태양광발전 시스템

시스템 개요

태양광발전 시스템

태양광 발전 시스템은 태양전지를 사용하여 햇빛을 직접 전기로 변환하는 것을 말한다. 태양광 발전 시스템은 발전기에 해당하는 태양전지 모듈(모듈의 집합체인 어레이), 전력 저장 기능의 축전장치, 태양전지에서 발전한 직류를 교류로 변환하는 전력변환장치인 PCS(Power Conditioning System), 시스템 제어 및 모니터링과 부하로 구성되어 있다.

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시스템 구성도
태양광발전 시스템 시스템 구성도
절감 기술

태양전지는 빛을 흡수하는 소재의 종류에 따라 Si계, 화합물반도체계, 유기계 등으로 분류될 수 있으며, 상용화 순서에 따라서는 1세대(결정질 실리콘), 2세대(실리콘박막, CIGS 및 CdTe 박막), 3세대(염료감응, 유기) 및 차세대(양자점, 플라즈몬 등)로 분류할 수 있다. 결정질 실리콘 태양전지의 경우 최근 실험실 및 상업용 모듈의 효율이 기술개발에 의해 지속적으로 증가하고 있으며, 실리콘 웨이퍼의 두께를 줄이는 연구가 진행되고 있다. 박막 태양전지 중에서는 고효율화 기술개발과 함께 플렉시블 태양전지의 개발이 진행되고 있다.

  • 결정형 태양전지

    결정질 실리콘 태양전지는 단결정과 다결정으로 나뉘며, 단결정 실리콘 태양전지는 순도가 높고 결정결함밀도가 낮아 효율이 높지만 고가이다. 다결정 실리콘 태양전지는 상대적으로 품위가 낮아 효율은 떨어지지만 제조가 쉽고 저가로 생산할 수 있는 장점이 있어 실리콘 태양전지 수요의 80%를 차지하고 있다. 현재 상용화된 통상적인 결정질 실리콘 태양전지는 P-type의 실리콘 기판에 전극이 screen print된 형태로, 단결정 태양전지의 평균 효율은 18~19%, 다결정은 16~17%의 효율을 보이고 있다. 결정질 실리콘 태양전지 시장은 중국의 저가 공략으로 중국 기업이 시장의 대부분을 점유하고 있어, 대부분의 기업에서는 N-type, PERC(Passivated Emitter and Rear Contact), 후면전극, HIT(Heterojunction with Intrinsic Thinlayer)등 고효율 태양전지 중심으로 개발하고 있다.

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  • 박막형 태양전지

    박막형 태양전지는 실리콘 기판 전체를 태양광 흡수에 쓰는 결정질 실리콘 태양전지와 달리 유리나 플렉서블 기판 위에 빛을 흡수하는 반도체 소재를 얇게 증착하는 방식으로 제작하는 태양전지로 실리콘 박막, CIGS, CdTe 등이 있다. 박막 태양전지는 저가의 기판을 사용할 수 있고 공정이 상대적으로 단순하여 단가 절감과 다양한 응용이 가능하여 많은 연구가 진행되고 있으나, 결정질 실리콘 태양전지 가격의 지속적인 하락으로 박막형 태양전지를 비롯한 다른 종류의 태양전지 경쟁력이 크게 약화됨에 따라 시장 진입이 지연되고 있다.

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  • 인버터 (독립형)

    독립형 태양광 발전시스템은 태양광으로 발생되는 전력의 생산과 공급을 전력망에 의존하지 않고 자체적으로 해결할 수 있는 발전시스템이다. 독립형 태양광 발전시스템은 태양전지 패널, 배터리(Battery), 충전조절기(Charge Controller), AC/DC 인버터로 이루어진다. 배터리는 태양전지 패널에서 생산된 전력을 저장하는 역할을 한다. 충전조절기(Charge Controller)는 태양전지 판과 배터리 사이에 위치하여 배터리의 충전상태를 모니터링하고, 충전이 완료되었을 때 태양전지 패널에서 배터리로 전력이 흐르는 것을 방지하여 배터리의 손상을 막는 역할을 할 뿐 아니라 배터리에서 태양전지 패널로 전력이 역류하는 것을 방지하기도 한다.

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  • 인버터 (계통연계형)

    계통연계형 태양광 발전시스템은 현재 가장 널리 쓰이고 있는 발전시스템으로 태양전지 패널(Photovoltaic Panels)과 AC/DC 인버터(AC/DC Inverter)로 이루어져 있다. 이는 전력망과 연결되어 있어 가정에서 쓰고 남는 전기는 한국전력에 보내져 판매된다. 태양전지 패널에서는 태양에너지를 이용하여 전력을 생산하고, 이를 통해 생산된 전력이 직류 형태이기 때문에 가정에서 이 전력을 사용하기 위해서는 인버터를 통해 직류 전류를 교류 전류로 변환해주어야 한다. 수 kW에서 수 GW까지 설치용량이 다양해 대형 발전소, 상업용, 가정용 발전시스템에 널리 적용되고 있다.

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