초록 ▼

전 세계 기후변화에 따른 기상이변이 발생함에 따라 기존의 화력발전소와 같은 대량의 온실가스를 배출하는 전력시스템에서 저탄소 발전원인 재생에너지로의 변환이 이뤄지고 있다. 재생에너지원 중 태양광발전은 태양에서 조사된 빛에너지를 광전효과를 이용하여 전기에너지로 바꿔주는 시스템이다.

태양광발전시스템은 태양전지를 모듈화한 뒤 이를 여러 단위로 묶어 설치하는 형태이며, 태양전지의 작동 원리는 그림 1과 같다. 태양전지에 빛이 입사되면 태양전지를 이루고 있는 반도체 물질이 빛을 흡수하여 전도대와 가전자대에 각각 전자-정공쌍을

전 세계 기후변화에 따른 기상이변이 발생함에 따라 기존의 화력발전소와 같은 대량의 온실가스를 배출하는 전력시스템에서 저탄소 발전원인 재생에너지로의 변환이 이뤄지고 있다. 재생에너지원 중 태양광발전은 태양에서 조사된 빛에너지를 광전효과를 이용하여 전기에너지로 바꿔주는 시스템이다.

태양광발전시스템은 태양전지를 모듈화한 뒤 이를 여러 단위로 묶어 설치하는 형태이며, 태양전지의 작동 원리는 그림 1과 같다. 태양전지에 빛이 입사되면 태양전지를 이루고 있는 반도체 물질이 빛을 흡수하여 전도대와 가전자대에 각각 전자-정공쌍을 생성하고 태양전지 내에 존재하는 p-n 접합에 의해 형성된 전계로 전자-정공쌍이 분리되어 전극에서 수집되어 전력을 생산하게 된다. 태양전지를 실제 발전에 사용하기 위해서는 태양전지를 직·병렬 연결하고 유리, 봉지재, 백시트로 모듈을 만들게 되고, 이 모듈을 어레이로 엮어 인버터와 연결하여 전력망과 연결한다.



그림 1. 태양전지의 작동 원리



그림 2에서 확인할 수 있듯 태양광 시장은 2000년대에 점차 성장하기 시작하여 2008년 이후 급성장을 하였고 전 세계 경제 상황에 따라 성장률 등락이 있었지만 꾸준한 성장을 이뤄 2020년에 139.4GW가 설치되었으며, 누적설치량으로는 744.6GW이다[1]. 또한 2019년에서 2026년까지 연평균 성장률이 25.1%로 예측되고 있다[2]. 향후 태양광 시장은 전력 구조 재편에 따라 여러 가지 시나리오가 제시되고 있으며, 국제 태양광 기술 로드맵(ITRPV)에 따르면 그림 3에 나타나 있는 것과 같이 보수적 예측 전망에서 2050년에 태양광 설치는 7.7TW로 예측되며, 태양광 기반 에너지전환 정책이 진행될 경우 63.4TW가 설치될 것으로 예측되고 있다[3].



그림 2. 연도에 따른 전 세계 태양광 설치 현황[1]



그림 3. 향후 태양광 시장 전망. [좌] 보수적 예측, [우] PV 기반 에너지전환 예측[3].



그림 4는 국내 태양광발전 잠재량을 계산한 값이다. 이론적 잠재량은 국토 면적 전체를 태양광발전을 한다는 가정으로 계산한 것이며, 기술적 잠재량은 지형 등에 의해 태양광 시스템 설치가 불가능한 면적을 제외한 것이고, 시장잠재량은 지형과 법령 및 지자체 조례에 따라 자연적, 사회적으로 태양광 설치가 불가능한 면적을 제외한 것에 모두 태양광을 설치하였을 때의 발전량과 설비용량을 나타내었다.



그림 4. 국내 태양광발전 잠재량



현재 국내 태양광발전은 법령 및 조례 개정 전에는 전 국토 대비 8.5%에서 가능하며, 향후 기후변화 대응을 위해서는 태양광의 확대를 위해 나대지뿐만 아니라 건물에도 태양광발전이 적용되어야 할 필요성이 있다고 예측되고 있다.

본 보고서에서는 태양광발전의 건물 적용에 대한 동향과 양면수광 태양전지를 적용할 수 있는 방법에 대해 알아보고자 한다.