독립형 계통연계형 인버터, 태양광 절감기법

태양전지는 빛을 흡수하는 소재의 종류에 따라 Si계, 화합물반도체계, 유기계 등으로 분류될 수 있으 며, 상용화 순서에 따라서는 1세대(결정질 실리콘), 2세대(실리콘박막, CIGS 및 CdTe 박막), 3세대 (염료감응, 유기) 및 차세대(양자점, 플라즈몬 등)로 분류할 수 있다. 결정질 실리콘 태양전지의 경우 최근 실험실 및 상업용 모듈의 효율이 기술개발에 의해 지속적으로 증가하고 있으며, 실리콘 웨이퍼의 두께를 줄이는 연구가 진행되고 있다. 박막 태양전지 중에서는 고효율화 기술개발과 함께 플렉시블 태양전지의 개발이 진행되고 있다. 태양전지 종류별 기술 개발 현황 및 계획은 다음 표와 같다.

 

 

 

<표> 태양전지 종류별 효율 및 특징

 

 

 

1. 인버터

 

산업자원부의 대체 에너지 기술개발 실용화 평가사업으로 성능평가 기술 기준을 제정해 2004년부터 태양광발전용 인버터에 대한 인증제도를 도입하였고, 신재생에너지 설비심사세부 기준 NR-PV 502 :
2009 신재생에너지 설비심사세부기준 중대형 태양광발전용 인버터(계통연계형, 독립형) 기준 운영하고 있다. 2014년기준 세계 태양광발전 설치 수요시장 전망치를 기반으로 한 전세계 인버터 공급은 2011
년 26.0GW, 2012년에 31.5GW, 2015년에는 50.9GW까지 증가할 것으로 전망되며, 2011~2015의 연평균 성장률은 22.4%에 이를 것으로 기대된다. 또한, 세계 태양광발전용 인버터 시장규모는 2012
년 60억 달러 규모에서 2020년 92억 달러 규모로 연평균 6.9% 성장할 것으로 전망하고 있다. 1)

 

 

[그림] 세계 태양광발전용 인버터 시장규모

 

 

참조 : 1) 신재생에너지용 전력변환장치 성능평가장치 – 한국전기연구원 분야별 보유기술

 

 

 

 

(1) 독립형

독립형 태양광 발전시스템은 태양광으로 발생되는 전력의 생산과 공급을 전력망에 의존하지 않고 자체적으로 해결할 수 있는 발전시스템이다. 독립형 태양광 발전시스템은 태양전지 패널, 배터리 (Battery), 충전조절기(Charge Controller), AC/DC 인버터로 이루어진다. 배터리는 태양전지 패널에서 생산된 전력을 저장하는 역할을 한다. 충전조절기(Charge Controller)는 태양전지 판과 배터리 사이에 위치하여 배터리의 충전상태를 모니터링하고, 충전이 완료되었을 때 태양전지 패널에서 배터리로 전력이 흐르는 것을 방지하여 배터리의 손상을 막는 역할을 할 뿐 아니라 배터리에서 태양전지 패널로 전력이 역류하는 것을 방지하기도 한다. 독립형 태양광 발전시스템은 설치지역에 제한을 받지 않기 때문에 주로 전력망 보급이 어려운 산간이나 섬 등의 격오지 에 전력을 공급하기 위한 발전시스템으로 널리 사용되고 있다. 또한 아프리카와 같이 전력망이 제대로 갖춰지지 않은 지역에 적용되기도 한다. 그외에 태양광 가로등, 무선기지국, 캠핑카, 이동용 화장실 등에도 독립형 태양광 발전시스템이 적용되고 있다.

 

(2) 계통연계형

계통연계형 태양광 발전시스템은 현재 가장 널리 쓰이고 있는 발전시스템으로 태양전지 패널 (Photovoltaic Panels)과 AC/DC 인버터(AC/DC Inverter)로 이루어져 있다. 이는 전력망과 연결되어 있어 가정에서 쓰고 남는 전기는 한국전력에 보내져 판매된다. 태양전지 패널에서는 태양에너지를 이용 하여 전력을 생산하고, 이를 통해 생산된 전력이 직류 형태이기 때문에 가정에서 이 전력을 사용하기 위해서는 인버터를 통해 직류 전류를 교류 전류로 변환해주어야 한다. 수 kW에서 수 GW까지 설치용 량이 다양해 대형 발전소, 상업용, 가정용 발전시스템에 널리 적용되고 있다. 현재 발전단가는 가정용의 경우 W당 2.5달러 정도이고, 대형 발전소의 경우 W당 1.5달러 수준이다. 비록 독립형 태양광 발전시스템에 비해 발전단가는 낮지만 전력망과 연결되어 있어야 한다는 점 때문에 설치지역에 제한이 있다.

