는 외부 회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 됩니다.

 

태  양    전  지  판의      종  류 

태양전지는 그림과 같이 크게 결정질 실리콘 태양전지와 박막 태양전지로 구분이 됩니다. 전체 태양전지 시장의 95%이상을 차지하는 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘 덩어리를 얇은 기판으로 절단하여 제작하며, 실리콘 덩어리의 제조 방법에 따라 단결정과 다결정으로 구분이 됩니다. 박막태양전지는 얇은 플라스틱이나 유리 기판에 막을 입히는 방식으로 제조하는 태양전지로 막의 종류에 따라 그림과 같이 비정질실리콘 태양전지, CIS 태양전지, CdTe 태양전지, 염료감응 태양전지 등으로 분류가 됩니다.

 

 

태  양   전  지    모  듈   (solar Panel)

태양열 전지판이 만들어지는 과정을 살펴보면,

일반적으로 태양광 전지판은 실리콘으로 만들어지는데 실리콘을 덩어리 형태로 만들어야 합니다. 이 덩어리 형태를 잉곳이라고 합니다.  이 잉곳을 편편한 판과 같이 만든 것을 웨이퍼라고 합니다. 이 웨이퍼를 가지고 작은 단위의 솔라셀을 만들게 됩니다.

솔라셀을 여러 개 모아놓은 것을 솔라 모듈이라고 합니다.

실리콘  -> 잉곳 -> 웨이퍼 -> 솔라셀 -> 솔라모듈 

태양광 발전의 가장 큰 단점으로 지적되는 솔라모듈을 생산하는 비용이 높다는 점이 현재의 가장 큰 장애라고 볼수 있습니다.

 

태양광 발전의 시스템 구성요소

 

태양광 판(solar panel)을 이용하는 태양 발전시스템은 4가지 주요 요소로 구성돱니다.

이 4가지는 태양광 판, 콘트롤러, 배터리 그리고 인버터이다.

 

태양광패널  ->  콘트롤러 -> 충전 배터리 -> 인버터 ->  전등, 라디오, 노트북

 

 

태양광 판은 태양광전기 발전시스템의 핵심으로 배터리에 전기를 충전하는 역할을 합니다.

여러 개의 태양광 모듈을 연결하면 태양열 연결판이 만들어지고 보다 많은 전기를 만들어 낼수 있습니다.

콘트롤러는 재생 에너지 시스템에서 만들어지는 볼트(Voltage) 를 조절하는 중요한 요소입니다. 이는 배터리가 과충전이나 저충전되는 것을 방지해주고 배터리 수명을 최대한 유지시키게  해줍니다. 

그리고 배터리는 태양광 판에 의해 만들어진 전기 에너지를 저장하는 역할을 합나다. 원칙적으로 태양광 전기는 배터리를 통하지 않으면 기기를 손상시키는 과 볼트를 만들어 냅니다. 배터리는 전기를 필요한 시기에 사용할 수 있도록 에너지를 공급해주는 역할을 합니다.

 

마지막으로 중요한 요소는 인버터(Inverter)입니다. 인버터는 배터리에 저장된 DC 전기 에너지를 변환시켜 일반 가정에 사용하는 AC 전기( 직류 전기)로 만들어 주는 역할을 합니다.

DC 용 전기만 사용할 경우는 인버터가 필요없습니다.

 

태양광 전지를 활용한 용도

 

태양광 잔디등, 태양광 가로등, 태양광 보도 삽입용 전등, 간판의 조명등, 소형기기를 사용하기 위한 소규모 태양열 발전 (  5W- 200W) 세트, 휴대폰충전기등 다양한 용도로 사용되고  또 개발되고 있습니다.

그외에 낙도나 산간지역등에서 무인 통신시설, 조명시설등으로 많이 활용되며 근래에는 농업용으로도 많이 사용됩니다.

