태양광 발전 시스템

Photovoltaic system
Solar string inverter and other BOS components in Vermont, U.S.Solar array on rooftop in Hong KongBIPV on balcony in Helsinki, Finland
Solar rooftop system in Boston, United StatesWestmill solar park in the United Kingdom
Dual axis tracker with CPV modules in Golmud, ChinaTopaz Solar Farm, one of the world's largest PV power station, as seen from space
Large commercial flattop systemSolar farm at Mt. Komekura, JapanPV system on Germany's highest mountain-top
태양광 발전 시스템 및 구성 요소:

상단 : 태양열 인버터 및 기타 BOS 부품 · 중국 홍콩 옥상의 태양 어레이 · 핀란드 헬싱키 발코니의 BIPV
미국 보스턴의 옥상 시스템·영국 웨스트밀 솔라파크·CPV 모듈 포함 듀얼 축 트래커·우주에서 본 세계 최대 태양광 발전소 중 하나인 토파즈
바닥 : 약 400kW의p 상업용 옥상 PV시스템·일본 고메쿠라산 발전소·독일 최고봉 Zugspitze 솔라 PV시스템

태양광 발전 시스템은 또한 PV 시스템 또는 태양광 발전 시스템으로서, 태양광 발전을 통해 사용 가능한 태양광 전력을 공급하도록 설계된 전력 시스템이다.태양광을 흡수하여 전기로 변환하는 태양 전지판, 출력을 직류에서 교류로 변환하는 태양 인버터, 그리고 작동 시스템을 구축하기 위한 마운트, 배선 및 기타 전기 액세서리를 포함한 여러 구성 요소로 구성됩니다.또한 태양열 추적 시스템을 사용하여 시스템의 전체 성능을 개선하고 일체형 배터리를 포함할 수 있습니다.

PV 시스템은 빛을 전기로 직접 변환하며, 가열 및 냉각에 사용되는 집중형 태양열이나 태양열과 같은 다른 태양열 기술과 혼동해서는 안 된다.태양광 어레이는 태양광 패널의 앙상블, 즉 PV 시스템의 가시적인 부분만을 포함하며, 종종 시스템의 균형(BOS)으로 요약되는 다른 모든 하드웨어를 포함하지 않는다.PV 시스템은 용량이 수 킬로와트에서 수 십 킬로와트에 이르는 소형 옥상 마운트 또는 건물 통합 시스템에서부터 수백 메가와트의 대규모 유틸리티급 발전소에 이르기까지 다양하다.오늘날 대부분의 PV 시스템은 그리드에 연결되어 있는 반면 오프 그리드 또는 독립형 시스템은 시장의 작은 부분을 차지한다.

가동 부품이나 환경 배기가스 없이 조용하게 가동되는 PV 시스템은 틈새 시장 응용 분야에서 주류 전력 발전에 사용되는 성숙한 기술로 발전했습니다.옥상 시스템은 제조 및 설치를 위해 투자한 에너지를 0.7년에서 2년 이내에 회수하고 30년 사용 [1]: 30 [2][3]기간 동안 순 청정에너지의 약 95%를 생산한다.

태양광 발전의 성장으로 인해 PV 시스템의 가격은 도입 이후 급속히 하락하고 있지만, 시장과 시스템의 규모에 따라 다르다.2014년 미국의 주거용 5킬로와트 시스템 가격은 [4]와트당 약 3.29달러였지만, 침투도가 높은 독일 시장에서는 최대 100kW의 옥상 시스템 가격이 [5]와트당 1.24유로로 떨어졌다.오늘날 태양광 발전 모듈은 시스템 전체 [6]비용의 절반 미만을 차지하며, 나머지는 고객 획득, 허가, 검사 및 상호 연결, 설치 인건비 [7]: 14 및 금융 비용을 포함한 나머지 BOS 구성 요소와 소프트 비용에 맡긴다.

현대 시스템

개요

태양광 발전 시스템의 가능한 구성 요소 다이어그램

태양광 발전 시스템은 빛의 형태로 태양의 방사선을 사용 가능한 전기로 변환합니다.태양 어레이와 시스템 구성 요소의 밸런스로 구성됩니다.PV 시스템은 그리드 연결 대 독립형 시스템, 건물 통합 대 랙 마운트 시스템, 주택용 대 유틸리티 시스템, 분산형 대 중앙 집중형 시스템, 옥상 대 지상 마운트 시스템, 추적 대 고정 틸트 시스템, 새로 구축된 대 개조된 시스템 등 다양한 측면에 따라 분류할 수 있다.마이크로 인버터 대 중앙 인버터 시스템, 결정 실리콘 대 박막 기술을 사용하는 시스템, 모듈을 사용하는 시스템 등이 다른 차이점일 수 있습니다.

유럽 전체 태양광 발전 시스템의 약 99%와 미국 전체 태양광 발전 시스템의 90%가 전기망에 연결되어 있는 반면, 오프 그리드 시스템은 호주와 [8]: 14 한국에서 다소 더 흔하다.PV 시스템은 배터리 스토리지를 거의 사용하지 않습니다.분산형 [9][10]에너지 스토리지에 대한 정부 인센티브가 구현되고 소규모 시스템에 대한 스토리지 솔루션에 대한 투자가 점차 경제적으로 가능해짐에 따라 이러한 상황은 달라질 수 있습니다.일반적인 주택용 태양광 어레이는 건물의 지붕이나 파사드에 통합되지 않고 지붕에 랙을 설치합니다.이렇게 하면 훨씬 더 비쌉니다.유틸리티 규모의 태양광 발전소는 고가의 추적 장치를 사용하는 대신 고정된 기울어진 태양 전지판을 사용하여 지상에 설치된다.결정성 실리콘은 전 세계에서 생산되는 태양 전지 모듈의 90%에 사용되는 주요 재료이며, 반면 경쟁사인 박막은 시장 [1]: 17–20 점유율을 잃었다.전체 태양 전지 및 모듈의 약 70%가 중국과 대만에서 생산되고 있으며, 유럽과 [1]: 11–12 미국 제조업체에서 생산되는 것은 불과 5%에 불과하다.소형 옥상 시스템과 대형 태양광 발전소의 설치 용량은 유럽에서 지상 장착형 솔에 대한 반대가 적은 미국 선벨트와 같이 햇빛이 잘 드는 지역으로 새로운 설치에 대한 초점이 이동함에 따라 공공 규모 시스템으로 향하는 추세도 있지만, 같은 비율로 빠르게 증가하고 있다.투자자들은 [8]: 43 아르팜과 비용효율을 더욱 강조하고 있다.

기술의 진보와 제조 규모 및 정교함의 증가로 인해 태양광 발전 비용은 [3]지속적으로 감소하고 있습니다.전 세계에 수백만 개의 PV 시스템이 배포되고 있으며, 주로[1]: 5 유럽에만 140만 대의 시스템이 배포되고 있으며,[11] 미국에는 440,000대의 시스템이 있는 북미 지역에도 배포되고 있습니다.기존 태양광 모듈의 에너지 변환 효율은 2004년 이후[1]: 17 15%에서 20%로 증가했으며, PV 시스템은 제조에 필요한 에너지를 약 2년 만에 회수한다.예외적으로 조사된 장소 또는 박막 기술을 사용하면 이른바 에너지 회수 시간이 1년 [1]: 30–33 이하로 단축됩니다.태양광 발전 전기에 대한 우대 공급 관세와 같은 순 계량 및 재정적 인센티브도 많은 국가에서 [12]PV 시스템 설치를 크게 지원했다.대규모 PV 시스템에서 균등화된 전력 비용은 지리적 지역 목록에서 기존 전력원과 경쟁하게 되었으며,[13][14][15] 약 30개국에서 그리드 패리티가 달성되었다.

2015년 현재 빠르게 성장하고 있는 글로벌 PV 시장은 2006년 [16]설치 용량의 약 40배인 200GW에 빠르게 근접하고 있습니다.이러한 시스템은 현재 전 세계 전력 발전에 약 1%의 기여를 하고 있다.현재 PV 시스템 설치 1위는 중국, 일본, 미국이며, 전 세계 용량의 절반이 유럽에 설치되어 있으며, 독일과 이탈리아는 각각 국내 전력 소비량의 7~8%를 태양광 [17]PV로 공급하고 있다.국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 태양광과 집중형 태양광이 각각 [7]16%, 11%의 세계 최대 전력 공급원이 될 것으로 예상하고 있다.

