태양광 발전소와 그 유형

태양광 발전소란?

태양광 발전소는 태양광 발전과 같이 햇빛을 직접적으로 또는 태양열 발전소와 같이 간접적으로 전기로 변환하는 모든 유형의 시설입니다. 그들은 다양한 유형으로 제공되며 각각은 태양의 힘을 활용하기 위해 서로 다른 기술을 사용합니다.

 

PV 태양광 발전소란?

광전지 발전소는 태양광을 사용 가능한 전기로 변환하기 위해 PV 또는 태양 전지로 알려진 광전지의 넓은 영역을 사용합니다. 이 전지는 일반적으로 실리콘 합금으로 만들어지며 대부분의 사람들에게 친숙한 기술입니다. 지붕에 전지가 있을 수도 있습니다.

패널 자체는 다양한 형태로 제공됩니다.

1. 결정질 태양 전지판
이름에서 알 수 있듯이 이러한 유형의 패널은 결정질 실리콘으로 만들어집니다. 단결정 또는 다결정(다결정이라고도 함)일 수 있습니다. 경험에 따르면 단결정 버전은 효율성이 더 높지만(약 20% 이상) 다른 대안(효율이 15-17%인 경향이 있음)보다 비싸지만 시간이 지남에 따라 발전으로 인해 둘 사이의 격차가 좁혀지고 있습니다.

2. 박막 태양 전지판
이러한 유형의 패널은 EM 스펙트럼의 다른 부분에서 빛을 흡수하는 일련의 필름으로 구성됩니다. 그들은 비정질 실리콘(a-Si), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 카드뮴 황화물(CdS) 및 구리 인듐(갈륨) 이셀레나이드로 만드는 경향이 있습니다.

이 유형의 패널은 기존 표면에 유연한 필름으로 적용하거나 지붕 타일과 같은 건축 자재 내에 통합하는 데 이상적입니다.

이러한 유형의 태양광 발전 패널은 일반적으로 국가 그리드에 직접 공급되거나 배터리에 저장되는 전기를 생성합니다.

이러한 유형의 패널을 사용하는 발전소에는 다음과 같은 기본 구성 요소가 있는 경향이 있습니다.

태양 전지판은 햇빛을 유용한 전기로 변환합니다. 그들은 최대 1500V의 전압으로 DC 전류를 생성하는 경향이 있습니다.
이 발전소는 DC를 AC로 변환하기 위해 인버터가 필요합니다.
그들은 일반적으로 공장을 제어하고 관리하기 위한 일종의 모니터링 시스템을 가지고 있습니다.
그들은 종종 일종의 외부 전력망에 직접 연결됩니다.
발전소가 500kW를 초과하여 생산하는 경우 일반적으로 승압 변압기도 사용합니다.

 

태양광 발전소는 어떻게 작동할까?

태양광 발전소는 더 작은 국내 규모의 PV 패널과 같은 방식으로 작동합니다.

우리가 보았듯이 대부분의 태양광 PV 패널은 반도체 재료, 일반적으로 어떤 형태의 실리콘으로 만들어집니다. 태양광의 광자가 반도체 재료에 부딪히면 자유 전자가 생성되어 재료를 통해 흐를 수 있어 직류 전류를 생성할 수 있습니다.

이것을 광전 효과라고 합니다. 그런 다음 DC 전류를 직접 사용하거나 전기 그리드에 공급하기 전에 인버터를 사용하여 교류(AC)로 변환해야 합니다.

 

 

PV 패널은 다른 공정이나 장치가 필요 없이 광효과를 직접 사용한다는 점에서 다른 태양광 발전소와 구별됩니다. 예를 들어, 그들은 태양열 발전소에서와 같이 물과 같은 액체 열 전달 물질을 사용하지 않습니다.

PV 패널은 에너지를 집중하지 않고 단순히 광자를 전기로 변환한 다음 다른 곳으로 전송합니다.

 

집광형 태양열 발전소의 종류

1. 포물선형 트로프 시스템
포물선 트로프 수집기에는 포물선의 초점에 위치한 수신기 파이프에 태양 광선을 집중시키는 긴 포물선 모양의 반사기가 있습니다. 컬렉터는 태양이 낮 동안 동쪽에서 서쪽으로 이동할 때 태양광이 수신기에 집중되도록 태양과 함께 기울어집니다.

포물선 모양으로 인해 물마루는 햇빛을 물마루의 초점선을 따라 위치한 수용 파이프에 정상 강도(집중비)의 30배에서 100배까지 집중시켜 750°F 이상의 작동 온도를 달성할 수 있습니다.

포물선형 선형 집광 시스템은 세계에서 가장 오래 운영되는 태양열 발전 시설인 SEGS(Solar Energy Generating System)에서 사용됩니다. 9개의 개별 공장이 있는 이 시설은 캘리포니아의 모하비 사막에 있습니다.

