기후 변화 위기를 극복하기 위해 화석 연료를 깨끗한 에너지로 대체하려는 전세계적 움직임이 일어나고 있습니다. 많은 나라들이 태양 에너지, 그 중에서도 태양광 발전 연구 개발에 큰힘을 쏟고 있습니다.
태양은 온실 가스나 오염 물질을 배출하지 않는 친환경 에너지원으로 고갈 우려도 없습니다. 하지만 태양 에너지를 이용한 태양광 발전과 태양열 발전은 이러한 장점 외에 문제점도 가지고 때문에 그 장단점을 꼼꼼히 따져 보아야 합니다.
이 글에서는 태양광 발전과 태양열 발전의 기본적인 발전 원리 그리고 각각의 장점과 단점에 대해 알아 보도록 하겠습니다!
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태양광 발전
태양광 발전 원리
태양광 발전은 태양 전지판(솔라 패널)을 이용해 햇빛을 전기로 변환하는 발전 방식입니다. 금속이 빛을 받으면 전자를 내놓는 광전 효과를 이용해 전기를 발생시킵니다.
반도체로 만들어진 태양 전지판이 빛을 받으면 태양광 에너지를 흡수해 전자의 에너지 상태가 변합니다. 상태가 변한 전자는 반도체에 묶여 있지 않고 자유 전자가 되어 돌아다니게 됩니다. 이 전자를 흐르게 만들어 전기를 생산합니다.
태양광 발전은 일조량이 클수록 전기 생산량이 증가하기 때문에 사막이나 일조 시간이 긴 적도 지역 등에 적합합니다.
태양광 발전은 온도가 25도를 넘어서면 발전 효율이 낮아집니다. 따라서 여름에는 낮이 길어 일조량이 봄보다 많지만, 온도가 높아 효율은 봄보다 낮아집니다.
이 문제를 해결하기 위해 냉각수를 분사해 열을 식히거나 온도가 낮은 수상에서 태양광 발전을 하는 수상 태양광 발전 등이 연구되고 있습니다.
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태양광 발전 장점
(1) 자연 그대로의 빛을 이용하기 때문에 환경을 오염시키지 않습니다.
(2) 태양광 발전은 모듈과 인버터를 이용해 빛을 직접 전기로 바꿀 수 있어 발전기나 발전소와 같은 대형 구조물을 만들 필요가 없습니다. 그래서 다른 재생 에너지에 비해 주변에 환경 오염을 적게 일으킵니다.
(3) 지역, 동네, 가정에서 개별적으로 필요한 에너지를 만들어 사용할 수 있습니다.
특정 지역에서 대량으로 전기를 생산해 전국으로 보내는 현재의 방식은 그 과정에 전기가 새어 나가는데, 태양광 발전을 활용하면 이러한 낭비를 줄이고 효율을 훨씬 더 높일 수 있습니다.
(4) 태양 전지의 수명은 25~30년 정도로 수명이 길고 유지 보수 비용도 적게 듭니다.
태양광 발전 단점
(1) 태양광 발전은 해가 뜰 때만 전기를 생산할 수 있기 때문에 밤이나 흐린 날에는 공급에 차질이 있을 수 있습니다. 위치나 기상 조건에 따라 전기 생산량이 달라져 시공간의 제약을 받습니다.
이 문제를 해결하기 위해 일조량이 클 때 저비용으로 에너지를 저장하는 기술을 연구하고 있습니다.
(2) 태양광 발전의 발전 효율은 화석 에너지나 원자력 에너지에 비해 낮은 편이고 발전 단가도 비싼 편입니다. 그래서 아직은 우리가 사용하는 전력을 전부 태양광 발전으로 대체해 얻기는 힘든 게 현실입니다.
반도체 대신 페로브스카이트라는 물질로 패널을 만드는 등 발전 효율을 높이기 위한 연구가 꾸준히 이루어지고 있습니다.
최근 기술 개발로 발전 단가 또한 하락하고 있는 추세입니다.
(3) 발전 효율이 낮은 태양광 발전을 하기 위해서는 많은 태양광 패널과 넓은 설치 면적이 필요합니다. 넓은 부지를 마련하기 위해 산림이 훼손되는 환경 문제가 발생합니다.
이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 수상 태양광발전이 있습니다.
(4) 개발되지 않은 자연 환경에 태양광 패널을 설치하는 경우 주변 지역의 생태계에 영향을 줄 수 있습니다.
패널이 설치되는 지역은 햇빛이 차단되어 나무와 다른 식물들이 잘 자라지 못합니다. 나무 등의 식물들이 지탱하고 있던 지반은 약해지고 쉽게 유실될 수 있습니다.
호수나 바다 등을 개간해 설치하는 경우에도 마찬가지로 자연이 훼손됩니다. 야생 동물의 서식지를 훼손하는 경우도 발생합니다.
따라서 태양광 패널은 주택, 건물 등 이미 개발된 곳에 설치해야 피해를 최소화할 수 있습니다.
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태양열 발전
태양열 발전 원리
태양열 발전은 전통적인 화력 발전인 증기 터빈의 핵심 기술을 그대로 적용하여 전기를 생산하는 방식입니다. 차이점이라면 석탄이나 천연 가스 대신 태양열을 이용한다는 것입니다.
집열판에 태양열을 모아 물을 끓이고, 물이 끓으면서 생긴 증기로 발전기를 돌려 전기를 얻습니다.
태양열 발전 장점
(1) 태양열 발전은 석탄이나 천연 가스를 연소시키지 않고 물을 데워 증기를 만들어 내기 때문에 친환경적입니다.
온실 가스와 오염 물질을 배출하지 않아 공기를 오염시키지 않고 기후 변화를 줄일 수 있습니다.
(2) 설치 비용은 비쌀 수 있지만, 운영 비용은 상대적으로 저렴한 편입니다.
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태양열 발전 단점
(1) 태양열 발전은 설치 비용이 비싸고 발전 효율이 매우 낮습니다.
(2) 태양열을 적게 받는 시간이나 계절, 지역에서 사용하기 어렵습니다.
(3) 태양열 발전을 작동시키기 위해서는 물이 필요합니다. 물이 귀한 지역에서는 이 부분이 문제가 될 수 있습니다.
(4) 물을 담아두고 이동시키는 저수조와 배관도 필요한데, 겨울에는 동파될 우려가 있습니다.
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