태양광발전

Solar power
이 기사는 햇빛에서 전기로 에너지를 변환하는 것에 관한 것입니다.햇빛에 대한 인간의 더 넓은 사용 범위에 대해서는 태양 에너지를 참조하십시오.별과 은하에서 나오는 빛의 단위는 태양 광도를 참고하세요.
기타 용도는 Solar Power를 참조하십시오.
홍콩 옥상에 설치된 태양광 시스템 어레이
PS10과 PS20 태양광 타워를 배경으로 스페인 Solnova Solar Power Station의 첫 번째 3개의 집중형 태양광 발전(CSP) 장치
발전에 이용 가능한 예상 태양 에너지.지도에는 1994/1999/2007년부터 2018년까지의 기간(지리적 지역에 따라 다름)을 포함하는 1 kW 피크 그리드 연결 태양광 발전소의 하루/연 평균 전력 생산량 합계가 표시됩니다.[1]
시리즈의 일부(on)
기후변화와
사회의
효과·위험
경제·금융
사회적/윤리적 문제
의사소통
정치
시리즈의 일부(on)
재생에너지
시리즈의 일부(on)
지속가능에너지
A car drives past 4 wind turbines in a field, with more on the horizon
에너지 절약
재생에너지
지속 가능한 운송

태양광은 태양광에서 전기로 에너지를 변환하는 것으로, 직접적으로 태양광(PV)을 사용하거나 집중 태양광을 간접적으로 사용합니다.태양광 전지는 태양광 효과를 이용해 빛을 전류로 변환합니다.[2]집광식 태양광 발전 시스템은 렌즈 또는 거울과 태양 추적 시스템을 사용하여 넓은 지역의 햇빛을 뜨거운 곳으로 집중시키고, 종종 증기 터빈을 구동합니다.

태양광은 처음에는 단일 태양 전지로 구동되는 계산기에서 오프 그리드 루프탑 PV 시스템으로 구동되는 원격 가정에 이르기까지 중소규모 애플리케이션을 위한 전력 공급원으로만 사용되었습니다.상업적인 집중형 태양열 발전소는 1980년대에 처음 개발되었습니다.이후 태양광 발전 단가가 하락하면서 그리드 연결 태양광 PV 시스템의 용량과 생산량은 약 3년마다 두 배씩 증가하는 기하급수적으로 증가했습니다.수백만 개의 설비와 기가와트 규모의 태양광 발전소가 계속 건설되고 있으며, 2021년에는 신세대 용량의 절반이 태양광 발전소입니다.[3]

2022년 태양광은 전 세계 전력의 4.5%를 생산했는데,[4] 이는 기후 변화를 제한하기 위한 파리 협정이 체결된 2015년의 1%와 비교됩니다.[5]육상풍과 함께, 대부분의 국가에서 신규 설치를 위한 가장 저렴한 수준의 전기 비용은 유틸리티 규모의 태양광입니다.[6][7]

2022년 설치된 태양광의 거의 절반이 옥상이었습니다.[4]기후 변화를 제한하기 위한 계획의 일환으로 저탄소 전력이 권장되고 있습니다.국제 에너지 기구는 2022년에 그리드 통합과 정책, 규제 및 자금 조달 문제 완화를 위해 더 많은 노력이 필요하다고 말했습니다.[8]

잠재적인

지역마다 태양 복사량이 다르기 때문에 지리는 태양 에너지 잠재력에 영향을 미칩니다.특히, 약간의 변화가 있을 때, 적도에 더 가까운 지역은 일반적으로 더 많은 양의 태양 복사를 받습니다.하지만 태양의 위치를 따라갈 수 있는 광전지의 사용은 적도에서 더 멀리 떨어진 지역에서 태양 에너지 잠재력을 상당히 증가시킬 수 있습니다.[9]시간의 변화는 태양 에너지의 잠재력에 영향을 미치는데, 밤 동안에는 태양 전지판이 흡수할 수 있는 태양 복사선이 지구 표면에 거의 없기 때문입니다.이것은 태양 전지판이 하루에 흡수할 수 있는 에너지의 양을 제한합니다.구름이 태양으로부터 들어오는 빛을 차단하고 태양 전지에 사용할 수 있는 빛을 줄이기 때문에 구름 덮개는 태양 전지판의 잠재성에 영향을 미칠 수 있습니다.

게다가, 태양 전지판이 사용되지 않고 태양 전지판에 적합한 땅에만 설치될 수 있기 때문에, 토지 이용 가능성은 이용 가능한 태양 에너지에 큰 영향을 미칩니다.많은 사람들이 그들의 집에서 직접적으로 에너지를 모을 수 있다는 것을 발견했기 때문에 지붕은 태양 전지에 적합한 장소입니다.태양전지에 적합한 다른 지역은 사업용으로 사용되지 않는 땅으로 태양열 발전소를 설립할 수 있습니다.[9]

테크놀러지스

태양광 발전소는 두 가지 기술 중 하나를 사용합니다.