솔라 그리드 접속

주요 기사: 그리드 연결 태양광 발전 시스템
일반 주택용 PV 시스템의 설계도

그리드 연결 시스템은 더 큰 독립 그리드(일반적으로 공공 전기 그리드)에 연결되어 그리드에 직접 에너지를 공급합니다.이 에너지는 고객의 에너지 소비(피드인 관세)와 무관하게 계산되는지 또는 에너지 차이(순 미터링)에만 계산되는지에 따라 수익 측정 지점 전후에 주거용 또는 상업용 건물에 의해 공유될 수 있다.이러한 시스템의 크기는 주거용(2-10kWp)에서 태양광 발전소(최대 10sp MW)까지 다양하다.이것은 분산 발전의 한 형태입니다.그리드에 전기를 공급하려면 특수 동기식 그리드 타이 인버터에 의해 DC를 AC로 변환해야 합니다.킬로와트 규모의 설비에서는, DC측의 시스템 전압은, 오믹 손실을 제한하기 위해서, 허용되는 한(미국 주택용 600 V를 제외하고, 통상은 1000 V)입니다.대부분의 모듈(60 또는 72개의 결정 실리콘 셀)은 36V에서 160W~300W를 생성합니다.모든 모듈을 직렬로 연결하는 것이 아니라 부분적으로 병렬로 연결하는 것이 필요할 수도 있고 바람직할 수도 있습니다.직렬로 연결된 개별 모듈 세트를 '문자열'[18]이라고 합니다.

시스템 규모

태양광 발전 시스템은 일반적으로 주거용 옥상, 상업용 옥상 및 지상 설치 유틸리티 스케일 시스템의 세 가지 시장 세그먼트로 분류된다.그들의 용량은 몇 킬로와트에서 수백 메가와트까지 다양하다.일반적인 주거용 시스템은 약 10킬로와트이며 경사 지붕에 설치되는 반면, 상업용 시스템은 메가와트 규모에 이를 수 있으며 일반적으로 저경사 또는 심지어 평평한 지붕에 설치됩니다.옥상에 설치된 시스템은 소규모로 대규모 유틸리티 설치보다 와트당 비용이 높지만 시장에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있습니다.그러나 특히 지구의 [8]: 43 [19]"선벨트" 지역에서 더 큰 유틸리티 규모의 발전소로 가는 추세가 증가하고 있다.

유틸리티 스케일

주요 기사:태양광 발전소
우크라이나의 페로보 솔라파크

대규모 유틸리티 규모의 태양광 파크 또는 농장은 발전소로 많은 소비자에게 에너지를 공급할 수 있다.발전된 전력은 중앙 발전 플랜트(그리드 연결 또는 그리드 연결 플랜트)에 의해 구동되는 전송 그리드에 공급되거나 하나 또는 다수의 가정용 전기 발전기와 결합하여 소형 전기 그리드(하이브리드 플랜트)에 공급된다.드물게 발전된 전기가 섬/독립형 [20][21]발전소에서 직접 저장되거나 사용된다.PV 시스템은 일반적으로 주어진 투자에 대해 최고의 에너지 수율을 보장하도록 설계되어 있습니다.솔라 스타, 발트폴렌츠 솔라 파크, 토파즈 솔라 팜과 같은 일부 대형 태양광 발전소는 수십, 수백 헥타르의 면적을 차지하며 최대 수백 메가와트의 전력을 생산한다.

옥상, 모바일, 휴대용

주요 기사 : 옥상 태양광 발전소
미국 보스턴 근처의 옥상 시스템.

소형 PV 시스템은 단일 가정 또는 AC 또는 DC 전기의 형태로 격리된 장치에 충분한 AC 전력을 공급할 수 있습니다.군사 및 민간 지구 관측 위성, 가로등, 건설 및 교통 표지판, 전기 자동차, 태양열 [22]텐트 및 전기 항공기는 설계 및 전력 수요에 따라 AC 또는 DC 전원 형태로 기본 또는 보조 전원을 제공하는 통합 태양광 발전 시스템을 포함할 수 있다.2013년에는 옥상 시스템이 전 세계 설치의 60%를 차지했습니다.그러나 새로운 PV 설비의 초점이 유럽에서 지상 태양광 발전소에 대한 반대가 덜 [8]: 43 강조된 지구의 선벨트 지역 국가로 이동함에 따라 옥상에서 벗어나 유틸리티 규모의 PV 시스템으로 향하는 경향이 있다.휴대용 및 모바일 PV 시스템은 "오프 그리드" 작동을 위해 유틸리티 연결과 독립적으로 전력을 공급합니다.이러한 시스템은 레저용 차량이나 보트에 매우 일반적으로 사용되고 있기 때문에, 이러한 애플리케이션이나 제품을 대상으로 하는 소매업자가 있습니다.레저용 차량(RV)은 일반적으로 배터리를 운반하고 조명 및 기타 시스템을 명목상 12V DC 전원으로 작동하기 때문에, RV 시스템은 일반적으로 12V 배터리를 직접 충전할 수 있는 전압 범위에서 작동하므로 PV 시스템을 추가하려면 패널, 충전 컨트롤러 및 배선만 필요합니다.레크리에이션 차량의 태양광 시스템은 일반적으로 RV의 [23]지붕 공간의 물리적 크기에 따라 와트 수가 제한됩니다.

빌딩 통합

주요 기사:건물 일체형 태양광 발전
스페인 바르셀로나 근처의 BAPV 벽

도시 및 교외 지역에서는 전력 사용을 보충하기 위해 옥상에서 태양광 발전 어레이를 사용하는 경우가 많습니다. 종종 건물은 전력 그리드에 연결되어 있습니다. 이 경우 PV 어레이에 의해 생산된 에너지는 일종의 순 계량 계약에서 전력회사에 되팔 수 있습니다.일부 유틸리티는 PV [24]패널 사용을 지원하기 위해 상업용 고객의 지붕과 전신주를 사용합니다.태양광 나무는 이름에서 알 수 있듯이 나무 모양을 모방하고 그늘을 제공하며 밤에는 가로등 역할을 할 수 있는 배열입니다.

성능

상세 정보:태양광 발전 시스템 성능

시간 경과에 따른 수익의 불확실성은 대부분 태양 자원의 평가와 시스템 자체의 성능과 관련이 있다.최선의 경우 불확실성은 일반적으로 연간 기후 변동의 경우 4%, 태양 자원 추정의 경우 5%, 어레이 평면의 조사 추정의 경우 3%, 모듈의 전력 정격의 경우 3%, 먼지와 오염으로 인한 손실의 경우 2%, 눈으로 인한 손실의 경우 1.5%, 기타 오류 발생원의 경우 5%이다.수익과 O&M의 효율화를 위해서는 관리 가능한 손실을 파악하고 대응하는 것이 중요합니다.어레이의 퍼포먼스 감시는 어레이 소유자, 빌더 및 [citation needed]생성된 에너지를 구입하는 유틸리티 간의 계약 계약의 일부일 수 있습니다.쉽게 구할 수 있는 기상 데이터를 이용한 '합성일' 작성 방법과 야외 태양광 시험장을 이용한 검증을 통해 높은 [25]정확도로 태양광 발전 시스템의 성능을 예측할 수 있다.이 방법은 눈 또는 오염이나 눈 [28]손실에 대한 표면 코팅의 영향(예: 소수성 또는 친수성)과[26][27] 같은 국지적 규모의 손실 메커니즘을 결정하는 데 사용할 수 있다.(단, 지반 간섭이 심한 폭설 환경에서는 30%의 [29]눈으로 인한 연간 손실이 발생할 수 있습니다.)인터넷 접속은 에너지 감시와 통신을 더욱 향상시켰다.전용 시스템은 여러 벤더가 제공하고 있습니다.마이크로 인버터(패널 레벨 DC에서 AC로의 변환)를 사용하는 태양광 발전 시스템의 경우 모듈 전력 데이터가 자동으로 제공됩니다.일부 시스템에서는 제한에 이르렀을 때 전화/이메일/문자 경고를 트리거하는 성능 경보를 설정할 수 있습니다.이러한 솔루션은 시스템 소유자 및 설치 관리자를 위한 데이터를 제공합니다.인스톨러에서는, 복수의 인스톨을 리모트로 감시해, 인스톨 [citation needed]베이스 전체의 상태를 한눈에 확인할 수 있습니다.

구성 요소들

PV 시스템(BOS)의 시스템 구성요소의 균형은 태양광 어레이의 발전 서브시스템(왼쪽)과 AC-house 장치 및 유틸리티 그리드(오른쪽)의 전력 사용 측면의 균형을 맞춘다.

