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태양광 발전 - 무한한 태양 에너지로 전기를 만든다, 개정판 ㅣ 뉴턴 하이라이트 Newton Highlight 116
아이뉴턴 편집부 지음 / 아이뉴턴(뉴턴코리아) / 2018년 2월
평점 : 
절판
중학생이 된 아이에게 도움 되는 과학잡지
뉴턴하이라이트시리즈로 중학교 과학교재에
나오는 내용들 보며 배경지식과 전문지식을 함께 공부해보았어요.
Newton HIGHLIGHT 시리즈 77
친환경 에너지의 시대 태양광 발전
이번에 나온 뉴턴하이라이트 시리즈 '태양광 발전' 내용은
기존 내용에서 개정되어 새롭게 내용을 더 추가하여 발간되었어요.
기존의 화석연료의 대체연료로 각광받고 있는
태양열에너지는 우리 일상생활에
이미 자리 잡고 있으며 태양광 발전으로 우리에게
편리함을 주고 있습니다.
환경오염으로 이상기후 현상이 심한 현재,
친환경 청정에너지는 인류를 구할 에너지원으로
연구 대상으로 떠오르고 있습니다.
우리 일상생활 공간을 둘러보면
태양광 발전을 이용 전력 생산을 하여
전기, 석유 에너지 대신 이용하는 곳들이 많습니다.
날씨의 영향이 있지만, 환경오염 문제 해결을
위해서는 태양광 발전이 지금보다 더 다양하게
활용되고 자리 잡아야 할 것입니다.
우리 아이들이 살게 될 미래 에너지로 사용하게 될
친환경 에너지의 태양광 발전을
이 책에서는 그 원리와 개념을 이해하기 쉽도록
또 전문가적 해설을 통해 이해를 도와주고 있습니다.
중학생 과학잡지 뉴턴하이라이트시리즈
태양광 발전에서는 이 책에서는 태양광 발전의 특성과
14개의 주요 키워드 해설과 태양광 발전의 메커니즘,
태양 전지의 재료와 종류별 특성 분석,
태양광 발전을 시작하기 위한 다양한 기본 정보 제공을
통해 한국의 태양광 발전을 위해 무엇을 해야 하는지
정보에 대한 지식은 물론 앞으로의 대한 자신의
의견도 생각해 볼 수 있도록 해줍니다.
태양광 발전이 주목받는 이유는 무엇보다 '지구 환경 문제'때문입니다.
이산화탄소의 방출량을 줄여 온난화 대책에 공헌해야 한다는 것이며,
석유를 중심으로 하는 화석 자원의 매장량의 문제가 심각함을 일깨워줍니다.
석유는 현재 문명사회를 담당하는 핵심 에너지이지만
사용할수록 매장량은 감소하게 되며 그에 따른 가격도 오르게 됩니다.
그러므로 차세대 에너지로 태양 에너지를 이용하는 것
지구환경문제를 해결할 대안이 태양광 발전밖에 없다고 생각하고 있습니다.
태양광 발전이란 무엇인가?
화석 에너지는 엄청난 양의 오염 물질을 배출해 인류의 생활 환경
자체를 위협하고 있습니다. 매장량도 한정되어 있어 사용 가능 기간이
제한적이며, 그래서 태양광 발전이 주목받고 있습니다.
이 책에서는 태양광 발전의 가장 기본적인 특징과
반드시 알아두어야 할 키워드 14가지를 학습할 수 있게 해줍니다.
지구에 내리쬐는 태양 에너지의 양은 18만 TW에 이른다.
그 가운데 30%가 대기나 구름에 반사되고 나머지 13만
6000 TW가 지표나 바다에 닿는다. 만일 이 빛에너지를 모두
전기로 바꿀 수 있다면, 단 1시간의 일사량으로 전 일류가 소비하는
1년의 에너지를 공급받을 수 있다.
빛에너지를 전기로 바꾸는 것을 '태양광 발전'이다.
'태양 전지'라는 패널 9판)을 도구로 해서 전기를 만들어 내는 시스템이다.
