태양광은 전 세계 에너지수요량의 1만 배를 공급할 수 있는 양으로 알려져 있다. 이 태양광은 무공해, 수명의 제한이 없기 때문에 ‘재생 가능한 에너지’라 한다.
태양전지는 p형과 n형 반도체의 접합으로 구성된다. 태양광 발전의 원리는 태양전지에 태양광이 조사되면 광 에너지에 의한 전자와 정공 쌍이 생겨난다.
전자와 정공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생한다.그리고 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.
이러한 태양전지는 필요한 단위 용량으로 직·병렬 연결하여 태양전지 모듈로 상품화 된다.
태양전지는 솔라, 솔라 셀, 솔라 모듈, 태양전지모듈, 태양광 발전전지 등 다양하게 부른다.
태양광 발전 시스템은 수요자에게 항상 필요한 전기를 공급하기 위하여 모듈을 직·병렬로 연결한다. 구성은 태양전지 어레이, 전력 저장용 축전지, 충전 조절기 및 인버터 등의 주변장치로 이루어진다.
태양전지는 연료비가 불필요하고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다. 발전 부위가 반도체 소자이고 제어부가 전자 부품이므로 기계적인 진동과 소음이 없다.
태양전지는 수명이 최소 20년 이상으로 길고, 발전시스템을 반자동화 또는 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 가진다.
프랑스의 물리학자인 에드몬 베크렐은 1839년 최초로 전해액에 담긴 전극에 빛을 조사하면, 미량의 전류발생을 확인한 광 기전효과를 발견하였다. 이어 1905년 아인슈타인에 의해 광전효과이론이 증명되었다.
태양전지의 상용화는 1958년 미국 NASA에서 발사한 인공위성 뱅가드1호에 장착하면서 부터다. 1970년대 석유파동을 계기로 본격적인 상업화가 시작되어 2011년에는 발전량 기준으로 30.6GW, 시장이 1,210억 달러규모다.
태양전지는 산업 분류방법에 의하면 결정질 실리콘 태양전지, 박막 형 태양전지, 차세대 태양전지(염료감응 형, 유기물 형, 나노구조 형)로 구분한다.
또 원료물질에 의해 분류하면 실리콘 계열과 화합물 반도체 계열 등이 있다.
태양광 발전 시스템은 계통연계 형과 독립 형으로 나누어진다.
국내 태양광 업체는 부가가치가 낮은 설치·운영에 편중되어 있으나 대기업의 폴리실리콘 공장증설과 수직계열화를 통한 사업진출로 기술력 및 세계시장 점유율이 향상될 것으로 전망된다.
주인 없는 자연에너지, 맘껏 이용하자!
김귀열 (주)네오엔 연구소장 공학박사