(x)에너지 기후변화 관련자료

햇빛으로 전기를 만든다

제 12 장 햇빛으로 전기를 만든다


햇빛을 전기로 바꾸는 태양 전지를 설치
한 건물의 지붕

우리는 아무 때나 마음대로 전기를 쓸 수 있다. 그것은
공기나 물처럼 우리
주위에 흔하게 널려 있는 것처럼 보인다. 그러나 그것은 우리에게 그냥
주어지는 것이 아니다. 전기는
땅 속에 있는 석유나 석탄이나 우라늄을 캐내어서 불을 때고, 이때 나오
는 에너지로 수증기를 만들어서
발전기를 돌려야만 얻어진다. 전기는 아주 복잡한 작업을 거쳐야 얻어지
는 것이다. 그런데 이것보다 훨씬
간단하게 전기를 만들 수 있는 길이 있다. 태양으로부터 하루도 빠짐없
이 지구로 들어오는 햇빛을 곧바로
전기로 바꾸면, 먼 데서 석유나 우라늄을 싣고 올 필요도 없고, 거대한
화력발전소나 원자력발전소를 세울
필요도 없다. 그러니 대기오염이나 방사능 오염, 핵폐기물 문제를 걱정
할 필요도 없다.

1. 태양 전지
햇빛을 전기로 직접 바꾸려면 태양 전지를 이용하면 된다. 태양 전지는
규소 같은 반도체로 만드는데,
반도체는 특이한 성질을 가지고 있다. 이것은 구리 같이 전기가 잘 통하
는 도체와 달리 보통 때는 전기가
통하지 않는다. 그런데 온도가 올라가거나 에너지가 가해지면 도체는 저
항이 높아져서 전기가 잘 흐르지
않지만, 반도체는 도체와 정반대로 전기가 잘 통하게 된다. 태양 전지
는 반도체의 이러한 성질을 이용한
것이다.
태양 전지에 햇빛이 비치면 그 속의 전자가 움직이고 이것이 도선을 따
라 흘러가는데, 이러한 전자의 흐름에
의해서 전기가 만들어진다. 태양 전지는 반도체로 많이 사용되는 얇은
규소판으로 만든다. 이 규소판은
햇빛에 포함된 에너지의 15% 가량을 전기로 바꿀 수 있다. 태양 전지판
한 개에서 생기는 전압은 0.6V에
달하고, 발전 용량은 1.5와트(W) 정도 된다

태양 전지판 한 개에서 얻을 수 있는 전기의 양은 대단
히 적고, 전압도
낮다. 이것으로는 꼬마전구 한 개를 겨우 밝힐 수 있다. 그러므로 좀더
많은 전기를 얻기 위해서는 태양
전지판을 여러 개 연결해야 하는데, 이렇게 여러 개의 태양 전지를 연결
한 것을 태양 전지 모듈이라고
한다. 태양 전지 모듈은 보통 12볼트V 정도의 전압이 얻어질 수 있도록
태양 전지를 연결한 것이다.
태양 전지를 연결해서 모듈을 만들면 태양 전지 하나하나의 성능이 조금
씩 떨어지기 때문에, 이러한 모듈을
서로 연결해서 1 제곱미터 크기로 만들면 발전용량이 100와트 정도 되
는 태양광 발전기가 얻어진다.
태양 전지판은 물이나 공기에 닿으면 부식하기 때문에, 모듈로 제작할
때는 위, 아래, 그리고 옆을 세심하게
싸주어야 한다. 일반적으로 모듈의 윗면은 햇빛이 잘 통과할 수 있게 유
리로 덮고 아래면은 특수 플라스틱으로
싸준다.

몽골의
흙벽돌집 지붕에 설치된 태양광 발전기

2. 독립형 태양광 발전기
태양광 발전기로 만든 전기는 생산된 그 자리에서 직접 쓸 수도 있고,
전선망을 통해 전기회사로 보낼
수도 있다. 생산된 전기를 그 장소에서 직접 쓸 수 있도록 설비한 장치
는 독립형 태양광 발전기라고 하고,
전선망과 연결된 설비는 전선망 연결형 태양광 발전기라고 한다. 독립
형 발전기는 자가발전 장치와 같은
것인데, 이것은 전기를 생산하는 태양 전지 모듈, 전기를 저장하는 축전
지, 그리고 변환기 등으로 구성된다.
태양광 발전기에서 생산되는 전기는 직류이고, 전압이 12볼트나 24볼트
밖에 안되기 때문에 220 볼트의
교류 전기를 쓰도록 제작된 가전제품에는 맞지 않는데, 변환기는 이러
한 전기를 220볼트 교류 전기로
바꾸어주는 장치이다. 물론 전등과 가전제품이 모두 직류 전기용이면 변
환기를 설치할 필요는 없다.
몽골 등지에서는 용량이 50와트 정도 되는 작은 독립형 태양광 발전기
가 널리 사용되는데, 하루에 햇빛이
다섯 시간만 비치면 이것으로도 에너지 절약 전등 세 개를 켜고 라디오
를 들을 수 있다. 햇빛이 더 비쳐서
전기가 더 많이 나오는 날이면 텔레비전도 몇시간 볼 수 있고 컴퓨터도
쓸 수 있다. 낮에 다섯 시간
해가 비칠 경우 발전기에서 얻을 수 있는 전기는 하루에 250와트시에 달
한다. 10와트 짜리 에너지
절약형 전등 세 개를 다섯 시간 쓰면 150와트시가 들어가는데, 나머지
100 와트시로는 5와트 짜리
라디오를 스무시간 들을 수 있다. 라디오 대신에 소비전력이 25와트 되
는 작은 텔레비전을 보면 네 시간은
충분히 볼 수 있다.