즉, 태양광이 패널에 닿으면 전자의 흐름이 발생하고 이에 따라 전류가 발생하는 것이다.
태양광 발전은 무한한 에너지를 이용한다는 점에서 언젠가는 고갈되는
화석 원료를 이요한 발전과 큰 차이점이 있다.
이 책에서는 알아 두면 좋은 태양광 발전 기본 용어 14가지를
정리하여 태양광 발전 관련 서적을 읽거나 태양 전지 상품을
고를 때 용어의 이해를 높여줍니다.
태양광 발전의 최대 특징은 그 에너지원이 무한하다는 점이다.
화석 연료는 매장량이 앞으로 40~50년분 정도 남아 있는
유한한 연료이다. 또 화력 발전의 경우 연료의 에너지양을 100%라고 하면,
발전할 때 방출되는 열이나 송전 때의 손실로 약 65%가 가정에
도달하기 전에 사라진다.
독일의 대표적인 태양광 발전소
사진은 독일의 작센 주에 설치된 '발트폴렌츠 태양광 발전소'의 일부이다.
라이프치히 시의 동쪽, 브란디스에 위치해 있으며,
축구장 200개 넓이만 한 옛날의 군용 비행 장터에 박막 실리콘 태양 전지를 설치했다.
1차로 2007년부터 2009년까지 시설이 설치되었고,
2011년에 다시 확장되었다. 독일에서는 최대급의 태양광 발전 시설이며,
세계적으로도 큰 규모로 손꼽힌다.
약 70만 개의 박막 모듈이 설치되어 있는데,
용량은 52MW로 약 1만 5000 가구에 필요한 전기를 공급할 수 있다.
태양광 발전 시스템에는 크게 다섯 부분이 필요하다.
먼저 시스템의 핵심을 맡고 있는 주역인 '태양 전지 패널(모듈)'이다.\
다음은 '인버터'이다. 태양 전지에서 발전하는 전류는 직류이다.
이것을 가정에서 사용할 수 있도록 하거나 전선으로 보내기 위해서는
교류로 바꾸어 주어야 한다. 그 역할을 하는 것이 '인버터'이다.
또 가정에서 사용하는 것과 전선으로 보내는 것을 나누는 '분전반',
구리고 요금을 기록하는 '구입 전기 계량기'와 '판매 전기 계량기'도 필요하다.
현재 세계에서 가장 많이 보급되는 셀 재료는 '실리콘(규소)'결정이다.
그래서 '결정 실리콘 태양 전지'라고 한다.
결정 실리콘 태양 전지의 셀 내부는 실리콘 속에 들어가는 불순물의
종류에 따라 상하 2층 구조로 되어 있다. 불순물의 정체는 안과 봉소의
원자이며 실리콘 속에 10만 분의 1~100만 분의 1의 비율로 들어가 있다.
이들 불순물에 의해 100% 순수한 실리콘 결정보다 전자의수가 여분으로 있는
위층과 전자가 부족한 아래층으로 나누어진다. 이러한 2층 구조는 태양 전지가
발전하는데 중요한 역할을 담당한다.
우리 주변의 전기 제품은 전기가 흐름으로써 작동한다. 이 전기의 흐름을
'전류'라 한다. 전류란 '자유 전자의 흐름'이다.
태양 전지의 주된 재료인 실리콘에는 독특한 성질이 있다.
빛을 쬐면 실리콘의 전자가 본래의 궤도를 이탈해 자유 전자가 되는 것이다.
전자가 궤도를 이탈함으로써 '전자의 빈자리'도 생긴다.
실은 태양 전지에서 실리콘이 반드시 필요한 것은 아니다.
단독으로는 반도체의 성질을 가지 않은 원소도 조합하는
조건에 따라 실리콘과 같은 반도체의 성질을 갖는다.
실리콘 이외의 물질을 섞어서 생기는 태양 전지를 '화합물계 태양 전지'라고 한다.
빨강, 파랑, 노랑, 초록, 자주, 검정... '태양 전지는 군청색'이라는 이미지를 뒤엎고,
'여러 가지 색상의 태양 전기'가 등장했다. 바로 '염료 감응 태양 전지'이다.