태양광전지

주요 기사:태양광과 태양전지
계통연계형 주택용 태양광발전시스템의[10] 개략도

태양 전지, 또는 태양광 전지는 태양광 효과를 이용하여 빛을 전류로 바꾸는 장치입니다.최초의 태양 전지는 1880년대에 Charles Fritts에 의해 만들어졌습니다.[11]독일의 산업가 에른스트 베르너 폰 지멘스는 이 발견의 중요성을 인식한 사람들 중 한 명이었습니다.[12]1931년, 독일의 공학자 브루노 랑게는 입사광의 1% 미만을 전기로 변환시켰지만,[13] 산화 구리 대신 셀레늄 은을 사용한 광전지를 개발했습니다.1940년대 러셀 올(Russell Ohl)의 연구에 이어 1954년 제럴드 피어슨(Gerald Pearson), 캘빈 풀러(Calvin Fuller), 데릴 채핀(Daryl Chapin) 연구원이 실리콘 태양전지를 만들었습니다.[14]이러한 초기 태양 전지는 와트당 미화 286달러의 비용이 들며 4.5~6%[15]의 효율성을 달성했습니다.1957년 모하메드 M. Tala는 Bell Labs에서 열산화에 의한 실리콘 표면 패시베이션 공정을 개발했습니다.[16][17]그 이후 표면 패시베이션 과정은 태양 전지 효율에 매우 중요했습니다.[18]

2022년 현재 시장의 90% 이상이 결정질 실리콘입니다.[19]태양광 시스템 또는 PV 시스템의 배열은 햇빛의 세기에 따라 변하는 직류(DC) 전력을 생산합니다.실제 사용을 위해서는 일반적으로 인버터를 사용하여 교류(AC)로 변환해야 합니다.[10]여러 개의 태양 전지가 패널 안에서 연결되어 있습니다.패널은 함께 배선되어 어레이를 형성한 다음 인버터에 연결되어 원하는 전압으로 전력을 생산하며 AC의 경우 원하는 주파수/상을 생성합니다.[10]

많은 주거용 PV 시스템은 특히 시장 규모가 큰 선진국에서 사용 가능한 모든 곳에서 그리드에 연결됩니다.[20]이러한 그리드 연결 PV 시스템에서는 에너지 저장소의 사용이 선택 사항입니다.위성, 등대 또는 개발도상국과 같은 특정 애플리케이션에서는 배터리 또는 추가 발전기를 백업으로 추가하는 경우가 많습니다.이러한 독립형 전력 시스템은 제한된 일조 시간과 야간에도 작동이 가능합니다.

박막태양광

주요 기사:박막태양전지
참고 항목:CIGS의 기업 목록

박막 태양 전지는 유리, 플라스틱 또는 금속과 같은 기판 위에 태양광 물질의 박막(TF) 또는 하나 이상의 얇은 층을 증착하여 만든 2세대 태양 전지입니다.박막 태양 전지는 상업적으로 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 디셀렌화물(CIGS), 비정질 박막 실리콘(a-Si, TF-Si) 등의 다양한 기술에 사용되고 있습니다.[21]

페로브스카이트 태양전지

이 섹션은 페로브스카이트 태양 전지에서 발췌한 것입니다.[편집]

페로브스카이트 태양전지(Perovskite Solar Cell, PSC)는 페로브스카이트 구조의 화합물을 포함하는 태양전지의 일종으로, 광수확 활성층으로서 일반적으로 유무기 납 또는 할로겐화 주석 계열의 하이브리드 물질을 포함합니다.[22][23]페로브스카이트 재료, 예를 들어 메틸암모늄 납 할라이드 및 전-무기 세슘 납 할라이드는 제조 비용이 저렴하고 제조 방법이 간단합니다.

이러한 재료를 사용한 실험실 규모 장치의 태양 전지 효율은 단일 접합 구조에서 2009년[24] 3.8%에서 2021년 25.7%로 증가했으며,[25][26] 실리콘 기반 탠덤 셀에서는 29.8%[25][27]로 단일 접합 실리콘 태양 전지에서 달성된 최대 효율을 초과했습니다.그러므로 페로브스카이트 태양전지는 2016년 현재 가장 빠르게 발전하고 있는 태양전지 기술입니다.[22]훨씬 더 높은 효율과 매우 낮은 생산 비용을 달성할 수 있는 잠재력으로 페로브스카이트 태양 전지는 상업적으로 매력적이 되었습니다.핵심 문제와 연구 주제는 장단기 안정성을 포함합니다.[28]

집중태양광

포물선 수집기는 초점에 있는 튜브에 햇빛을 집중시킵니다.
주요 기사:집중태양광

"집중 태양열"이라고도 불리는 집중 태양열(CSP)은 렌즈 또는 거울과 추적 시스템을 사용하여 햇빛을 집중시키고, 그 결과 생성된 열을 사용하여 기존의 증기 구동 터빈으로부터 전기를 생산합니다.[29]

가장 잘 알려진 것 중에는 포물선 모양의 수조, 소형 선형 프레넬 반사판, 접시 스털링, 태양열 발전탑 등 다양한 집광 기술이 있습니다.태양을 추적하고 빛을 집중시키기 위해 다양한 기술이 사용됩니다.이러한 모든 시스템에서 작동 유체는 집중된 햇빛에 의해 가열된 후 발전 또는 에너지 저장에 사용됩니다.[30]열 저장을 통해 밤새 전기를 생산할 수 있으므로 PV를 [31]보완할 수 있습니다.[32]CSP는 태양열 발전의 매우 적은 부분을 생산하고 있으며, 2022년 IEA는 CSP가 스토리지에 대해 더 나은 비용을 지불해야 한다고 말했습니다.[33]

2021년 현재 CSP의 평준화된 전력 비용은 PV의 두 배가 넘습니다.[34]그러나 매우 높은 온도는 전기가 공급할 수 있는 것보다 더 뜨거워져야 하는 산업(아마도 수소를 통해)을 탈탄소화하는 데 유용할 수 있습니다.[35]그들의 매우 높은 온도는 전기가 제공할[speculation?] 수 있는 것보다 더 뜨거워야 하는 산업(아마도 수소를 통해)의 탈탄소화를 돕는 데 유용할 수 있습니다.