 

 

 

태양광 발전을 하기 위한 기본구성 요소

 

1. 태양광 전지판 (Solar Panel)

태양열 전지판은 표면에 빛이 닿으면 전기가 발생하여 전류가 흐르도록 하는 특성을 이용한 것으로 태양열을 전기를 만들어주는 역할을 한다. 하지만 만든 전기를 저장하는 기능은 없다. 그러므로 반드시 전기를 저장해주는 장치가 필요하다. 이 장치로는 축전지 즉 배터리가 필요하게 된다.

일반적으로 태영열 전지판은 내구성이 우수해 수명이 보통 20년 정도는 된다.

맑은 날씨의 경우 1평방미터당 약 1KW 의 전기가  전지판에 들어노는데 이를 전기로 만들어내는 효율은 전지판에 따라 다르지만 약 10-15% 정도의 전기를 만들 수 있다.

즉 가로세로 1 미터의 전지판의 경우 대략 시간당 100-150 W 의 전기를 만들어 낼 수 있다고 보면 된다.

자기에게 필요한 전기량을 만들기 위해서는 어느 정도 크기의 태양열 전지판을 가져야 하는지 가늠해 볼 수 있다.  

 

우리나라의 경우 평균적으로 유효한 태양열 사용시간은 하루에 3-4시간 정도로 보면 된다

가로세로 1미터의 전지판을 가지고 있으면 하루에 300-450W 정도의 전기를 만들어 낼 수 있다고 보면 된다.

그리고 야간의 경우는 태양이 없으므로 발전은 이루어지지 않으며, 흐린 날씨나 어두운 하늘의 경우도 거의 발전이 이루어지지 않는다.

 

원하는 규모의 전기를 얻기 위해서는 태양열 전지판을 여러 개 병렬로 연결하여 원하는 규모의 전기를 만들 수 있도록 해야 한다.

 

 

태양광판넬 크기의 예

 

5W :  315 X 220 X 28  mm

15 W :  417 X 308 X 28 mm

20 W : 535 X 340 X 28 mm

45W :  626 X 535 X 28 mm

 

 

 

2. 충전 콘트롤러( Charge Controller)

콘트롤러는 태양광 판에 의해 만들어지는 전기의 볼트를 조절해주는 중요한 장치이다. 콘트롤러의 기능은 전기가 과충전되거나 저충전되는 것을 방지해주며, 또한 배터리의 수명을 최대로 유지시키도록 해준다.  그리고 콘트롤러가 필요없는 경우도 있는데 이는 태양열 전지판이 아주 작아서 만들어내는 전기가 배터리 용량보다 1/60 이하일 경우에는 콘트롤러를 붙일 필요가 없다. 태양광전지 콘트롤러는  일반적인 태양열 전지판의 전기를 12V 로 조절해준다.  즉 태양광 전지판에서 만들어지는 전기를 배터리가 요구하는 볼트수로 줄여주는 기능을 한다. 일반적으로 배터리가 요구하는 볼트는 10.5- 14.6 볼트가 된다.

 

  60W 용 소형 콘트롤러

3. 충전 배터리

배터리는 태양광 전지판이 만들어내는 전기를 저장하여 사용할 수 있도록 해주는 기능을 한다.  배터리는 전기를 DC (직류전기) 로 저장하며 보통 12V, 24V, 48V 의 축전지를 주로 사용한다.

배터리를 선택할때는 태양열전지의 최대 동작시 전류가 5A (암페어) 라면 50-100 A( 암페어) 정도의 배터리를 사용해야 한다.

사용하는 전기 기기가 12V 를 사용하는 기기라면 태양열 전지판, 콘트롤러, 배터리 3가지만 있으면 된다.

그러나 가정에서 사용하는 AC 전기 기기를 사용하려면 여기에 인버터를 추가해야 한다.

 

2V  24 A 솔라용 배터리   

4. 인버터(Inverter)

인버터는 DC 전기를 AC 전기로 만들어주는 장치이다.

사용하는 기기가 일반전기를 사용한다면 배터리에 인버터를 연결 시켜 주어야 한다.