염료 감응 대양 전지는 반도체 산하물 표면에 붙어 있는 염료가 빛을 받아
산화물에 넘겨줄 때 전기를 생산하는 기술로, 제조 원가가 낮은 데다
다양한 형태로 가공하기가 쉬워서 주목받고 있다.
전극 기판 재료나 색소를 바꾸면, 형상이나 색채를 다양하게 할 수 있다.
어떻게 하면 태양 전지로 발전한 전기를 효율적으로 축전하고 생활할 수 있을까?
일본 도후쿠 대학 대학원 환경과학연구과의 도지 가즈유카 교수팀이 연구한
직류를 직류 그대로 사용하는 새로운 집의 구조이다.
전기 제품 중에서도 컴퓨터나 액정TV 등은 직류로 작동한다.
따라서 태양광 발전으로 생긴 직류 전류를 커니셔너를 통하지 않고
축전지 등으로 안정화시켜 '직류용 콘센트'로 연결한다.
그리고 남은 전력은 직류 그대로 축산지에 저장한다.
교류용 가전제품은 종전과 마찬가지로 '교류용 콘센트'를 이용한다.
이렇게 하면 축전지에 저장된 전기도 손실 없이 사용할 수 있다.
한국이 대표적인 '에너지 자립섬'은 전라남도 진도군 조도면에
위치한 가사도이다. 섬 전체 사용 전력의 80%를 태양광과 풍력 등의 신. 재생
에너지로 쓰고 있다. 일사량이 좋은 날에는 태양광 발전만으로도 전력 공급이 가능하다.
마이크로그리드 방식을 적용한 덕분에 수요를 충당하고 남은 전력량은 저장할 수 있다.
마이크로그리드 기술은 저탄소 에너지 시대를 맞이하는 우리에게
중요한 전략 자산이 될 것이다.
에너지 자립섬은 '발전 비용'절감 효과도 크다. 가사도의 경우
발전 연료비가 디젤 발전기를 사용할 때보다 절반 이상 줄어들었다.
한국처럼 국토 면적이 좁고 도시가 발달한 국가에서는 건물을 활용한 발전
방식이 많이 활용된다. 태양광 발전이 집중형에서 분산형으로 바뀌는 점도
'지붕형 태양광 발전'이 주목받는 배경 중 하나이다.
과거에는 넓은 땅에 세워진 대규모 발전소에서 전력을 전송하는
집중형 방식이 주를 이루었다면, 요즘은 환경 문제나 전력 손실을
최소화하기 위해 상업용 건물이나 공공기관, 주택 등에 나누어
설치하는 분산형 발전이 주목받고 있다.
특히 태양광 모듈 가격이 저렴해지면서 다른 신. 재생 에너지 보다
설치 비용이 적게 들기 때문에 공장 지붕형 태양광 발전이 확산되고 있다.
지붕에 태양광 모듈을 설치하면 단열 효과뿐 아니라 무더운
여름철 공장 내부의 온도를 낮추는 데도 도움이 된다.
한편 정부는 향후에 에너지 소비를 저탄소. 고효율 구조로 전환할 방침이다.
우선 공공기관에 '에너지 저장 장치'를 의무적으로 설치하고 전국 단위에서
'지능형 계량 시스템'을 보급한다. 공공 부분 '제로 에너지 건축물' 인증도 의무화된다.
자원의 고갈, 환경오염과 지구 온난화 등으로 인류에게 태양광 발전은
많은 것을 해결해주는 수단이 될 수 있을 것이다.
위험에 노출되어 있는 원자력 발전의 '위험성'을 대비할 수 있는 대안으로도
태양광 발전을 꼽을 수 있기에 우리에게 이로운 방향으로 사용될 수 있기를
끊임없이 개발하고 연구해야 할 것이다.
중학생 과학잡지 뉴턴하이라이트 시리즈 보면서
미래 에너지에 대한 생각도 해보고,
과학지식과 정보도 함께 살펴볼 수 있는 책이었네요.