하이브리드 시스템

주요 기사:하이브리드 파워

하이브리드 시스템은 태양열과 에너지 저장 및/또는 하나 이상의 다른 형태의 발전을 결합합니다.수력,[36][37] 풍력[38][39] 그리고 배터리는[40] 일반적으로 태양열과 결합됩니다.복합 발전을 통해 시스템이 수요에 따라 전력 출력을 변경하거나 최소한 태양열 전력 변동을 완화할 수 있습니다.[41][42]전 세계적으로 많은 수력이 존재하며, 기존의 수력 저장고 위 또는 주변에 태양 전지판을 추가하는 것은 특히 유용합니다. 왜냐하면 수력은 보통 바람보다 유연하고 규모가 배터리보다 저렴하며,[43] 기존의 전력선을 사용할 수도 있기 때문입니다.[44][45]

개발 및 구축

참고 항목:태양광발전의 성장, 태양전지의 연표, 국가별 태양광발전과 집중형 태양광발전 §의 전 세계 전개
2022년[46] 태양광 발전량 비중
지역별 태양광발전 발전량 추이
태양열 발전소 설치
기술별 용량(GW)
100
200
300
400
500
600
700
2007
2010
2013
2016
2019
2006년[47] 이후 기술에 의한 태양광 발전의 전 세계적 전개

태양열 PV CSP - 태양열

1996년 이후 준로그 규모의 태양광 발전량
전원별 전기생산량

초창기

1860년대에 시작된 태양열 기술의 초기 발전은 오거스틴 무쇼의 실험과 같은 석탄이 곧 부족해질 것이라는 예상에 의해 주도되었습니다.[48]찰스 프릿츠(Charles Fritts)는 1884년 뉴욕시의 지붕에 1% 효율의 셀레늄 전지를 사용한 세계 최초의 옥상 태양광 발전 태양열 장치를 설치했습니다.[49]그러나 20세기 초 석탄과 석유의 가용성, 경제성, 효용 증가에 직면하여 태양광 기술의 발전은 정체되었습니다.[50]태양 전지판을 갖춘 최초의 위성은 1957년에 발사되었습니다.[51]

1970년대까지, 태양열 발전은 위성에서 사용되고 있었지만, 태양열 발전의 비용은 기존의 적용으로는 비현실적이라고 여겨졌습니다.[52]1974년에는 북미 전체에서 기능적인 태양열 발전 시스템에 의해 완전히 가열되거나 냉각된 개인 주택이 6가구에 불과한 것으로 추정되었습니다.[53]그러나 1973년 석유 금수 조치와 1979년 에너지 위기는 전 세계적으로 에너지 정책의 재편을 야기했고 태양열 기술 개발에 새로운 관심을 가져왔습니다.[54][55]

배치 전략은 미국의 연방 태양광 활용 프로그램과 일본의 선샤인 프로그램과 같은 인센티브 프로그램에 초점을 맞춥니다.다른 노력으로는 미국(SERI, 현재 NREL), 일본(NEDO), 독일(Fraunhofer ISE)에 연구시설을 설립하는 것이 포함되었습니다.[56]1970년과 1983년 사이에 태양광 시스템의 설치가 급속히 증가했습니다.미국에서는 지미 카터 대통령이 2000년까지 미국 에너지의 20%를 태양광으로 생산한다는 목표를 세웠지만 후임자인 로널드 레이건은 재생에너지 연구를 위한 자금 지원을 없앴습니다.[52]1980년대 초반의 유가 하락은 1984년부터 1996년까지 태양광 발전의 성장을 둔화시켰습니다.

1990년대 중반부터 2010년까지

1990년대 중반, 석유 및 천연가스 공급 문제, 지구 온난화 우려, 다른 에너지 기술 대비 PV의 경제적 입지 개선 등으로 인해 주거용 및 상업용 옥상 태양광 발전소와 유틸리티 규모의 태양광 발전소 개발이 다시 가속화되기 시작했습니다.[52][57]2000년대 초, 전력망에서 재생 에너지 우선권을 부여하고 발전된 전력에 대한 고정 가격을 규정하는 정책 메커니즘인 공급 관세의 채택으로 인해 높은 수준의 투자 보안과 유럽에서의 PV 구축 수가 급증했습니다.

2010년대

몇 년 동안, 태양광 발전의 전 세계적인 성장은 유럽의 배치에 의해 주도되었지만, 그 이후로 그것은 아시아, 특히 중국과 일본, 그리고 전 세계의 점점 더 많은 국가와 지역으로 옮겨가고 있습니다.태양열 장비의 가장 큰 제조업체들은 중국에 기반을 두고 있었습니다.[58][59]집중형 태양광 발전 용량은 10배 이상 증가했지만, 전체에서 차지하는 비중은 미미했는데,[60]: 51 이는 유틸리티 규모의 태양광 PV 비용이 2010년과 2020년 사이에 85% 감소한 반면 CSP 비용은 같은 기간에 68% 감소하는 데 그쳤기 때문입니다.[61]

2020년대

2021-2022년 글로벌 에너지 위기 동안 폴리실리콘과 같은 재료 비용이 증가했음에도 불구하고,[62] 천연 가스와 같은 다른 에너지원의 비용 증가로 인해 유틸리티 스케일 태양광은 여전히 많은 국가에서 가장 저렴한 에너지원이었습니다.[63]2022년 세계 태양광 발전용량이 처음으로 1TW를 넘었습니다.[64]하지만 화석 연료 보조금은 태양열 발전 용량의 성장을 둔화시켰습니다.[65]

현황

설치 용량의 약 절반이 유틸리티 스케일입니다.[66]

예보

2002-2016년 동안 IEA에 의한 태양열 PV의 실제 연간 배치 대 예측. 예측은 대체로 그리고 지속적으로 실제 성장을 과소평가했습니다.