몽골의 경우에서 볼 수 있듯이 독립형 태양광 발전기
는 전선망에 연결되기
어려운 외딴 지역에 대단히 유용하다. 이런 곳에 전선을 깔려면 비용이
많이 들고 게다가 자연환경까지도
파괴해야만 하는데, 태양광 발전기는 환경파괴도 일으키지 않고 값싸게
전기를 이용할 수 있는 길을 열어주는
것이다. 일반적으로 태양광 발전으로 전기를 생산하는 것은 화력발전의
경우보다 비용이 더 많이 든다.
그렇지만 외딴 지역에 화력발전소에서 만든 전기를 보내려면 따로 전선
을 설치해야 하기 때문에, 이런 곳은
전체적으로 태양광 발전을 하는 것이 더 유리하다. 새로 전선을 깔아야
만 불이 들어오는 가로등도 작은
태양광 발전기에 연결하면 손쉽게 설치할 수 있을 것이다.

3. 전선망에 연결된 태양광 발전기

전선망 연결형 태양광 발전기는 생산된 전기를 전선망을 통해서 전력회
사로 보낼 수 있게 되어 있다. 전선망을
통해서 전력회사로 넘어간 태양전기에 대해서 전력회사는 대가를 지불해
야 하는데, 이를 위해서는 전선망으로
나가는 태양전기의 양이 얼마인가를 재는 계량기가 필요하다. 전선망 연
결형 발전기에서는 전기가 모두 전선망으로
들어가기 때문에, 전기를 저장하는 축전지가 필요 없다. 태양광 발전기
에서 만들어진 직류 전기를 교류로
바꾸어주는 변환기만 설치하면 된다. 그러므로 전선망 연결형은 독립형
에 비해서 설치 비용이 적게 든다.
일년에 약 3000kWh의 전기를 생산할 수 있는 태양광 발전기의 용량은
2kW인데, 설치하는 데 드는
비용은 2000만원 가량 된다.

4. 태양광 발전의 장점

태양광 발전시설 중에서 현재 전세계적으로 가장 흔한 형태는 주택 지붕
에 평평한 태양 전지 모듈이 올려진
것이다. 그러나 태양 전지는 지붕에 올려질 수만 있는 것이 아니다. 기
와 형태로 된 태양 전지나 유리
대신 창에 끼울 수 있는 것도 개발되어 있다. 이런 것들을 사용하면 기
와 대신에 태양 전지를 깔면 되고,
유리창에는 유리대신 태양 전지 유리를 끼워넣으면 된다. 벽을 치장할
수 있는 소재로 개발된 태양 전지
모듈도 나와 있다.
태양광 발전기를 이용해서 전기를 생산하는 것은 화석연료로 발전하는
것에 비해서 여러 가지 유리한 점이
있다. 가동 중에 소음이나 배기가스가 발생하지 않기 때문에 환경친화적
이고, 한 번 설치하면 관리를 할
필요가 거의 없다. 또한 발전기를 폐기해도 나오는 것은 주로 유리와 규
소이기 때문에, 이것을 처리하는
데 아무런 문제가 없다. 규소를 녹여서 재활용하는 것도 얼마든지 가능
하다. 규소는 지각에 산소 다음으로
많이 존재하는 원소이기 때문에, 태양 전지를 아무리 많이 만들어낸다
해도 자원이 모자라는 일이 생기지
않는다.
석탄을 가지고 전기를 1킬로와트시 생산하면 이산화탄소가 약 1킬로그
램 방출되고, 이산화황은 0.7그램
정도 방출된다. 그러나 태양 전지로 전기를 얻는 경우에는 1킬로와트시
의 태양전기를 생산하는 데 이산화탄소는
230그램, 이산화황은 0.2그램 정도가 나온다. 여기서 이산화탄소나 이산
화황은 태양 전지에서 전기를
만들 때 방출되는 것은 아니다. 규소 태양 전지 제품을 만들 때 거기에
상당한 양의 에너지가 들어가는
데, 이러한 에너지를 얻기 위해서는 화석연료를 사용해야 하기 때문에
이산화탄소와 이산화황이 방출되는
것이다.


타워형 태양열 발전기. 햇빛이 거울에서 반사되어 탑 위에 있
는 발전기를 돌린다.

5. 태양에너지를 이용한 다른 전기생산 방식

태양에너지를 이용해서 전기를 생산하는 방법으로는 광전지가 아닌 다
른 장치를 사용하는 것도 있다. 이러한
장치에서는 태양빛을 가지고 고온의 열을 얻은 다음에, 이 고온을 이용
하여 발전기를 돌려서 전기를 생산한다.
이러한 장치 중에는 홈통형 태양열 발전기, 타워형 태양열 발전기, 접시
형 태양열 발전기가 있다. 홈통형
발전기에서는 그림에 나와 있는 것과 같이 포물선 형태로 구부러진 홈통
처럼 생긴 집광기에서 빛이 모여
초점의 연결관 속의 액체를 뜨겁게 가열하고, 가열된 액체가 발전기를
돌려서 전기를 생산한다. 타워형
발전기에서는 햇빛이 높은 탑 위의 발전기로 집중되어 발전기를 돌린
다.

자료제공 : 에너지대안센터

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