저번 포스팅에서 신재생에너지란 무엇인가에 관해 이야기 했었습니다. 신에너지를 먼저 할까 재생에너지를 먼저 할까 고민하다가 재생에너지에 대해서 더 많이 아시지 않으실까 해서 재생에너지부터 포스팅하고자 마음을 먹었습니다.
재생에너지에서 뭐니 뭐니 해도 가장 실생활에서 많이 쓰이는 에너지는 태양에너지입니다. 태양을 이용한 에너지는 태양광과 태양열이 있습니다. 이 두 가지의 차이를 아시나요? 태양광은 광전효과를 이용한 것이고 태양열은 뜨거운 태양열을 이용한 발전입니다.
그렇다면 조금 더 자세히 설명해보겠습니다.
태양광이란?
태양광을 이해하려면 광전효과에 대해서 알아야 합니다. 광전효과란 일정 수준(일함수) 보다 높은 에너지를 가진 빛이 금속으로 진행하게 되었을 때 금속에서 광전자가 방출됩니다.
이 광전자를 태양전지를 이용해 우리가 사용할 수 있는 전기로 만들 수 있도록 전력변환장치로 구성합니다.
태양전지란?
여기서 말하는 태양전지는 반도체입니다. pn접합형 반도체입니다. 원리는 간단합니다. n형은 상대적으로 전자의 농도가 짙고 반도체 p형은 상대적으로 전자가 적어 전자로 채워져 있어야 할 자리가 비게 되어 정공이 생기는 반도체입니다.
즉, 전하를 옮기는 수단으로 정공이 사용되는 반도체가 p형이고 전하를 자유전자가 옮기는 반도체를 n형 반도체라 합니다.
이제 두 반도체를 접합시키게 되면 접합면에 공핍층이 형성됩니다. 공핍층은 전자와 정공이 결합해 중성이 되어 두 반도체를 가르는 전위차를 형성합니다. 즉, 벽을 형성합니다.
이때 양단에 순방향(p형에 (+), n형에 (-) )으로 전압을 걸어주게 되면 이 공핍층이 사라져 전류가 흐를 준비가 되었습니다. 이렇게 전기를 생산할 준비가 다 되었습니다. 이때 빛 에너지가 들어와 광전효과에 의해 원자핵으로부터 벗어나 전자가 생기게 되고 생겨난 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하게 됩니다. 이렇게 해서 전자를 받을 수 있게 됩니다.
반도체 이야기는 잠깐 소개하기에는 깊기 때문에 이정도만 소개하겠습니다.
이렇게 얻은 전류를 축전기를 통해 저장하고 직류이기 때문에 일반 가정에서 사용하기 위해 교류로 변환하여 사용하게 됩니다.
태양광발전의 장점
-에너지원이 무제한이며 발전 시 공해를 발생하지 않습니다.
-유지보수가 용이합니다.
-건설 기간이 짧습니다.
태양광발전의 단점
-하늘이 흐리거나, 밤이 되면 발전이 불가능합니다.
-에너지 밀도가 낮아 같은 발전량 대비 필요 면적이 매우 큽니다.
-발전면적이 넓어 오히려 산림파괴의 문제점이 있습니다.
-초기 투자비와 발전 단가가 높은 편입니다. (반도체 사용)
태양열발전이란?
태양의 복사에너지가 지구로 와서 산란 흡수를 하며 지구의 온도를 결정합니다. 일사량이 많은 적도 지역은 덥고 비교적 적은 남극과 북극은 추운 이유도 태양에너지 일사량의 차이지요. 이 태양 복사에너지를 모아 뜨거운 열에너지를 모으는 발전이 태양열 발전입니다. 이를 집열이라고 하는데 우리나라에서는 발전에 사용할 만큼 대규모 시설은 만들기 힘듭니다. 일사량도 부족하고 그만큼 면적 또한 부족하기 때문입니다. 하지만 가정용이나 소규모로는 사용하는 것으로 알고 있습니다. 우리나라에는 적용하기 힘들지만 일단 소개해보겠습니다.
태양열을 수집하는 집열기는 저온용, 중온용, 고온용 집열기 등이 있습니다. 대규모 발전에 사용하는 집열기는 고온용집열기인데 꼭 위성 안테나 처럼 생겼습니다. 이러한 고온용 집열기를 그림에서 처럼 중간에 있는 타워를 바라보게 해서 많이 설치합니다. 그럼 이 집열된 열이 타워의 꼭대기에 집열되게 됩니다. 여기에는 물탱크가 있는데 여기서 발생하는 증기를 이용해 일반 발전설비처럼 증기터빈을 이용해 발전하게 됩니다.
태양열 장점
-무공해, 무제한 발전입니다.
-가정용으로 온수기로 사용 가능 합니다.
태양열 단점
-흐리거나, 밤에는 발전이 안 됩니다.
-높은 일사량이 필요합니다. 보통 사막 같은 곳을 이용합니다. 면적 또한 많이 필요합니다.
태양열과 태양광 두 발전 다 청청에너지원이지만 발전이 간헐적이라는 단점이 존재합니다. 이를 해결하는 현실적인 방안은 기존에 사용하는 발전을 같은 설비용량으로 예비발전을 대비하는 방법이 있습니다. 또한, 미래지향적 방안은 발전효율상승과 더불어 배터리 저장용량 증가로 발전이 안될 때 충전량으로 보충하여야 합니다.
태양열과 태양광을 한번에 설명하려니깐 너무 양이 많아 소개정도로만 마치겠습니다.
-이미지 출처-
- http://www.independent.co.uk/
- https://inhabitat.com/tag/solar-panel/
- https://www.quora.com
- http://www.doopedia.co.kr/
- http://www.colbridge.com/solar-panels-ernakulam-kochi-kerala/
- https://constructionreviewonline.com/
- https://www.avantes.com/
- http://www.te-a.kr/sub_product_2.asp
- http://www.sunwindenergy.com
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