2022년에서 2027년 사이에 대부분의 신재생 용량은 설치된 전력 용량의 최대 공급원으로서 석탄을 능가하는 태양열이 될 것으로 예측됩니다.[67]: 26 유틸리티 규모는 2050년까지 사하라 사막 이남의 아프리카를 제외한 모든 지역에서 가장 큰 전력 공급원이 될 것으로 예상됩니다.[66]

2021년 연구에 따르면 옥상 태양광 패널의 전 세계 전력 생산 잠재력은 MWh당 40달러(아시아)에서 240달러(미국, 유럽)에 이르는 비용으로 연간 27PWh로 추정됩니다.그러나 그 실질적인 실현은 확장 가능한 전기 스토리지 솔루션의 가용성과 비용에 달려 있습니다.[68]

태양광발전소

참고 항목:태양광 발전소 목록
이 섹션은 태양광 발전소에서 발췌한 내용입니다.[편집]
Solar park
독일 프리그니츠에 있는 40.5MW 얀네스도르프 태양광 공원

태양광 발전소는 상업용 전력 공급을 위해 설계된 대규모 그리드 연결형 태양광 발전 시스템(PV system)을 의미하며, 태양광 발전소(Solar park), 태양광 발전소(Solar parm) 또는 태양광 발전소(Solar power plant)라고도 합니다.그들은 지역 사용자나 사용자에게가 아니라 유틸리티 수준으로 전력을 공급하기 때문에 대부분의 건물에 설치되는 태양광 발전이나 다른 분산형 태양광 발전과는 다릅니다.이러한 유형의 프로젝트를 설명하기 위해 유틸리티 규모의 태양광이 사용되기도 합니다.

이 방법은 다른 주요 대규모 태양광 발전 기술인 집중형 태양광 발전과는 다른 점으로, 열을 이용하여 다양한 기존 발전기 시스템을 구동합니다.두 접근법 모두 각각의 장점과 단점을 가지고 있지만, 현재까지 다양한 이유로 인해 태양광 기술은 훨씬 더 광범위하게 사용되고 있습니다.2019년 기준 유틸리티 규모 태양광 발전 용량의 약 97%가 PV였습니다.[69][70]

일부 국가에서는 태양광 발전소의 명판 용량을 메가와트 피크(MWp)로 평가하는데, 이는 태양열 어레이의 이론적 최대 직류 전력 출력을 의미합니다.다른 나라에서는 제조업체가 표면과 효율을 명시합니다.그러나 캐나다, 일본, 스페인 및 미국은 종종 다른 형태의 발전과 직접적으로 비교할 수 있는 수치인 MWAC 단위의 변환된 낮은 공칭 전력 출력을 사용하도록 지정합니다.대부분의 태양광 공원은 최소p 1MW 규모로 개발되며, 2018년 기준 세계 최대 규모의 태양광 발전소가 1기가와트를 돌파하였습니다.2019년 말, 약 9,000개의 태양광 발전소가 4MWAC(효용 규모) 이상의 규모로, 총 용량은 220GWAC 이상입니다.[69]

기존의 대규모 태양광 발전소는 대부분 독립적인 전력 생산업체가 소유·운영하고 있지만, 지역사회와 공공사업의 참여가 증가하고 있습니다.[71]이전에는 거의 대부분이 적어도 부분적으로 피드인 관세나 세액 공제와 같은 규제 인센티브에 의해 지원되었지만, 2010년대에 평준화된 비용이 크게 감소하고 대부분의 시장에서 그리드 패리티에 도달함에 따라 대개 외부 인센티브가 필요하지 않습니다.

집광형 태양열 발전소

주요 기사:태양열 발전소 목록
2014년 2월에 3개의 타워가 모두 부하를 받고 있는 이반파 태양광 발전 시스템, 멀리 클라크 산맥이 보입니다.
캘리포니아 주 샌버너디노 카운티 북부에 있는 354MW 규모의 파라볼릭 트로프 태양광 단지 일부

"태양열 발전소"라고도 불리는 상업용 집광형 태양열 발전소(CSP)는 1980년대에 처음 개발되었습니다.캘리포니아 모하비 사막에 위치한 377MW 규모의 이반파 태양광 발전시설은 세계 최대 규모의 태양광 발전소 프로젝트입니다.다른 대형 CSP 발전소로는 스페인에 있는 Solnova Solar Power Station (150 MW), Andasol Solar Power Station (150 MW), Extresol Solar Power Station (150 MW) 등이 있습니다.CSP의 가장 큰 장점은 열 저장 장치를 효율적으로 추가할 수 있다는 점이며, 최대 24시간 동안 전력을 공급할 수 있습니다.피크 전력 수요는 일반적으로 오후 5시 정도에 발생하기 때문에 많은 CSP 발전소에서 3~5시간의 열 저장을 사용합니다.[72]

경제학

참고 항목:태양광발전소 § 경제금융 현황

와트당비용

태양광 발전의 대표적인 비용 요소는 모듈의 비용, 모듈을 고정하는 프레임, 배선, 인버터, 인건비, 필요한 모든 토지, 그리드 연결, 유지보수 및 해당 위치의 태양열 일사량을 포함합니다.