주거용, 상업용 또는 산업용 에너지 공급을 위한 태양광 발전 시스템은 태양열 어레이와 종종 시스템의 균형(BOS)으로 요약되는 많은 구성요소로 구성됩니다.이 용어는 "플랜트 균형"과 동의어입니다. BOS 컴포넌트에는 일반적으로 하나 이상의 DC-AC 전력 변환기(인버터, 에너지 저장 장치, 태양광 어레이, 전기 배선 및 상호 연결을 지원하는 랙 시스템, 기타 컴포넌트)를 장착하기 위한 전원 조절 장치 및 구조물이 포함됩니다.원포인트

선택적으로 시스템의 잔액에는 재생 에너지 신용 등급계, 최대 전력점 추적기(MPPT), 배터리 시스템과 충전기, GPS 솔라 추적기, 에너지 관리 소프트웨어, 태양광 조사 센서, 풍속계 또는 시스템의 특수 요건을 충족하도록 설계된 작업별 부속품이 포함될 수 있다.또한, CPV 시스템은 광학 렌즈나 거울 그리고 때로는 냉각 시스템을 필요로 한다.

태양 어레이가 전체 시스템을 포괄하지 않음에도 불구하고 "태양광 어레이"와 "PV 시스템"이라는 용어는 종종 서로 다르게 사용됩니다.또한 "솔라 패널"은 "솔라 모듈"의 동의어로 자주 사용됩니다. 그러나 패널은 여러 모듈의 문자열로 구성됩니다."태양광 시스템"이라는 용어는 PV 시스템에서 자주 잘못 사용되는 용어이기도 하다.

솔라 어레이

상세정보: PV 모듈
미국 뉴햄프셔 주 캔터베리의 결정 실리콘 패널 고정 틸트 솔라 어레이
스페인 마요르카 섬에 있는 수천 개의 태양 모듈을 갖춘 태양 발전소의 태양 전지

태양광 발전 시스템의 구성 요소는 태양 전지입니다.태양전지는 광자 에너지를 전기로 직접 변환할 수 있는 전기 장치이다.태양전지에는 결정성 실리콘 셀(c-Si)의 1세대(1G), 박막 셀(CdTe, CIGS, 아모르퍼스 실리콘, GaAs 등)의 2세대(2G), 유기, 염료감응성, 다기능성 페르자이트의 3세대(3G)의 3세대(3G)가 있다.

보통 직렬로 연결된 기존의 c-Si 태양 전지는 날씨로부터 보호하기 위해 태양 모듈에 캡슐화되어 있습니다.모듈은 커버로서의 강화 글라스, 부드럽고 유연한 캡슐화제, 내후성 및 내화성 소재로 만들어진 리어 백시트 및 외측 가장자리 주변의 알루미늄 프레임으로 구성됩니다.전기적으로 연결되고 지지 구조 위에 설치된 태양 전지 모듈은 종종 태양 전지판이라고 불리는 일련의 모듈을 만듭니다.태양 어레이는 하나 이상의 그러한 [32]패널로 구성됩니다.태양광 발전 어레이 또는 태양 어레이는 태양 모듈의 연결된 집합체이다.1개의 모듈이 생산할 수 있는 전력은 가정이나 기업의 요건을 충족할 수 있는 경우가 드물기 때문에 모듈이 서로 연결되어 어레이를 형성합니다.대부분의 PV 어레이는 인버터를 사용하여 모듈에서 생성된 DC 전원을 라이트, 모터 및 기타 부하에 전력을 공급할 수 있는 교류로 변환합니다.일반적으로 PV 어레이의 모듈은 먼저 원하는 전압을 얻기 위해 직렬로 연결한 다음 개별 스트링을 병렬로 연결하여 시스템이 더 많은 전류를 생성할 수 있도록 합니다.태양 전지판은 일반적으로 STC(표준 시험 조건) 또는 PTC(PVUSA 시험 조건)에서 [33]와트 단위로 측정된다.일반적인 패널 정격은 100와트 미만에서 400와트 [34]이상입니다.어레이 정격은 패널 정격의 합계(와트, 킬로와트 또는 메가와트)로 구성됩니다.

모듈 및 효율성

일반적인 150와트 PV 모듈의 크기는 약 1평방미터입니다.이러한 모듈은 날씨와 위도를 고려한 후 매일 평균 0.75킬로와트시(kWh)를 생산할 것으로 예상할 수 있다.온도 상승으로 모듈 출력 및 수명이 저하되었습니다.주변 공기가 위로 흐를 수 있도록 허용하고 가능하면 PV 모듈을 통해 이 문제를 줄입니다.유효한 모듈의 수명은 보통 25년 [35]이상입니다.PV 태양광 설비에 대한 투자의 투자 회수 기간은 매우 다양하며,[36] 일반적으로 투자 수익률 계산보다 덜 유용하다.일반적으로 10년에서 20년 사이로 계산되지만 인센티브를 통해 [37]재무적 상환 기간이 훨씬 짧아질 수 있습니다.

태양광 발전 모듈에 대한 온도 영향은 일반적으로 개방 회로 전압, 단락 전류 및 최대 전력 대 온도 변화와 관련된 계수를 통해 정량화된다.본 문서에서는 온도 [38]계수를 추정하기 위한 포괄적인 실험 지침.

개별 태양 전지의 낮은 전압(일반적으로 0.5V)으로 인해 여러 셀이 "라미네이트"를 제조할 때 직렬로 배선된다(PV 시스템에 사용되는 구리 참조).라미네이트는 보호용 내후성 인클로저로 조립되어 태양광 모듈 또는 태양광 패널을 만듭니다.그런 다음 모듈을 함께 광전지 어레이로 연결할 수 있습니다.2012년에는 소비자가 사용할 수 있는 태양 전지판의 효율이 약 17%[39]인 반면, 상업용 패널은 최대 27%에 달합니다.Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems의 한 그룹이 44.7% 효율에 도달할 수 있는 셀을 개발했다고 기록되었으며, 이는 50% 효율 한계치에 도달하려는 과학자들의 희망을 훨씬 더 실현 가능하게 한다.[40][41][42][43]

음영 및 오염

광전지 전기 출력은 음영에 매우 민감합니다("크리스마스 빛 효과").[44][45][46]셀, 모듈 또는 어레이의 작은 부분이라도 음영 처리되고 나머지는 햇빛에 노출되면 내부 '단락'(p-n 접합부의 음영 처리된 부분을 통해 전자가 반전됨)으로 인해 출력이 극적으로 떨어집니다.일련의 셀 문자열에서 끌어온 전류가 음영 셀에서 생성할 수 있는 전류보다 크지 않은 경우 문자열에서 발생하는 전류(및 전력)는 제한됩니다.문자열의 다른 셀에서 충분한 전압을 사용할 수 있는 경우 음영 부분의 접점을 분해하여 셀을 통해 전류가 강제됩니다.공통 셀의 이 고장 전압은 10~30V입니다.음영 셀은 패널에 의해 생성되는 전력을 추가하는 대신 전력을 흡수하여 열을 발생시킵니다.음영 셀의 역전압은 조명 셀의 정방향 전압보다 훨씬 높기 때문에 음영 셀 하나가 문자열 내의 다른 셀의 전력을 흡수하여 패널 출력에 불균형적으로 영향을 줄 수 있습니다.예를 들어 음영 셀은 특정 전류 레벨에서 0.5V를 추가하는 대신 8V를 강하하여 16개의 다른 [47]셀에서 발생하는 전력을 흡수할 수 있습니다.따라서 PV 설비는 나무나 기타 장애물에 의해 그늘지지 않는 것이 중요합니다.

LiDAR를 [48]사용하여 두 큰 영역에 걸쳐 나무에서 PV 시스템으로의 음영 손실을 결정하기 위해 여러 가지 방법이 개발되었으며, 3D [49]모델링 소프트웨어를 사용하여 개별 시스템 수준에서도 마찬가지이다.대부분의 모듈에는 각 셀 또는 셀 문자열 사이에 바이패스 다이오드가 있어 음영 효과를 최소화하고 어레이의 음영 부분의 전력만 손실됩니다.바이패스 다이오드의 주된 역할은 어레이에 추가 손상을 입히고 화재를 일으킬 수 있는 셀에 형성된 핫스팟을 제거하는 것입니다.

햇빛은 모듈 표면의 먼지, 눈 또는 기타 불순물(총칭하여 오염)에 의해 흡수될 수 있습니다.오염되면 셀에 닿는 빛이 감소하여 PV 시스템의 출력이 감소합니다.오염 손실은 시간이 지남에 따라 누적되며 적절한 세척 없이 커질 수 있습니다.2018년에는 오염으로 인한 전 세계 연간 에너지 손실이 최소 3 - 4%[50]로 추정되었습니다.그러나 오염 손실은 지역에 따라,[51][52][53][54] 그리고 지역 내에서 크게 다릅니다.모듈 표면을 깨끗하게 유지하면 PV 시스템의 수명 동안 출력 성능이 향상됩니다.눈이 많은 지역(Ontario)에서 수행된 한 연구에서는 15개월 후에 평평한 장착 태양 전지판을 청소하면 생산량이 거의 100% 증가했습니다.그러나 5° 기울어진 어레이는 [27][55]빗물에 의해 적절히 청소되었습니다.많은 경우, 특히 건조한 지역이나 사막, 도로, 산업 또는 농업과 가까운 곳에서 태양 전지판을 정기적으로 청소하는 것이 비용 효율적이다.2018년에는 오염으로 인한 수익 손실이 50억유로에서 70억유로 [50]사이로 추정되었습니다.