 

 

 

 

[그림] 태양광 발전시스템 개략도

 

 

 

 

2. 향후 전망

 

무한정하면서도 청정한 태양에너지를 바로 전기로 변환하는 태양광 발전은 석유자원의 고갈문제가 대두되면서부터 이미 에너지 문제를 극복할 최선의 대안으로 인식되어 왔다. 최근의 일시적인 수요공급 불일치에 따른 경기위축 문제에도 불구하고 앞으로 태양광발전 산업은 지속적으로 발전할 것으로 예측 되며, 장차 국내의 에너지 자립에도 기여할 것으로 전망된다. 하지만 중요한 것은 다가올 시장 확대기에 대비하여 국내 기업이 경쟁력을 꾸준히 확보해나가고 향후 우리나라의 미래성장동력 산업으로 성장 하는 것이며, 또한 이와 함께 국내에서의 태양광발전 보급도 보다 늘리는 것이다. 이를 위하여 무엇보다 필요한 것은 차별화된 기술을 선점하는 것이며 기술개발에 의한 결정질 실리콘 분야에서의 경쟁력 확보와 함께 향후 부가가치 창출 효과가 크고 다양한 분야로의 응용이 가능한 차세대 박막 태양전지를 개발하는 것이 좋은 대안이 될 것이다. 이를 위하여 그간의 연구개발 투자 성과 분석을 바탕으로 연구 개발의 효율성을 높이고 더 나아가 원천기술 개발을 위한 투자를 확대해야 할 것이다.

이미 정부에서는 고효율 초저가 태양광 미래기술을 선점하기 위한 연구개발에 투자하고 있다. 태양광 국내 기업의 수출 시장 확대만큼 내수시장의 확보 또한 간과해서는 안 될 과제이다. 내수 시장의 확보는 국내 기업의 경쟁력 강화 뿐만 아니라 국가 에너지 자립의 관점에서도 매우 중요하다. 우리와 비슷한 일사 조건을 가지고 있으면서도 세계 태양광 보급을 선도하고 있는 일본과 독일의 사례는 우리에게 시사하는 바가 매우 크다. 건물일체형 태양광발전 시스템, 4대강 유역의 수상(변) 태양광발전 시스템등 국내 실정에 맞는 태양광 시스템을 보급하기 위한 범부처간 노력이 필요하다고 보이며 또한 태양광 에너지의 생산 및 사용자(프로슈머)의 법적 지위를 확립하는 등 보급 확대를 위한 법규 및 제도의 개선도 더욱 필요하다. 이에 있어 최근 논의 중인 네거티브 방식으로의 규제 개혁은 매우 바람직한 시도 이고 태양광발전 기술의 실용화를 통한 친환경 전기 에너지원 확보의 필요성은 더욱더 강조되고 있지 만, 국내 기업의 산업 경쟁력 확보 및 보급 확대는 결코 쉽지 않은 과제이다.

우리나라가 보유하고 있는 기술 개발 인프라를 최대한 활용하여 차세대 태양광 기술을 확보하고, 범국가적인 차원에서의 산업 및 보급 지원 체계를 구축하기 위한 노력이 매우 필요한 시점이다. 이와 함께 규모의 경제를 실현할 수 있는 생산용량확보, 관련 산업의 수직계열화, 개별 기업이 아닌 국가 차원의 컨소시엄을 구성하여 공동 대응하는 방법 또한 바람직하다.

 

 

 

 

참고 문헌
1. 한국에너지기술연구원, 윤경훈, PV CDROM 태양광개론, 2016
2. 한국에너지기술평가원, 송재천, 신재생에너지 백서, 2016
3. 한국에너지기술평가원, 정훈, 국내외 태양광 기술개발 및 시장 동향, 2016
4. 해외경제연구소 산업투자조사실, 태양광산업, 2014
5. 한국과학기술정보연구원, 박훈, 에너지저장시스템 시장과 동반 성장 전망, 2014

 

 

 

 

 

 

국내 태양광 발전 시스템 시장

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