태양광 시스템은 연료를 사용하지 않으며 모듈은 일반적으로 25년에서 40년까지 지속됩니다.[73]따라서 초기 자본 및 자금 조달 비용이 태양광 발전 비용의 80~90%를 차지합니다.[67]: 165

어떤 나라들은 가격 상한선을 고려하는 반면 [74]다른 나라들은 차액 계약을 선호합니다.[75]

이용 가능한 큰 태양 에너지는 매우 매력적인 전기 공급원이 됩니다.2020년에는 태양 에너지가 가장 저렴한 전력 공급원이었습니다.[76][77]사우디아라비아에서는 2021년 4월 알파이살리아(Al-Faisaliah)에 신규 태양광 발전소에 대한 전력구매계약(PPA)을 체결하였습니다.이 프로젝트는 세계 최저 수준인 USD 1.04 센트/kWh의 태양광 발전 비용을 기록했습니다.[78]

설치가격

고출력 대역 태양광 모듈의 비용은 시간이 지날수록 크게 감소했습니다.1982년부터 kW당 비용은 약 27,000 미국 달러였으며 2006년에는 kW당 비용이 약 4,000 미국 달러로 떨어졌습니다.1992년의 PV 시스템은 kW당 약 16,000 미국 달러였고 2008년에는 kW당 약 6,000 미국 달러로 떨어졌습니다.[79]

2021년 미국에서 주거용 태양광 비용은 와트당 2~4달러(그러나 태양광 대상포진은 훨씬 더 많은 비용이 듭니다),[80] 유틸리티 태양광 비용은 와트당 1달러 수준이었습니다.[81]

위치별생산성

참고 항목:태양 복사 조도

한 지역에서 태양열 발전의 생산성은 낮과 낮에 따라 다르고 위도와 기후에 따라 영향을 받는 태양 복사 조도에 따라 달라집니다.PV 시스템 출력 전력은 주변 온도, 풍속, 태양 스펙트럼, 국소적인 토양 조건 및 기타 요인에도 의존합니다.

육상 풍력 발전은 북 유라시아, 캐나다, 미국의 일부 지역, 아르헨티나의 파타고니아에서 가장 저렴한 전력 공급원인 경향이 있는 반면, 세계의 다른 지역에서는 대부분 태양열 발전(또는 종종 풍력, 태양열 및 기타 저탄소 에너지의 조합)이 가장 좋은 것으로 생각됩니다.[82]: 8 Exeter University의 모델링에 따르면 2030년까지 북동 유럽의 일부 국가를 제외한 모든 국가에서 태양광 가격이 가장 저렴할 것으로 예상됩니다.[83]

연간 태양 복사 조도가 가장 높은 곳은 건조한 열대와 아열대 지역입니다.낮은 위도에 놓여있는 사막들은 보통 구름이 거의 없고 하루에 10시간 이상 햇빛을 받을 수 있습니다.[84][85]이 뜨거운 사막들은 세계를 돌고 있는 글로벌 태양대를 형성합니다.이 벨트는 북 아프리카, 남 아프리카, 서남 아시아, 중동, 그리고 호주에 있는 광대한 지역과 북아메리카와 남아메리카의 훨씬 더 작은 사막들로 이루어져 있습니다.[86]

따라서 태양열은 중앙 아메리카, 아프리카, 중동, 인도, 동남아시아, 호주 및 기타 여러 지역에서 가장 저렴한 에너지원입니다.[82]: 8

태양 조사 조도의 다양한 측정값(직교 정상 조사 조도, 전역 수평 조사 조도)은 아래와 같습니다.

  • North America

    북아메리카

  • South America

    남미

  • Europe

    유럽

  • Africa and Middle East

    아프리카 중동

  • South and South-East Asia

    동남아시아

  • Australia

    호주.

  • World

    세계

자가소비

태양광 자가소비의 경우 계통에서 전력을 구입하지 않은 양을 기준으로 회수시간을 계산합니다.[87]그러나 많은 경우 발전과 소비의 패턴이 일치하지 않고 에너지의 일부 또는 전부가 그리드로 피드백됩니다.전기는 팔리고, 다른 때에는 전력망에서 에너지를 빼앗기면 전기를 구입합니다.상대적인 비용과 가격은 경제에 영향을 미칩니다.많은 시장에서 판매된 PV 전기에 대해 지불하는 가격은 구매한 전기의 가격보다 현저히 낮아서 자가 소비를 유도합니다.[88]또한 독일과 이탈리아 등에서는 별도의 자가소비 장려금이 사용되고 있습니다.[88]그리드 상호작용 규제에는 설치된 PV 용량이 많은 독일의 일부 지역에서 그리드 피드인의 제한도 포함되어 있습니다.[88][89]자가 소비를 증가시킴으로써 전력을 낭비하는 감축 없이 그리드 피드인을 제한할 수 있습니다.[90]

세대와 소비의 조화가 높은 자가소비의 핵심입니다.배터리를 사용하거나 제어 가능한 전력 소비량을 사용하여 매치를 개선할 수 있습니다.[90]그러나 배터리는 비용이 많이 들고, 수익성을 높이기 위해서는 자체 소비 증가 외에 다른 서비스를 제공해야 할 [91]수도 있습니다. 예를 들어 정전을 방지해야 합니다.[92]히트펌프나 저항식 히터를 갖춘 전열식 온수저장탱크는 태양광 자가소비를 위한 저렴한 저장공간을 제공할 수 있습니다.[90]식기 세척기, 텀블 건조기 및 세탁기와 같은 이동식 부하는 사용자에게 제한된 효과만으로 제어 가능한 소비를 제공할 수 있지만, 태양열 자체 소비에 미치는 영향은 제한적일 수 있습니다.[90]