태양광 발전 모듈의 장기적 신뢰성은 성공적인 에너지원으로서의 PV의 기술적, 경제적 생존 가능성을 보장하기 위해 중요하다.PV 모듈의 열화 메커니즘 분석은 현재 수명이 25년을 [56]넘도록 보장하는 데 핵심적이다.

일사 및 에너지

지구 태양 자원

태양 일사는 직접, 확산 및 반사 방사선으로 구성됩니다.PV 셀의 흡수 계수는 [57]셀에 흡수되는 입사 태양 복사 강도의 비율로 정의된다.적도에서 구름 한 점 없는 날 정오에, 태양의 힘은 태양 광선에 수직인 평면에 대해 지구 표면에서 약 1kW/[58]m입니다2.따라서 PV 어레이는 매일 태양을 추적하여 에너지 수집을 크게 향상시킬 수 있습니다.그러나 트래킹 디바이스는 비용이 많이 들고 유지보수가 필요하기 때문에 PV 어레이에는 어레이를 기울여서 태양 정오를 향하게 하는 고정 마운트가 있는 것이 일반적입니다(북반구는 대략 남반구 또는 남반구는 정북).수평으로부터의 기울기 [59]각도는 계절에 따라 변경할 수 있지만, 고정된 경우에는 스탠드아론 시스템의 통상적인 연간 전력 수요 피크 시에 최적의 어레이 출력을 제공하도록 설정해야 합니다.이 최적의 모듈 기울기 각도는 연간 최대 어레이 에너지 [60]출력의 기울기 각도와 반드시 동일할 필요는 없습니다.특정 환경에 대한 태양광 발전 시스템의 최적화는 태양 플럭스, 오염 및 눈 손실의 문제가 적용되어야 하기 때문에 복잡할 수 있다.또한, 이후 연구에서는 스펙트럼 효과가 최적의 광전지 재료 선택에 역할을 할 수 있음을 보여주었다.예를 들어, 스펙트럼 알베도는 태양광 발전 시스템[61] 주변의 표면과 태양 전지 [62]물질의 유형에 따라 출력에 중요한 역할을 할 수 있다.미국과 유럽의 날씨와 위도의 경우, 전형적인 일사량은 북부 기후의 경우 4 kWh2/m/day에서 가장 햇빛이 잘 드는 지역의 경우 6.5 kWh2/m/day까지 다양하다.유럽이나 미국의 북위도에 있는 태양광 발전 시설은 하루에 1 kWh/m2/day를 생산할 것으로 예상할 수 있다.호주 또는 유럽 또는 미국의 남위도에 있는 일반적인 1kW 태양광 발전 설비는 위치, 방향, 기울기, 일사 및 기타 요인에 따라 하루에 3.5-5kWh를 생산할 수 있다.사하라 사막에서는 구름 덮개가 적고 태양 각도가 더 좋아 이상적으로 하루에 8.3 kWh/m2/m에 근접할 수 있다. 단, 거의 현재 바람이 모래를 유닛에 날리지 않는다면 말이다.사하라 사막의 면적은 900만 km2 이상이다. 약 1%인 90,6002 km는 세계의 모든 발전소를 [63]합친 만큼의 전기를 생산할 수 있다.

마운트

주요 기사:태양광 발전 설치 시스템
1980년대 독일의 북 프리지안 섬에서 23년 된 지상 장착형 PV 시스템.모듈 변환 효율은 12%에 불과했습니다.

모듈은 접지 마운트, 루프 마운트 또는 폴 마운트로 분류될 수 있는 일종의 마운트 시스템에서 어레이로 조립됩니다.태양광 파크의 경우 대형 랙을 지면에 장착하고 모듈을 랙에 장착합니다.건물의 경우, 경사 지붕을 위해 많은 다른 선반들이 고안되었습니다.평평한 지붕에는 랙, 빈 및 빌딩 통합 솔루션이 사용됩니다.[citation needed]폴 상단에 장착된 태양 전지판 랙은 정지 상태이거나 이동할 수 있습니다(아래 추적기 참조).폴의 측면 마운트는 조명기구나 안테나 등 폴의 상단에 다른 것이 장착되어 있는 경우에 적합합니다.폴 마운트는 잡초 그림자 및 가축 위로 접지 장착 어레이를 올리고 노출된 배선의 접근 불가능에 관한 전기 법규 요건을 충족할 수 있습니다.폴 장착 패널은 아래쪽의 냉각 공기가 더 많이 노출되어 있어 성능이 향상됩니다.복수의 폴탑랙을 주차주차장 또는 다른 그늘구조로 형성할 수 있다.왼쪽에서 오른쪽으로 태양을 따라가지 않는 랙은 위아래로 계절을 조정할 수 있습니다.

케이블 접속

주요 기사:솔라 케이블 및 전기 배선

태양 케이블은 야외에서 사용하기 때문에 자외선 및 극도로 높은 온도 변동에 견딜 수 있도록 설계되어 있으며 일반적으로 날씨의 영향을 받지 않습니다.PV 시스템에서 전기 배선의 사용을 규정하는 표준에는 국제 전기 표준 위원회의 IEC 60364, 섹션 712 "태양광기전(PV) 전원 공급 시스템", 마이크로제너레이션 및 태양광 시스템과 관련된 규제를 통합한 영국 표준 BS 7671 및 미국 UL4703 표준이 포함된다.4703 "광전 와이어"

트래커

주요 기사:솔라 트래커
1998년식 수동형 태양 추적기 모델입니다. 아래에서 보면요.

태양 추적 시스템은 하루 종일 태양 전지판을 기울인다.추적 시스템의 종류에 따라, 패널은 태양을 직접 겨냥하거나 부분적으로 구름이 낀 하늘에서 가장 밝은 영역을 겨냥합니다.추적기는 [64][65]위도에 따라 단일 축 추적기의 경우 약 20–25%, 이중 축 추적기의 경우 약 30% 이상 시스템에서 생성되는 총 전력을 증가시켜 이른 아침 및 늦은 오후 성능을 크게 향상시킵니다.추적기는 많은 양의 햇빛을 직접 받는 지역에서 효과적입니다.확산광(구름이나 안개 아래)에서 추적은 거의 또는 전혀 가치가 없다.대부분의 집중 태양광 발전 시스템은 햇빛의 각도에 매우 민감하기 때문에 추적 시스템을 통해 [66]매일 단기간 이상 유용한 전력을 생산할 수 있습니다.추적 시스템은 두 가지 주요 이유로 성능을 향상시킵니다.첫째, 태양 전지판이 태양빛에 수직일 때, 각을 졌을 때보다 표면에 더 많은 빛을 받는다.둘째, 직사광선은 각진 [67]빛보다 더 효율적으로 사용된다.특수 반사 방지 코팅은 직사광선 및 각도 조명에 대한 태양광 패널 효율을 개선하여 [68]추적의 이점을 다소 줄일 수 있습니다.

성능을 최적화하기 위한 추적기 및 센서는 종종 옵션으로 간주되지만, 실행 가능한 출력을 최대 45%[69]까지 높일 수 있습니다.1메가와트에 근접하거나 초과하는 어레이는 종종 태양열 추적기를 사용합니다.구름, 그리고 세계의 대부분이 적도에 있지 않고, 해가 저녁에 진다는 사실을 고려하면, 태양 에너지의 정확한 척도는 일사 즉, 평방 미터 당 평균 킬로와트 시간 수이다.미국과 유럽의 날씨와 위도의 경우, 전형적인 일사량은 북부 기후에서 2.26 kWh/m2/day에서 햇빛이 가장 강한 지역의 [70][71]5.61 kWh/m2/day까지 다양하다.

대규모 시스템의 경우 추적 시스템을 사용하여 얻는 에너지는 추가된 복잡성을 초과할 수 있습니다.대규모 시스템의 경우 추적 유지보수가 추가되면 상당한 [72]피해가 발생합니다.평면 패널 및 저농도 태양광 발전 시스템의 경우 추적은 필요하지 않습니다.고농도 태양광 발전 시스템의 경우 이중 축 추적은 필수적입니다.[73]가격 동향은 고정식 태양 전지판을 추가하는 것과 추적하는 패널 수를 줄이는 것 사이의 균형에 영향을 미칩니다.

