태양광 발전 포함 신재생에너지란?

태양광 발전 시스템 고효율 모듈, ESS 동향, 정부 정책 및 비용 변화 등과 신재생에너지 12종의 기술 원리, 신에너지, 재생에너지별 개념 정의 등을 다뤄봅니다.

📚 신재생에너지의 중요성

태양광 발전 시스템은 신재생 발전 방식 중 가장 대표적인 방식인데, 신재생에너지를 논할 때 태양광을 빼놓고는 이야기할 수 없습니다.

먼저, 신재생에너지 정책 및 동향을 알아봅니다.

이전 정부는 재생에너지 3020 정책을 통해 2030년까지 신재생에너지 사용률을 20%까지 끌어올리는 것을 목표로 추진했습니다.
현재는 에너지 믹스 재편과 탄소중립 목표에 맞춰 재생에너지의 비중 확대를 지속적으로 추진하고 있습니다. 특히 태양광과 풍력에 집중적인 투자가 계속되고 있습니다.
과거보다 설치 비용이 크게 절감되고, 기술 발전으로 효율성이 높아지면서 태양광 발전은 경제성을 확보하여 주력 발전원 중 하나로 자리매김했습니다.

🗺️ 신재생에너지의 정의 및 필요성

1. 신재생에너지의 필요성

화석 연료는 한정적인데요, 과거 예상치 기준으로 석유는 약 40년, 천연가스는 약 60년 정도로 사용 가능 기간을 예상하고 있습니다. 다만, 매장량 발견에 따라 변동될 수 있으나 근본적인 한계는 여전히 존재합니다.
화석연료는 지구 온난화, 이산화탄소(CO2) 배출 등의 환경 문제를 야기하고 있는데, 이를 해결하기 위해 친환경적인 에너지원인 신재생에너지의 개발과 보급은 필수적입니다.
과거에는 고가였던 신재생에너지 발전 방식이 현재는 기술 발전과 대규모 생산에 힘입어 기존 화력 발전(석탄, 석유, 가스) 방식 대비 경쟁력 있는 수준에 도달하고 있습니다.

2. 신재생에너지의 정의

신재생에너지는 석유를 대체하는 에너지를 지칭하는 말로, 신에너지와 재생에너지를 합친 개념입니다.

신에너지 (3종): 수소 에너지, 연료전지, 석탄가스화 및 액화
재생에너지 (9종): 태양광, 태양열, 풍력, 지열, 바이오, 폐기물, 수력, 수열, 해양 에너지

☀️ 태양광 발전 시스템 (Photovoltaic, PV)

태양광 에너지는 태양광 발전 시스템(PV 시스템)을 사용하여 생산하는 에너지입니다.

1. 태양광 발전 시스템 구성 요소

구성 요소	기능	비고
태양광 전지판 (모듈)	태양전지로 구성되어 빛 에너지를 직류(DC) 전기로 변환
접속함	다수의 태양광 모듈에서 생산된 DC 전기를 모아 인버터로 연결
인버터	모듈에서 생산된 직류(DC) 전기를 가정 및 산업에서 사용하는 교류(AC) 전기로 변환	AC 출력이 필요 없는 독립형 시스템(가로등 등)에는 불필요
배터리 (에너지 저장)	생산된 전기를 저장하여 야간이나 발전량이 부족할 때 사용	독립형 시스템이나 ESS 연계 시 필수

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2. 최신 기술 및 효율성 데이터

모듈 효율 측면에서 6년 전 250W ~ 300W급 모듈이 주로 사용되었으나, 현재는 600W급 이상의 고효율 모듈이 주를 이루고 있고, 내년은 700W급 모듈이 많이 나올 것으로 예상합니다.
결정질 실리콘 셀 효율은 일반적으로 22~23% 이상이며, 연구 개발 분야에서는 30%를 넘어서는 탠덤 셀 기술 등이 상용화를 앞두고 있습니다.
배터리(ESS)는 리튬이온 배터리(NMC, LFP 등)가 주류이지만, 폭발 위험을 낮춘 LFP(리튬인산철) 배터리가 높은 안정성과 긴 수명으로 ESS 시장의 주력으로 부상하고 있습니다.