에너지 가격, 인센티브 및 세금

주요 기사: PV 재정 인센티브

PV에 대한 인센티브 정책의 원래 정치적 목적은 PV 비용이 그리드 패리티를 크게 상회하는 경우에도 산업을 성장시키기 위해 초기 소규모 배치를 용이하게 하여 산업이 그리드 패리티에 도달하는 데 필요한 규모의 경제를 달성할 수 있도록 하는 것이었습니다.그리드 패리티에 도달한 이후 일부 정책은 국가 에너지 자립,[93] 첨단 기술 일자리 창출[94] 및 CO2 배출 감소를 촉진하기 위해 시행됩니다.[93]

태양광에 대한 재정적 인센티브는 호주,[95] 중국,[96] 독일,[97] 인도,[98] 일본 및 미국을 포함한 국가와 심지어 미국 내의 주마다 다릅니다.

망계량

망계량은 투입관세와 달리 1미터만 필요하지만 양방향이어야 합니다.

순계량에서 생산된 전기의 가격은 소비자에게 공급된 가격과 같고 소비자는 생산과 소비의 차이에 대해 요금을 청구합니다.망계량은 일반적으로 표준 전력계량기를 변경하지 않고도 할 수 있는데, 전력량을 양방향으로 정확하게 측정해 자동으로 차이를 보고하고, 주택 소유자와 기업이 소비와 다른 시간에 전력을 생산할 수 있도록 해 사실상 거대한 축전지로 활용하기 때문입니다.순계량을 사용하면 적자는 매달 청구되지만 흑자는 그 다음 달로 이월됩니다.모범 사례에서는 kWh 크레딧을 영구적으로 롤오버해야 합니다.[99]서비스 종료 시 초과 크레딧은 연간 초과 크레딧일 수 있는 것처럼 도매에서 소매율 또는 그 이상의 비율로 손실되거나 지불됩니다.[100]

세금

일부 국가에서는 수입 태양광 패널에 관세(수입세)가 부과됩니다.[101][102]

그리드 통합

주요 기사:에너지 저장소 및 그리드 에너지 저장소
효율적인 열에너지 저장장치를[103] 제공하여 일몰 후에 출력을 제공하고, 수요에 맞는 출력을 계획할 수 있는 소금탱크의 건설.[104]280MW Solana 발전소는 6시간의 에너지 저장을 제공하도록 설계되었습니다.이를 통해 공장은 1년 동안 정격 용량의 약 38%를 생산할 수 있습니다.[105]
열에너지 저장장치.안다솔 CSP 공장은 태양 에너지를 저장하기 위해 용융염 탱크를 사용합니다.
양수 저장 수력 전기(PSH).독일 Geeshacht에 있는 이 시설에는 태양열 어레이도 있습니다.

변동성

전 세계에서 생산되는 대부분의 전기는 기존 발전기가 수요에 대응할 수 있고 저장 비용이 일반적으로 더 비싸기 때문에 즉시 사용됩니다.태양열과 풍력은 모두 가변 재생 전력의 원천이며, 이는 가용한 모든 출력을 현지에서 사용하거나, 다른 곳에서 사용할 송전선로에 운반하거나, (예: 배터리에) 저장해야 함을 의미합니다.야간에는 태양 에너지를 사용할 수 없기 때문에, 지속적인 전기 가용성을 갖도록 태양 에너지를 저장하는 것은 특히 오프 그리드 애플리케이션과 미래의 100% 재생 에너지 시나리오에서 잠재적으로 중요한 문제입니다.[106]

태양 전력은 본질적으로 변동이 심하지만 시간, 장소, 계절에 따라 어느 정도 예측 가능합니다(태양 전력 예측 참조).태양은 낮/밤의 주기와 다양한 기상 조건으로 인해 간헐적으로 발생합니다.주어진 전기 유틸리티에 태양광 발전을 통합하는 과제는 매우 다양합니다.더운 여름과 온화한 겨울이 있는 지역에서는 태양열이 낮 동안의 냉방 수요에 잘 부합합니다.[107]

에너지저장장치

집중형 태양광 발전소는 고온의 용융염과 같은 태양 에너지를 저장하기 위해 축열을 사용할 수 있습니다.이러한 염은 비용이 저렴하고 비열 용량이 크며 기존의 전력 시스템과 호환되는 온도에서 열을 전달할 수 있기 때문에 효과적인 저장 매체입니다.이 에너지 저장 방법은 예를 들어 Solar Two 발전소에서 사용하는 것으로, 68 m 저장3 탱크에 1.44 TJ를 저장할 수 있으며, 이는 약 99%[108]의 효율로 거의 39시간 동안 최대 출력을 제공할 수 있는 양입니다.