단일 축 추적기의 가격, 신뢰성 및 성능이 향상됨에 따라, 시스템은 유틸리티 규모의 프로젝트에서 점점 더 많은 비율로 설치되었습니다.WoodMackenzie/GTM Research의 자료에 따르면 2017년 세계 태양광 트래커 출하량은 14.5기가와트를 기록했습니다.이는 연간 32%의 성장을 나타내며, 대규모 태양광 보급이 [74]가속화됨에 따라 비슷하거나 더 큰 성장이 예상된다.

인버터

주요 기사:솔라 인버터, 솔라 마이크로 인버터 및 파워 인버터
AC와 DC의 접속을 끊는 중앙 인버터(측면), 감시 게이트웨이, 변압기 분리 및 인터랙티브 LCD.
스트링 인버터(왼쪽), 발전 미터 및 AC 절단(오른쪽).미국 버몬트에 있는 최신 2013년식 설치.

그리드 접속 어플리케이션과 같이 교류(AC)를 공급하도록 설계된 시스템에서는 태양 모듈에서 AC로 직류(DC)를 변환하기 위한 인버터가 필요합니다.그리드 연결 인버터는 그리드 주파수에 동기화된 사인파 형태의 AC 전기를 공급해야 하며, 그리드 전압이 [75]꺼진 경우 공급 전압을 그리드 전압 이하로 제한하고 그리드에서 분리해야 합니다.아일랜드 인버터는 그리드 공급 장치와의 동기화 또는 조정이 필요하지 않으므로 정현파 파형에서 조절된 전압과 주파수만 생성하면 된다.

솔라 인버터는 일련의 솔라 패널에 접속할 수 있다.일부 설비에서는 각 태양 [76]전지판에 태양광 마이크로 인버터가 연결되어 있습니다.안전을 위해 AC 측과 DC 측 모두에 회로 차단기가 제공되어 유지보수가 가능합니다.AC 출력은 전기 계량기를 통해 공용 [77]그리드에 연결할 수 있습니다.시스템의 모듈 수에 따라 태양열 어레이에서 발생할 수 있는 총 DC 와트가 결정됩니다. 그러나 인버터는 궁극적으로 소비를 위해 분배될 수 있는 AC 와트 양을 제어합니다.예를 들어 11kW DC(kWDC) 상당의 PV 모듈과 10kW AC(kWAC) 인버터 1개를 조합한 PV 시스템은 인버터의 출력 10kW로 제한됩니다.2019년 현재, 최첨단 변환기의 변환 효율은 98% 이상에 달합니다.현 인버터는 주거용에서 중형 상업용 PV 시스템에 사용되는 반면 중앙 인버터는 대규모 상업용 및 유틸리티 규모의 시장을 포괄한다.중앙 인버터와 스트링 인버터의 시장점유율은 각각 약 44%, 52%이며 마이크로 인버터는 1%[78] 미만이다.

MPPT(Maximum Power Point Tracking)는 그리드 연결 인버터가 태양광 어레이에서 가능한 최대 전력을 얻기 위해 사용하는 기술입니다.이를 위해 인버터의 MPPT 시스템은 항상 변화하는 태양 어레이의 출력을 디지털 방식으로 샘플링하고 최적의 최대 전력점을 [79]찾기 위해 적절한 저항을 가합니다.

안티아일랜드는 인버터를 즉시 셧다운하는 보호 메커니즘으로 부하와의 접속이 없어졌을 때 인버터가 AC전력을 발생시키지 않도록 합니다.예를 들어, 이 문제는 정전 시 발생합니다.이러한 보호가 없다면, 태양광 어레이가 정전 중에도 DC 전력을 계속 공급하기 때문에 공급 라인은 "전원 공급 라인"으로 둘러싸인 "섬"이 될 것이다.아일랜드는 AC회로에 전원이 공급되고 있는 것을 깨닫지 못하는 유틸리티 워커에게 위험하며,[80] 디바이스의 자동 재접속을 방해할 수 있습니다.완전한 오프 그리드 시스템에는 섬 방지 기능이 필요하지 않습니다.

2019년 인버터/컨버터 시장
유형 힘 효율성.(a) 시장.
공유하다(b) 		언급
스트링 인버터 최대 150kWp(c) 98% 61.6% 비용은(b) 와트 피크당 0.05~0.17유로입니다.교환이 간단.
중앙 인버터 80kWp 이상 98.5% 36.7% 와트 피크당 0.04유로높은 신뢰성.서비스 계약과 함께 판매되는 경우가 많습니다.
마이크로 인버터 모듈 전력 범위 90%–97% 1.7% 와트 피크당 0.29유로교환의 용이성에 관한 우려.
DC/DC 컨버터
(전력 최적화 도구)		 모듈 전력 범위 99.5% 5.1% 와트 피크당 0.08유로교환의 용이성에 관한 우려.인버터가 아직 필요합니다.
출처 : IHS Markit 2020의 데이터, Fraunhofer ISE 2020의 코멘트: 태양광 발전 보고서 2020, 페이지 39, PDF[78]
 노트: 표시된 최고의 효율성, 시장 점유율 및 와트당 비용 추정, kWp = 킬로와트 피크, 총 시장 점유율은 DC/DC 컨버터가 문자열 인버터와 쌍을 이루어야 하므로 100% 이상입니다.

배터리

주요 기사:충전식 배터리 및 배터리(전기)

여전히 비싸지만, PV 시스템은 나중에 야간에 사용할 여분의 배터리를 저장하기 위해 충전식 배터리를 점점 더 많이 사용하고 있습니다.그리드 저장에 사용되는 배터리는 피크 부하를 평준화함으로써 전기 그리드를 안정화하며, 스마트 그리드에서 중요한 역할을 한다. 이는 수요가 적은 기간 동안 충전할 수 있고 수요가 높을 때 저장된 에너지를 그리드에 공급할 수 있기 때문이다.

오늘날의 PV 시스템에 사용되는 일반적인 배터리 기술로는 밸브 조절식 납-산 배터리(기존 납-산 배터리)인 니켈-카드뮴 및 리튬-이온 배터리가 있습니다.다른 타입에 비해 납 배터리는 수명이 짧고 에너지 밀도가 낮습니다.그러나 높은 신뢰성, 낮은 자가 방전, 낮은 투자 및 유지 보수 비용으로 인해 리튬 이온 배터리는 아직 개발 중이며 납 배터리보다 약 3.5배 비싸기 때문에 현재 소규모 가정용 PV 시스템에 사용되는 주요 기술이다.로 PV시스템의 저장 장치 정지 고라니, 하단 에너지와 파워 밀도를 가지고 있고 납산 배터리는 그래서 더 높은 무게도 전기 transportation[9]4, 예를 들어, 9 다른 충전지가 분산형 PV시스템에 대한 것으로 여겨지고 바나듐sodium–sulfur 산화 환원 배터리, 두 prom을 포함한다에 중요한 것은 아니다.typinentes 용융염과 플로우 배터리.[9]: 4 2015년, 테슬라 자동차는 에너지 [81]소비를 혁신할 목적으로 충전식 리튬 이온 배터리인 파워월을 출시했습니다.

통합 배터리 솔루션을 갖춘 PV 시스템에도 충전 컨트롤러가 필요합니다. 태양 어레이의 전압과 전류에 따라 과다 [82]충전으로 인한 손상을 방지하기 위해 지속적인 조정이 필요하기 때문입니다.기본 충전 컨트롤러는 PWM 또는 펄스 폭 변조라고 하는 전략으로 PV 패널을 켜고 끄거나 필요에 따라 에너지 펄스를 미터링할 수 있습니다.보다 고도의 충전 컨트롤러는 MPPT 로직을 배터리 충전 알고리즘에 통합합니다.충전 컨트롤러는 배터리 충전 이외의 목적으로 에너지를 돌릴 수도 있습니다.불필요할 때 단순히 PV 에너지를 차단하는 것이 아니라 배터리가 가득 차면 공기나 물을 가열할 수 있습니다.

감시 및 측정

주요 기사:네트워크 미터링, 에너지 미터링 및 스마트 미터

계량기는 양방향으로 에너지 단위를 축적할 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 2미터를 사용해야 합니다.많은 미터가 양방향으로 축적되며, 일부 시스템은 2미터를 사용하지만, 단방향 미터(디텐트 포함)는 결과 공급에서 [83]그리드로 에너지를 축적하지 않습니다.일부 국가에서는 30kWp 이상의 설치의 경우 주파수 및 모든 위상을 분리한 전압 모니터가 필요합니다.이는 전력회사가 수용할 수 있는 양보다 더 많은 양의 태양광 에너지가 생산되고 있으며 초과분은 수출하거나 저장할 수 없는 경우에 수행됩니다.그리드 운영자는 역사적으로 전송 선로와 발전 용량을 제공해야 했습니다.이제 스토리지도 제공해야 합니다.이것은 보통 수력 저장이지만 다른 저장 수단이 사용됩니다.초기 스토리지는 베이스 로드 생성기가 최대 출력으로 작동할 수 있도록 사용되었습니다.가변 재생 에너지에서는 가용할 때마다 발전하고 필요할 때마다 소비할 수 있도록 스토리지가 필요합니다.