3. 모니터링 및 유지보수

모바일 앱 기반의 원격 모니터링 시스템이 일반화되어 발전소의 현재 상태, 실시간 출력, 발전량 등의 정보를 언제든지 확인하고 유지보수(O&M)에 활용할 수 있습니다.

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🌡️ 태양열 에너지

태양열 에너지는 태양의 복사열을 흡수하여 온수 생산, 냉난방 등에 활용하는 것이 주 목적이며, 전력 생산이 주된 목적은 아닙니다.

구성은 열을 모으는 집열부, 열을 저장하는 축열부, 그리고 열 전달 및 분배 시스템으로 구성됩니다.
노인/아동 복지시설이나 농가 등에서 온수 공급 및 난방에 많이 활용되며, 지붕에 설치된 집열판(모듈과 형태가 유사)과 펌프, 배관 설비를 통해 열매체(물 등)를 순환시킵니다.

🌬️ 풍력 에너지

풍력 에너지는 태양광과 함께 신재생에너지의 쌍두마차로 불립니다.

풍력은 잘 알다시피, 바람의 힘으로 날개(블레이드)를 회전시켜 발전기에서 교류(AC) 전원을 직접 얻어냅니다.
수평축 풍력 발전기는 대형 발전기(500kW 이상, 1MW급 이상)에 주로 사용되며 효율이 높고, 수직축 풍력 발전기는 소형 발전기에 유리하며, 상대적으로 안전하고 설치가 용이합니다.
풍력 발전의 면적 효율은 태양광보다 매우 높습니다. 1MW급 풍력 발전기 1대로 넓은 면적을 차지하는 태양광 발전소와 맞먹는 출력을 얻을 수 있습니다.
다만, 단점도 많은데, 블레이드 회전 시 발생하는 저주파 소음 때문에 도심 설치가 어렵고, 주로 산악 지대나 해상에 설치되고 있고, 강한 바람은 블레이드를 손상시키거나 파손시킬 수 있어서 안전 규제가 엄격합니다.

🌏 지열 및 수력 에너지

지열 에너지는 땅속의 온도를 이용하여 냉난방 장치로 활용하는데요. 한여름에는 시원한 열을, 한겨울에는 따뜻한 열을 이용하며, 주로 히트 펌프와 열교환기를 사용합니다. 전력 생산이 아닌 열 에너지 활용이 주 목적입니다.
수력 에너지는 댐에서 물의 낙차를 이용해 발전하는 방식입니다. 물의 위치 에너지를 운동 에너지로 변환하여 발전기를 돌려 교류(AC) 출력을 얻습니다.

🌊 바이오 에너지

농작물, 가축 분뇨, 음식물 쓰레기 등 유기성 물질을 이용하여 연료(디젤 원료 등), 가스(메탄 등), 또는 펠릿 형태의 땔감으로 변환하여 활용합니다.

🔋 신에너지 (수소 및 석탄가스화)

재생에너지와 함께 신에너지는 미래 에너지 시스템의 핵심입니다.

수소 에너지 및 연료전지:
- 원리: 수소(H)와 산소(O2)가 반응하여 물(H2O)이 생성될 때 발생하는 에너지를 전기로 얻는 방식입니다.
- 활용: 수소 연료전지 자동차 생산이 활발하며, 과거 대비 차량 가격은 일반차량의 20 ~ 40% 이상 고가이나 정부 보조금 지원으로 보급을 확대하고 있습니다.
- 인프라: 과거 충전소 부족 문제가 있었으나, 정부는 수소 충전소 확산 정책을 적극 추진하고 있어서 인프라 구축이 빠르게 진행 중입니다.
석탄가스화 및 액화:
석탄을 고온/고압에서 처리하여 가스나 액체 연료로 변환하는 기술입니다. 설비 비용이 매우 고가인 것이 확산의 걸림돌로 작용하고 있습니다.