일반적으로 PV 시스템 배터리는 과도한 전기를 저장하는 데 사용됩니다.전력망이 연결된 태양광 발전 시스템을 사용하면 과도한 전기를 전력망으로 보낼 수 있습니다.순계량 및 투입 관세 프로그램은 이 시스템들이 생산하는 전력에 대한 신용을 부여합니다.이 크레딧은 시스템이 수요를 충족할 수 없을 때 그리드에서 제공되는 전기를 상쇄하여, 과도한 전기를 저장하는 대신 그리드와 효과적으로 거래합니다.[109]풍력과 태양열이 그리드 전력의 작은 부분일 때, 다른 발전 기술은 출력을 적절하게 조정할 수 있지만, 이러한 형태의 가변 전력이 증가함에 따라 그리드에서 추가적인 균형이 필요합니다.가격이 급격히 하락함에 따라 PV 시스템은 충전식 배터리를 사용하여 밤 늦게 사용할 잉여 배터리를 저장하는 경우가 늘어나고 있습니다.그리드 저장에 사용되는 배터리는 피크 부하를 몇 시간 동안 수평으로 조정함으로써 전력망을 안정화시킬 수 있습니다.미래에는 가격이 저렴한 배터리가 전기 그리드에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 발전량이 수요량을 초과하는 기간에는 충전을 하고 수요량이 발전량보다 많을 때는 저장된 에너지를 그리드에 공급할 수 있기 때문입니다.

오늘날의 가정용 PV 시스템에 사용되는 일반적인 배터리 기술은 니켈-카드뮴, 납-산, 니켈 금속 수소화물 및 리튬-이온을 포함합니다.[110][111][better source needed]리튬이온 배터리는 집중적으로 개발되고 있고 기가팩토리1 등 대형 생산시설이 제공하는 규모의 경제로 가격이 낮아질 것으로 예상돼 가까운 미래에 납축 배터리를 대체할 가능성이 있습니다.또한, 플러그인 전기 자동차의 Li-이온 배터리는 차량-그리드 시스템에서 미래의 저장 장치의 역할을 할 수 있습니다.대부분의 차량이 평균 95%의 시간 동안 주차하기 때문에 배터리를 사용하여 차량에서 전력선으로 전기가 흐르게 할 수 있습니다.분산형 PV 시스템에 사용되는 다른 충전식 배터리에는 나트륨-황 및 바나듐 레독스 배터리, 두 가지 주요 유형의 용융염 및 유동 배터리가 각각 포함됩니다.[112][113][114]

이상화된 가정 하에서 유럽의 풍력 및 태양광 발전 용량 요소의 계절적 주기.그림은 계절 규모에 따른 풍력과 태양에너지의 균형효과를 나타낸 것이다(Kaspar et al., 2019).[115]

기타기술

태양광 발전소는 축소될 수는 있지만, 대개는 가능한 한 많은 전력을 단순히 출력합니다.따라서 그리드 에너지 저장이 충분하지 않은 전기 시스템에서는 일반적으로 태양 전기의 상승과 하락, 수요 변화에 따라 다른 공급원(석탄, 바이오매스, 천연가스, 원자력, 수력 전기)의 발전량이 상승 및 하락합니다(발전소에 따른 부하 참조).

기존의 수력 발전 댐은 태양열 발전과 함께 매우 잘 작동합니다. 필요에 따라 물을 억제하거나 저수지에서 방출할 수 있습니다.적절한 지리적 위치를 알 수 없는 경우, 양수 저장 수력 전기는 태양열을 사용하여 맑은 날에 높은 저수지로 물을 퍼올릴 수 있으며, 그런 다음 밤과 악천후에는 수력 발전소를 통해 물을 낮은 저수지로 방출함으로써 에너지를 회수할 수 있으며, 이는 사이클이 다시 시작될 수 있습니다.[116]

수력 발전소와 천연 가스 발전소는 부하의 변화에 신속하게 대응할 수 있지만 석탄, 바이오매스 및 원자력 발전소는 일반적으로 부하에 대응하는 데 상당한 시간이 소요되며 예측 가능한 변화에 따라야만 일정을 잡을 수 있습니다.지역 상황에 따라, 전체 발전량의 약 20-40%를 넘어서, 태양광과 같은 그리드 연결 간헐적 공급원은 그리드 상호 연결, 에너지 저장 또는 수요 측면 관리의 일부 조합에 투자가 필요한 경향이 있습니다.호주와 같이 태양광 발전량이 많은 국가에서는 태양광 발전량이 많은 한낮에 전기료가 마이너스가 되어 배터리를 새로 저장할 수 있습니다.[117][118]

풍력과 태양광 PV의 결합은 각 시스템의 피크 가동시간이 하루와 일년 중 서로 다른 시간에 발생하기 때문에 두 공급원이 서로 보완한다는 장점이 있습니다.[119]따라서, 이러한 태양광 하이브리드 전력 시스템의 발전은 두 개의 컴포넌트 서브시스템 각각보다 더 일정하고 덜 변동합니다.[120]태양열 발전은 계절성이 있으며, 특히 적도에서 떨어진 북부/남부 기후에서 그러하므로 수소 또는 양수 수력과 같은 매체에 장기적인 계절적 저장이 필요합니다.[121]

환경영향

자세한 정보:집중_태양광_전력 § 환경_효과
에너지원당 온실가스 배출량.태양열은 온실가스 배출량이 가장 적은 원천 중 하나입니다.
독일 동부 센텐베르크 시와 가까운 노천 광산 지역에 위치한 태양광 발전소인 센텐베르크 솔라파크의 일부입니다.78MW 규모의 1단계 공장은 3개월 이내에 완공되었습니다.