캐나다 전기 계량기

그리드 운영자가 가지고 있는 두 가지 변수는 필요할 때 전기를 저장하거나 필요한 곳으로 전기를 전송하는 것입니다.이 두 가지가 모두 실패하면 30kWp 이상의 설비가 자동으로 종료될 수 있습니다. 그러나 실제로는 모든 인버터가 전압 조절을 유지하고 로드가 불충분하면 전원 공급을 중단합니다.그리드 운영자는 대규모 시스템의 초과 발전을 줄일 수 있는 선택권이 있지만, 이는 태양광 발전보다 풍력 발전으로 더 일반적으로 이루어지며 상당한 [84]수익 손실을 초래한다.3상 인버터에는 부하 [85]요건을 일치시키는 데 유리할 수 있는 무효 전력을 공급하는 고유한 옵션이 있습니다.

태양광 발전 시스템은 고장을 감지하고 운영을 최적화하기 위해 모니터링되어야 한다.설비의 출력과 특성에 따라 몇 가지 태양광 모니터링 전략이 있다.모니터링은 온사이트 또는 리모트로 실행할 수 있습니다.생산량만 측정하거나 인버터에서 모든 데이터를 검색하거나 통신 장비(프로브, 미터 등)에서 모든 데이터를 검색할 수 있습니다.모니터링 도구는 감독 전용이거나 추가 기능을 제공할 수 있습니다.개별 인버터 및 배터리 충전 컨트롤러에는 제조업체별 프로토콜 및 소프트웨어를 [86]사용한 모니터링이 포함될 수 있습니다.인버터의 에너지 계측은 정확도가 제한적일 수 있으며 수익 계측 목적으로 적합하지 않을 수 있습니다.서드파티 데이터 취득 시스템은 인버터 제조사의 프로토콜을 사용하여 복수의 인버터를 감시할 수 있으며 날씨 관련 정보도 취득할 수 있다.독립적인 스마트 미터는 PV 어레이 시스템의 총 에너지 생산량을 측정할 수 있습니다.위성 영상 분석이나 태양 복사계(피라노미터)와 같은 별도 측정치를 사용하여 비교를 [87]위한 총 일사량을 추정할 수 있다.모니터링 시스템에서 수집된 데이터는 OSOTF [88][89][90][91]등의 월드 와이드 웹을 통해 원격으로 표시할 수 있습니다.

기타 시스템

이 섹션에서는 고도로 전문화되고 일반적이지 않은 시스템 또는 아직 새로운 테크놀로지의 중요성이 제한적인 시스템에 대해 설명합니다.그러나 독립 실행형 또는 오프 그리드 시스템은 특별한 역할을 합니다.PV 기술이 여전히 매우 비싸고 소규모 애플리케이션의 순수 틈새 시장이었던 1980년대와 1990년대에 가장 일반적인 유형의 시스템이었습니다.전기 배전망을 사용할 수 없는 곳에서만 경제적으로 사용할 수 있었습니다.새로운 독립형 시스템이 여전히 전 세계에 배치되고 있지만, 전체 설치된 태양광 발전 용량에 대한 기여도는 감소하고 있다.유럽에서는 오프 그리드 시스템이 설치 용량의 1%를 차지합니다.미국에서는 약 10%를 차지한다.오프 그리드 시스템은 호주와 한국, 그리고 많은 개발도상국에서 [8]: 14 여전히 일반적입니다.

CPV

주요 기사:콘센트레이터 태양광 발전
스페인 카탈로니아의 콘센트레이터 태양광 발전(CPV)

집광기 태양광 발전(CPV) 및 고집광기 태양광 발전(HCPV) 시스템은 광학 렌즈 또는 곡면 거울을 사용하여 작지만 매우 효율적인 태양 전지에 햇빛을 집중시킵니다.집중광학 이외에도, CPV 시스템은 때때로 태양 추적기와 냉각 시스템을 사용하며 더 비싸다.

특히 HCPV 시스템은 태양광을 최대 400배 이상 집중시켜 일반 시스템을 능가하는 24-28%의 효율로 높은 태양 방사 강도의 위치에 가장 적합합니다.다양한 디자인의 시스템이 시판되고 있지만 그다지 흔하지는 않습니다.하지만, 지속적인 연구와 개발이 [1]: 26 이루어지고 있다.

CPV는 종종 태양광 발전을 사용하지 않는 CSP(집중 태양광 발전)와 혼동된다.두 기술 모두 햇빛을 많이 받고 서로 직접적으로 경쟁하는 장소를 선호한다.

하이브리드

풍력 태양광 발전 하이브리드 시스템

하이브리드 시스템은 PV를 다른 형태의 발전기(일반적으로 디젤 발전기)와 결합합니다.바이오가스도 사용된다.또 다른 발전 형태는 수요의 함수로서 전력 출력을 변조할 수 있는 유형일 수 있습니다.그러나 둘 이상의 재생 에너지 형태가 사용될 수 있다(예: 바람).태양광 발전은 비재생 연료의 소비를 줄이는 역할을 한다.하이브리드 시스템은 섬에서 가장 자주 발견됩니다.독일의 펠웜 섬과 그리스의 키트노스 섬이 눈에 띄는 예입니다.[92][93]키트노스 공장은 디젤 소비량을 [94]11.2% 줄였습니다.

2015년 7개 국가에서 실시된 사례 연구는 모든 경우에 미니 그리드와 격리 그리드를 하이브리드화함으로써 비용 발생을 줄일 수 있다는 결론을 내렸다.그러나 이러한 하이브리드의 자금 조달 비용은 매우 중요하며 발전소의 소유 구조에 따라 크게 좌우된다.국가 소유 전력회사의 비용 절감은 상당할 수 있지만, 이 연구에서는 독립 전력 [95][96]생산업체와 같은 비공공 전력회사의 경제적 편익은 미미하거나 심지어 부정적인 것으로 파악했다.

또한 미국에서 [97]PV+CHP 하이브리드 시스템의 분산 네트워크를 배치함으로써 PV 침투 제한을 증가시킬 수 있다는 연구도 있었다.미국의 대표적인 단독 주택에 대한 태양 플럭스, 전기 및 난방 요건을 시간적으로 분석했으며, 그 결과 CHP와 PV를 혼합하면 기존의 중앙집중형 발전 시스템에서 가능한 것보다 더 많은 PV를 배치할 수 있음을 명확히 보여주었다.이 이론은 비교적 작고 저렴한 [98]배터리 시스템으로 그러한 하이브리드 시스템을 제공하기 위해 필요한 배터리 백업이 가능하다는 것을 결정하기 위해 초당 태양속 데이터를 사용한 수치 시뮬레이션을 통해 재확인되었다.또한 기관 건물에 대형 PV+CHP 시스템이 가능하며, 이는 간헐적 PV에 대한 백업을 제공하고 CHP [99]실행 시간을 감소시킨다.

  • PVT 시스템(하이브리드 PV/T)은 태양광 열 하이브리드 태양 집열기로도 알려져 있으며, 태양 복사를 열 및 전기 에너지로 변환한다.이러한 시스템은 태양전지(PV) 모듈과 태양열 집열기를 상호 보완적으로 결합합니다.
  • CPVT 시스템집중형 태양광 발전 열 하이브리드(CPVT) 시스템은 PVT 시스템과 유사하다.기존 태양광 발전 기술 대신 집광 발전(CPV)을 사용해 태양광 집열기와 결합했다.
  • CPV/CSP 시스템은 집광기 광전지와 집광 태양 발전(CSP) 또는 집광 [100]태양 열이라고도 알려진 비-PV 기술을 결합한 새로운 태양열 하이브리드 시스템이다.
  • PV 디젤 시스템은 태양광 발전 시스템과 디젤 [101]발전기를 결합합니다.풍력 [102]터빈을 포함한 다른 재생 에너지와의 조합이 가능하다.

플로팅 솔라 어레이

플로팅 솔라 어레이는 음용수 저장소, 채석장 호수, 관개 수로 또는 교정 및 미행 연못의 표면에 떠 있는 PV 시스템이다.이러한 시스템은 전기 생산에만 사용될 경우 "플로토볼틱스"라고 불리며, 이러한 시스템이 [103]상승적으로 양식업을 강화하기 위해 사용될 경우 "수생"이라고 불립니다.이러한 시스템은 프랑스, 인도, 일본, 한국, 영국,[104][105][106][107][108] 싱가포르 및 미국에 소수 존재한다.