인버터는 방출되는 전기의 질과 와트(Watt) 에 의해 구분된다.

예를 들면 50와트짜리 인버터는 12V 자동차 플러그에서 노트북 컴퓨터를 연결하여 사용할수 있고, 1000-4000 와트 정도이면 일반 가정에서 사용하는 전기기기를 사용할 수 있다.

컴퓨터나 TV 등을 사용할 경우에는 기기에 표시된 와트수를 확인한 후 기기에 맞는 인버터를 사용하면 된다.

350W 용 태양열 용 인버터

 

 

 

기타 관련부품:

4가지 기본 부품이외에 연결전선, 절연장치, 회로 차단기, 휴즈등이 완전한 시스템을 구성하기 위해 필요한 부품들이다.

그리고 태양광 전지판이 클 경우에는 전지판을 세워주는 마운트가 필요하게 된다.

 

 

 

 

 

 

태양광 발전 시스템의 연결

 

태양광 전기를 AC 또는 DC 로 만드느냐에 따라서 2가지 방법으로 시스템을 구성할 수 있다.

태양광 전지판을 세울 때 흔들리지않게 잘 고정해야 하며, 설치 각도는 보통 10-40 사이에서 설치된다. 가장 효율적으로 하기위해서는 태양을 따라 이동하는 시스템이 필요하지만 고가의 장비이므로 보통은 고정된 시스템을 사용한다.

 

**  AC 전기를 만들 때:

기본적으로 태양광전지판, 콘트롤러,배터리, 인버터등 4가지 요소가 필요하다.

연결하는 순서는 태양열 전지판을 콘트롤러에 연결하고 콘트롤러에서 다시 배터리로 연결한다. 그리고 배터리에서 인버터로 연결을 하면 일반 가정에서 사용하는 AC 전기를 사용할수 있는 시스템이 완성된다.

 

태양 -> 태양광패널 -> 콘트롤러 -> 배터리 -> 인버터 -> AC 전기

 

** DC 전기를 만들 때

연결순서는 AC의 경우와 동일하다. 다만 인버터만 필요없다.

 

태양 -> 태양광패널 -> 콘트롤러 -> 배터리 ->  DC 전기

 

 

 

( 태양광 전기 사용 예시)

 

65W 태양광 전지판을 사용하여 발전 시스템을 구성할 경우

 

이론적으로는 하루에 발전할 수 있는 전기는 약 197.82 W 입니다.

65W 중 전지판에 의한 손실을 감안하면 시간당 56.52 W 전기를 만들수 있는데 평균 하루 발전가능시간을 3.5 시간으로 계산하면 하루에 197.82 W 라는 전기를 만들수 있다는 계산이 나옵니다.

 

여기에 12V 25A (암페어)의 배터리를 사용한다면 65W 전지판으로 배터리를 충전하는데 걸리는 시간은  1.51 일이 소요됩니다.

12V 25A 의  배터리 전기용량은 300W 입니다.( 12V X 25 A=300W)

즉 197.82 W 전기를 생산하는 전지판으로  300W  의 배터리를 충전하기 위해서는 1.51일이 소요된다는 계산입니다.

 

배터리가 300W 이면 실제로 사용할 수 있는 전기는 20%의 배터리 손실을 감안하여 약 240W 의 전기를 사용할 수 있습니다.

그러면 30W 의 전등을 켠다고 할 경우 약 8 시간을 사용할 수 있다는 계산입니다.

즉 65W 태양광 전지판을 사용할 경우 30W 의 전등을 하루 약 8시간 정도 사용할 수 있다는 것입니다.

 

 

태양광 관련 제품에 대한 정보:

세이브솔라 홈페이지( www.savesolar.kr) 에 가면 태양열 전지 코너에서 여러가지 태양광 전지판, 콘트롤러, 인버터등에 대한 제품 정보를 알아 볼 수 있습니다.

배터리는 납축전지 코너에서 볼 수 있습니다.

 

 

저작권: 세이브 솔라 www.savesolar.kr  02-887-8500