태양열은 화석연료의 전기보다 깨끗해서,[19] 그것을 대체할 때 환경에 좋을 수 있습니다.[122]태양열 발전은 작동 중에 유해한 배출로 이어지지 않지만, 패널의 생산은 어느 정도의 오염으로 이어집니다.2021년 연구에서는 단결정 패널 제조의 탄소 발자국을 미국의 경우 515g CO2/kWp, 중국의 경우 740g CO2/kWp로 추정했지만,[123] 제조업체가 청정 전기와 재활용 소재를 더 많이 사용함에 따라 이는 감소할 것으로 예상됩니다.[124]태양광 발전은 2022년 현재 몇 년의 탄소 회수 시간으로 생산을 통해 환경에 초기 비용을 전달하지만 30년 수명의 남은 기간 동안 청정 에너지를 제공합니다.[124][125]

태양열 발전소의 생애 주기 온실가스 배출량은 킬로와트시(kWh)당 50그램(g) 미만이지만 [126][127][128]배터리 저장량은 최대 150g/kWh가 될 수 있습니다.[129]반면, 탄소 포집 및 저장이 없는 복합 사이클 가스 화력 발전소는 약 500 g/kWh, 석탄 화력 발전소는 약 1000 g/kWh를 배출합니다.[130]전체 수명 주기 배출량이 대부분 건설에서 나오는 모든 에너지원과 마찬가지로 태양열 장치의 제조 및 운송에서 저탄소 전력으로의 전환은 탄소 배출량을 더욱 감소시킬 것입니다.[128]

태양열의 수명주기 표면전력 밀도는 많은[131] 차이를 보이지만 평균 약 7 W/m2로 원자력의 경우 약 240, 가스의 경우 약 480과 비교됩니다.[132]그러나 가스의 추출과 처리에 필요한 토지를 고려할 때, 가스 전력은 태양열보다 전력 밀도가 그다지 높지 않을 것으로 추정됩니다.[19]PV는 더 높은 표면 전력 밀도와 용량 계수를 가진 공급원과[which?] 동일한 공칭 양의 에너지를 생산하기 위해 훨씬 더 많은 지면이 필요합니다.2021년 연구에 따르면 2050년까지 자국 영토의 태양광 발전소에서 25~80%의 전력을 확보하려면 패널이 유럽연합의 0.5~2.8%, 인도의 0.3~1.4%, 일본과 한국의 1.2~5.2%의 토지를 커버해야 합니다.[133]PV 농장을 위한 이러한 넓은 지역의 점유는 삼림 벌채, 식생 제거 및 농장 토지 전환을 초래할 뿐만 아니라 주거 반대를 초래할 수 있습니다.[134]그러나 한국과 일본과 같은 일부 국가들은 다른 저탄소 발전원들과 [137]함께 PV 아래에서 농업을 위해 땅을 사용하거나 [135][136]떠다니는 태양열을 사용합니다.[138][139]전 세계적인 토지 이용은 생태학적 영향을 최소화합니다.[140]건축물 등 건축물에 설치함으로써 토지 사용을 가스 전력 수준으로 줄일 수 있습니다.[131]

유해 물질은 태양 전지판의 생산에 사용되지만 일반적으로 소량입니다.[141]2022년 현재 페로브스카이트의 환경 영향은 추정하기 어렵지만 납이 문제가 될 수 있다는 우려가 있습니다.[19]2021년 국제 에너지 기구의 연구에 따르면 구리 수요는 2040년까지 두 배가 될 것으로 예상됩니다.이 연구는 태양열의 대규모 배치와 필요한 그리드 업그레이드로 인한 수요를 충족시키기 위해 공급이 빠르게 증가해야 한다고 경고합니다.[142][143]텔루륨과 인듐이 더 필요할 수도 있고 재활용이 도움이 될 수도 있습니다.[19]

태양 전지판이 때때로 더 효율적인 전지판으로 대체됨에 따라, 중고 전지판은 때때로 아프리카와 같은 개발도상국에서 재사용됩니다.[144]몇몇 국가들은 태양 전지판의 재활용에 대한 구체적인 규정을 가지고 있습니다.[145][146][147]다른 에너지원에 비해 유지비가 이미 저렴하지만,[148] 일부 학자들은 태양열 발전 시스템이 더 수리 가능하도록 설계되어야 한다고 요구했습니다.[149][150]

캘리포니아 사막의 리버사이드 이스트 태양 에너지 존에 있는 비영리단체 "Basin and Range Watch"의 한 반대자는 2023년에 "태양 식물들은 서식지 파괴와 새들을 위한 "죽는 죽음의 덫"을 포함한 무수한 환경 문제들을 일으키고, 새들은 패널을 향해 물로 착각하고 잠수합니다.한 프로젝트는 멸종위기에 처한 사막 거북이의 서식지로 지정된 600에이커를 불도저로 처리했고, 모하비 프린지-발톱 도마뱀과 큰뿔 양들의 개체수 또한 피해를 입었습니다.'환경론자들에 의하면, 같은 태양열 프로젝트가 사막의 동식물군을 어떻게 해쳤는지에 대한 많은 다른 예들도 같은 기사에 포함되어 있습니다.[151]

태양열 발전의 극히 일부는 집중된 태양열 발전입니다.집중 태양광은 가스 화력보다 훨씬 더 많은 물을 사용할 수 있습니다.이런 종류의 태양열 발전은 강한 햇빛을 필요로 하기 때문에 종종 사막에 지어지기 때문에 이것은 문제가 될 수 있습니다.[152]

정치

태양광 생산은 에너지 안보에 기여하는 석유나 가스와 달리 한번 설치되면 지정학으로 끊을 수 없습니다.[153]

2022년 현재 전 세계 폴리실리콘 제조 능력의 40% 이상이 중국 신장에 있으며,[154] 이로 인해 공급망 의존성뿐만 아니라 인권 침해(신장 수용소)에 대한 우려가 제기되고 있습니다.[155]

참고 항목

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태양광발전
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외부 링크

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