이 시스템은 육상 태양광 발전보다 장점이 있는 것으로 알려져 있다.토지의 비용은 더 비싸고, 레크리에이션에 사용되지 않는 수역 위에 지어진 구조물에 대한 규칙과 규제는 더 적다.대부분의 육상 태양광 발전소와 달리 플로팅 어레이는 공공의 시야에서 가려지기 때문에 눈에 띄지 않을 수 있다.물이 패널을 냉각시키기 때문에 육지의 PV 패널보다 높은 효율을 달성합니다.패널에는 녹이나 [109]부식을 방지하기 위한 특수 코팅이 되어 있습니다.

2008년 5월 캘리포니아 오크빌의 파니엔트 와이너리는 총용량 477kW의 994개의 태양광 발전 모듈을 130개의 폰톤에 설치하고 와이너리의 [110]관개지에 띄워 세계 최초의 플로트 발전 시스템을 개척했다.이러한 시스템의 주된 장점은 다른 목적으로 사용될 수 있는 귀중한 토지의 희생을 피할 수 있다는 것이다.Far Niente Winery의 경우 육상 시스템에 필요한 [111]0.75에이커(0.30ha)를 절약할 수 있었습니다.부유식 발전 시스템의 또 다른 장점은 패널이 육상보다 더 낮은 온도로 유지되어 태양 에너지 전환의 효율이 더 높다는 것입니다.부유식 PV 어레이는 또한 증발로 손실되는 물의 양을 줄이고 [112]조류의 성장을 억제합니다.

유틸리티 규모의 부유식 PV 팜이 건설되기 시작하고 있습니다.다국적 전자·도자기 메이커 교세라는, 지바현[113] 야마쿠라 댐의 저수지에, 5만장의 태양광 [114][115]패널을 사용해 13.4MW의 세계 최대 규모의 농장을 개발한다.바닷물에 강한 부유식 양식장도 [116]태국에서의 실험과 함께 해양용으로 검토되고 있다.지금까지 발표된 플로트 발전 프로젝트 중 가장 큰 것은 브라질 [117]아마존 지역에 있는 350MW 발전소이다.

직류 그리드

DC 그리드는 철도 트램과 트롤리버스 등 전력 수송에 사용됩니다.하노버 라인하우젠의 전차 창고와 같이 태양광 발전[118] 공여자와 제네바(Bachet de Pesay)[119]를 이용하여 그러한 애플리케이션을 위한 몇 개의 파일럿 플랜트가 건설되었습니다.제네바 150kWp 부지는 트램/트롤리버스 전기 네트워크에 600V DC를 직접 공급하지만, 1999년 개통 당시에는 약 15%의 전력을 공급했습니다.

스탠드아론

주요 기사:태양광 발전의 응용
스페인 카탈로니아의 외딴 산장
스코틀랜드 에든버러에 있는 태양열 주차 미터

독립형 또는 오프 그리드 시스템이 전기 그리드에 연결되어 있지 않습니다.독립형 시스템은 손목시계나 계산기에서부터 멀리 떨어진 건물이나 우주선에 이르기까지 크기와 용도에 따라 매우 다양합니다.태양 일사와는 독립적으로 부하를 공급해야 할 경우에는 발전된 전력을 [120]배터리로 저장 및 버퍼링한다.건물 등 무게가 문제가 되지 않는 휴대용 외용에서는 납산 배터리가 저렴한 비용과 남용에 대한 내성을 위해 가장 일반적으로 사용됩니다.

과도한 충전 또는 방전으로 인한 배터리 손상을 방지하기 위해 충전 컨트롤러를 시스템에 내장할 수 있습니다.또한 최대 전력점 추적 기술(MPPT)을 사용하여 태양광 어레이의 생산을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.단, PV 모듈 전압이 배터리 전압과 일치하는 단순한 PV 시스템에서는 배터리 전압이 PV 모듈로부터 거의 최대 전력 수집을 제공할 수 있을 만큼 안정적이기 때문에 MPPT 전자 장치를 사용할 필요가 없는 것으로 간주됩니다.소형 장치(예: 계산기, 주차 미터)에서는 직류(DC)만 소비됩니다.대형 시스템(예: 건물, 원격 양수기)에서는 일반적으로 AC가 필요하다.모듈 또는 배터리에서 AC로 DC를 변환하려면 인버터를 사용합니다.

농업 환경에서 어레이는 인버터 없이 DC 펌프에 직접 전원을 공급하기 위해 사용될 수 있습니다.산간 지역, 섬 또는 전력망을 사용할 수 없는 기타 장소와 같은 원격 환경에서는 보통 저장 배터리를 충전하여 태양광 어레이를 유일한 전력원으로 사용할 수 있습니다.독립형 시스템은 미세 발전 및 분산 생성과 밀접하게 관련되어 있습니다.

비용 및 경제성

다음 항목도 참조하십시오.태양광 발전 » 경제
주택용 PV 시스템에 대한 중앙 설치 시스템 가격
일본, 독일 및 미국에서 ($/W)
2006-2013년 태양광 옥상 가격 이력.설치 [121][122]와트당 US$ 비교.

생산 규모의 경제와 제조 기술의 진보로 인해 광전지의 생산 비용이 떨어졌다.대규모 설치의 경우 [123]2012년까지 와트당 1.00달러 미만의 가격이 일반적이었습니다.유럽에서는 2006년부터 2011년까지 50%의 가격 인하를 달성했으며,[124] 2020년까지 발전 비용을 50% 절감할 수 있는 가능성이 있었다.크리스털 실리콘 태양전지는 저렴한 다결정 실리콘 태양전지로 대체되었고, 박막 실리콘 태양전지 또한 낮은 생산 비용으로 개발되었습니다.단일 결정성 "싸이퍼"에 의해 에너지 변환 효율이 저하되지만, 비교적 낮은 [125]비용으로 생산하기가 훨씬 쉽습니다.

아래 표는 태양광 [126][127]발전 시스템에서 발생하는 전력의 kWh당 총 (평균) 비용을 미국 센트로 나타낸 것이다.왼쪽 행 표제는 태양광 발전 설비의 피크 킬로와트(kWp)당 총 비용을 나타낸다.태양광 발전 시스템 비용은 감소하고 있으며,[128] 예를 들어 독일의 경우 2014년 말까지 USD 1389p/kW로 하락한 것으로 보고되었다.상단의 열 표제는 설치된 각p kW에서 예상되는 연간 에너지 출력(kWh)을 나타냅니다.평균 일사는 평균 구름과 햇빛이 통과하는 대기의 두께에 따라 달라지기 때문에 이는 지리적 영역에 따라 다릅니다.또한 패널과 수평선에 상대적인 태양의 경로에 따라 달라집니다.패널은 보통 위도에 따라 각도로 설치되며, 변화하는 태양 편각에 맞춰 계절적으로 조정되는 경우가 많습니다.태양 추적은 더 수직인 햇빛에 접근하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 총 에너지 출력을 높일 수 있습니다.

표에서 계산된 값은 생산된 kWh당 총(평균) 비용을 센트로 나타냅니다.이들은 총 자본비용이 10%라고 가정한다(예: 이자율 4%, 운영 및 유지관리 [129]비용 1%, 20년간 자본지출 감가상각).일반적으로 태양광 모듈은 25년 [130][131]보증이 적용됩니다.

PV 시스템에서 발생하는 킬로와트시 비용(USµ/kWh)
태양 복사 및 20년 운영 중 설치 비용에 따라 달라집니다.
인스톨
비용이 들다
와트당 비용		 설치된 kW 용량당 연간 발생 킬로와트 시간(kWh/(kWp•y))
2,400 2,200 2,000 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 800
$0.20 0.8 0.9 1.0 1.1 1.3 1.4 1.7 2.0 2.5
$0.60 2.5 2.7 3.0 3.3 3.8 4.3 5.0 6.0 7.5
$1.00 4.2 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 8.3 10.0 12.5
$1.40 5.8 6.4 7.0 7.8 8.8 10.0 11.7 14.0 17.5
$1.80 7.5 8.2 9.0 10.0 11.3 12.9 15.0 18.0 22.5
$2.20 9.2 10.0 11.0 12.2 13.8 15.7 18.3 22.0 27.5
$2.60 10.8 11.8 13.0 14.4 16.3 18.6 21.7 26.0 32.5
$3.00 12.5 13.6 15.0 16.7 18.8 21.4 25.0 30.0 37.5
$3.40 14.2 15.5 17.0 18.9 21.3 24.3 28.3 34.0 42.5
$3.80 15.8 17.3 19.0 21.1 23.8 27.1 31.7 38.0 47.5
$4.20 17.5 19.1 21.0 23.3 26.3 30.0 35.0 42.0 52.5
$4.60 19.2 20.9 23.0 25.6 28.8 32.9 38.3 46.0 57.5
$5.00 20.8 22.7 25.0 27.8 31.3 35.7 41.7 50.0 62.5
미국 일본. 독일. 2013년 소형 옥상시스템 비용 및 데이터 테이블 평균 일사량 적용

주의:

  1. 2013년 옥상 시스템의 와트당 비용: 일본 4.[121]64달러, 미국 4.[121]92달러, 독일 2.05달러[122]
  2. 일본(1500kWh/m2/년), 미국(5.0~5.5kWh/m2/일),[132] 독일(1000~1200kWh/m2/년)의 평균 일사량에 근거해 설치된 와트 피크당 킬로와트시 발생.
  3. Fraunhofer ISE의 2013년 연구에 따르면, 소형 PV 시스템의 LCOE 비용은 표(독일)와 같이 킬로와트시당 0.22달러가 아닌 0.16달러(€0.12)로 나타났습니다.

2013년 시스템 비용

2014년판 '테크놀로지 로드맵:국제에너지기구(IEA)는 2013년 [7]8개 주요 시장의 주거용, 상업용 및 유틸리티 규모 PV 시스템의 와트당 US$ 가격을 발표했다.

2013년 일부 국가의 대표적인 PV 시스템 가격(USD)
USD/W 호주. 중국 프랑스. 독일. 이탈리아 일본. 영국 미국
레지덴셜 1.8 1.5 4.1 2.4 2.8 4.2 2.8 4.9
상업의 1.7 1.4 2.7 1.8 1.9 3.6 2.4 4.5
유틸리티 스케일 2.0 1.4 2.2 1.4 1.5 2.9 1.9 3.3
출처: IEA – 테크놀로지 로드맵:태양광 발전 보고서[7]: 15

학습 곡선

태양광 발전 시스템은 평준화된 전기 비용(LCE) 측면에서 학습 곡선을 보여주며, 용량이 [133][134][135]두 배로 증가할 때마다 kWh당 비용을 32.6% 절감합니다.2010년부터 [134][135]2017년까지 국제 재생 에너지 기구(IRENA)의 LCOE 및 누적 설치 용량 데이터에서 태양광 발전 시스템의 학습 곡선 방정식은 다음과 같이 주어진다[133].

  • LCOE: 균등화된 전력 비용(USD/kWh 단위)
  • 용량 : 태양광 발전 시스템의 누적 설치 용량(MW)

규정

마이크로제너레이션아이콘

표준화

태양광 발전 시스템의 사용이 증가하고 공급 및 분배의 기존 구조와 기법에 태양광 발전 전력을 통합함에 따라 태양광 발전 구성요소 및 시스템에 [citation needed]대한 일반 표준과 정의의 필요성이 증가한다.이 표준은 국제전기기술위원회(IEC)에서 작성되었으며 셀, 모듈, 시뮬레이션 프로그램, 플러그 커넥터 및 케이블, 마운트 시스템,[136] 인버터 등의 효율성, 내구성 및 안전에 적용됩니다.

국내 규정

영국

영국에서 PV 설치는 일반적으로 개발이 허용된 것으로 간주되며 계획 허가가 필요하지 않습니다.자산이 목록에 있거나 지정된 지역(국립 공원, 뛰어난 자연 경관 지역, 특별한 과학적 관심 장소 또는 노퍽 브로드스)에 있는 경우 계획 허가가 필요합니다.[137]

미국

미국의 경우, 미국 전기법 제690조는 태양광 발전 시스템의 설치에 대한 일반적인 지침을 제공한다. 이러한 지침은 현지 법률 및 규정으로 대체될 수 있다.종종 작업을 시작하기 전에 계획 제출과 구조 계산을 필요로 하는 허가가 필요합니다.또한 많은 지역에서 면허를 받은 전기 기술자의 지침에 따라 작업을 수행해야 합니다.

AHJ(Authority Having Turritory)는 합법적으로 건설을 시작하기 전에 설계를 검토하고 허가를 발급합니다.전기 설치 관행은 NEC(National Electrical Code)에 명시된 표준을 준수해야 하며 AHJ가 건물 법규, 전기 법규 및 화재 안전 법규를 준수하는지 검사해야 합니다.관할구역에서는 적어도1개의 Nationally Recognified Testing Laborities(NRTL;[138] 국가공인시험소)에 의해 기기가 테스트, 인증, 목록 및 라벨 부착되어 있어야 합니다.많은 지역에서 태양광 발전 시스템 설치 허가가 필요하다.그리드 연결 시스템은 일반적으로 시스템과 [139]건물의 그리드 연결 배선 사이에 연결하기 위해 자격증을 갖춘 전기 기술자가 필요합니다.이러한 조건을 충족하는 설치 관리자는 거의 모든 [138]주에 있습니다.몇몇 주에서는 주택 소유자들의 협회가 태양광 [140][141][142]장치를 제한하는 것을 금지하고 있다.

스페인

스페인은 태양광 발전 및 기타 재생 에너지원을 통해 약 40%의 전력을 생산하고 있으며, 휴엘바 및 세빌과 같은 도시는 연간 약 3,000시간의 일조 시간을 자랑하지만, 2013년 스페인은 스페인 정부의 투자로 인해 발생하는 부채를 감당하기 위해 태양세를 부과했다.그리드에 접속하지 않은 사용자는 최대 3000만 유로(4000만 [143]달러)의 벌금을 내야 합니다.이러한 조치는 재생 에너지 자가 소비에 [144]대한 세금을 금지하는 새로운 법이 도입된 2018년까지 철회되었다.

제한 사항

PV 생산의 오염과 에너지

PV는 깨끗하고 배기가스 없는 전기를 생산하는 잘 알려진 방법입니다.PV 시스템은 많은 경우 PV 모듈과 인버터로 구성됩니다(DC를 AC로 변경).PV 모듈은 컴퓨터 칩을 만드는 재료와 근본적인 차이가 없는 PV 셀이 주를 이룬다.PV 셀(컴퓨터 칩)의 생산 과정은 에너지 집약적이며 매우 유독하고 환경적인 화학 물질을 수반합니다.전 세계적으로 PV에서 생산되는 에너지로 PV 모듈을 생산하는 PV 제조 공장은 거의 없습니다.이 조치는 제조 공정에서 탄소 배출량을 크게 줄여줍니다.제조 공정에서 사용되는 화학 물질을 관리하는 것은 공장의 현지 법률과 규정을 따릅니다.

전기망에 미치는 영향

옥상 태양광 발전 시스템의 수준이 증가함에 따라 에너지 흐름은 양방향으로 됩니다.지역 발전량이 소비량보다 많을 경우 전력은 그리드로 내보내집니다.그러나 전통적으로 전기 네트워크는 양방향 에너지 전달을 다루도록 설계되지 않았습니다.따라서 기술적인 문제가 발생할 수 있습니다.예를 들어 호주 퀸즐랜드에서는 2017년 말까지 30% 이상의 가구가 옥상 PV를 보유하고 있다.유명한 캘리포니아 2020 오리 곡선은 2015년부터 많은 지역사회에서 매우 자주 나타난다.전류가 네트워크에 [145]역류하면 과전압 문제가 발생할 수 있습니다.PV 인버터 역률 규제, 배전사 차원의 새로운 전압 및 에너지 제어 장비, 전선 재도체, 수요측 관리 등 과전압 문제를 관리하는 솔루션이 있습니다.이러한 솔루션과 관련된 제한과 비용이 종종 발생합니다.

전기요금 관리 및 에너지 투자에 미치는 영향

고객은 다양한 쾌적성/편의성 요구, 다른 전기 요금 또는 다른 사용 패턴 등 다양한 특정 상황을 가지고 있습니다.전기 요금에는 일일 액세스 및 계량 요금, 에너지 요금(kWh, MWh 기준) 또는 피크 수요 요금(예: 한 달 중 가장 높은 30분 에너지 소비 가격)과 같은 몇 가지 요소가 포함될 수 있다.PV는 호주와 독일처럼 전기 가격이 상당히 높고 지속적으로 상승할 때 에너지 요금을 줄일 수 있는 유망한 옵션이다.그러나 피크 수요 요금이 적용되는 현장의 경우, 피크 수요가 주로 늦은 오후부터 초저녁까지 발생하는 경우(예: 주택 지역) PV는 덜 매력적일 수 있다.전체적으로 에너지 투자는 주로 경제적인 결정이며, 투자 결정은 운영 개선, 에너지 효율, 온사이트 발전 및 에너지 [146][147]스토리지 옵션의 체계적 평가에 기초합니다.

「 」를 참조해 주세요.

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