시스템의 첫 번째 플랜트인 SEGS I은 1984년부터 2015년까지 운영되었고 두 번째 플랜트인 SEGS II는 1985년부터 2015년까지 운영되었습니다. SEGS III-VII(3-7), 각각의 여름 발전 용량은 36MW , 1986년, 1987년 및 1988년에 가동되었습니다. SEGS VIII 및 IX(8 및 9)는 각각 88MW의 순 여름 발전 용량을 갖고 있으며 각각 1989년 및 1990년에 가동을 시작했습니다.

 

현재 운영 중인 7개의 SEGS III-IX 발전소는 약 356MW의 총 여름 전력 발전 용량을 갖고 있어 세계에서 가장 큰 태양열 발전 시설 중 하나입니다.

SEGS 외에도 많은 다른 포물선형 트로프 태양광 발전 프로젝트가 미국과 전 세계에서 운영되고 있습니다. 미국의 다른 포물선형 태양열 전기 프로젝트와 순 여름 발전 용량 및 위치는 다음과 같습니다.

솔라나 발전소: 애리조나주 길라 벤드에 에너지 저장 장치가 있는 280MW 2개 발전소 시설
Mojave Solar Project: 캘리포니아 Barstow에 있는 280MW, 2개 발전소 시설
Genesis Solar Energy Project: 캘리포니아 Blythe에 있는 250MW, 2개 발전소 시설
Nevada Solar One: 네바다주 볼더시티 인근의 69MW 발전소

 

2. 선형 집중 시스템
선형 집광 시스템은 길고 직사각형의 곡선(U자형) 거울을 사용하여 태양 에너지를 수집합니다. 거울은 거울의 길이를 달리는 수신기(튜브)에 햇빛을 집중시킵니다. 집중된 햇빛은 튜브를 통해 흐르는 유체를 가열합니다.

유체는 열 교환기로 보내져 기존의 증기 터빈 발전기에서 물을 끓여 전기를 생산합니다.

Linear concentrator 시스템에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 즉, 수신기 튜브가 각 포물선 거울의 초점선을 따라 위치하는 포물선 트로프 시스템과 하나의 수신기 튜브가 여러 거울 위에 위치하여 거울이 더 큰 이동성을 갖도록 하는 선형 프레넬 반사기 시스템입니다. 태양 추적.

 

선형 집광 수집기 발전소에는 태양 에너지 수집을 최대화하기 위해 일반적으로 남북 방향으로 정렬되는 평행 행의 수집기 또는 필드가 많이 있습니다. 이 구성을 통해 거울은 낮 동안 동쪽에서 서쪽으로 태양을 추적하고 햇빛을 지속적으로 수신기 튜브에 집중시킬 수 있습니다.

 

3. 태양열 접시와 엔진
태양열 접시/엔진 시스템은 매우 큰 위성 접시와 유사한 거울 접시를 사용합니다. 비용을 줄이기 위해 거울 접시는 일반적으로 접시 모양으로 형성된 많은 작은 평면 거울로 구성됩니다.

접시 모양의 표면은 열을 흡수 및 수집하여 엔진 발전기로 전달하는 열 수신기에 햇빛을 집중시키고 집중시킵니다. 접시/엔진 시스템에 사용되는 가장 일반적인 유형의 열 엔진은 스털링 엔진입니다.

 

이 시스템은 리시버에서 가열된 유체를 사용하여 피스톤을 움직이고 기계적 동력을 생성합니다. 기계적 동력은 발전기 또는 교류 발전기를 가동하여 전기를 생산합니다.

태양열 접시/엔진 시스템은 항상 태양을 똑바로 가리키고 태양 에너지를 접시의 초점에 집중시킵니다. 태양열 접시의 농도 비율은 선형 집중 시스템보다 훨씬 높으며 작동 유체 온도가 1,380°F보다 높습니다.

태양열 접시와 함께 사용되는 발전 장비는 접시의 초점에 장착할 수 있어 원격 위치에 매우 적합하도록 하거나 여러 설비에서 에너지를 수집하여 중앙 지점에서 전기로 변환할 수 있습니다.

4. 태양광 발전탑
태양광 발전 타워 시스템은 태양광을 타워 상단의 수신기에 반사하고 집중시키기 위해 헬리오스타트라고 하는 평평한 태양 추적 거울의 넓은 필드를 사용합니다. 햇빛은 최대 1,500배까지 집중될 수 있습니다. 일부 전력 타워는 열 전달 유체로 물을 사용합니다.

고급 디자인은 우수한 열 전달 및 에너지 저장 기능으로 인해 용융 질산염을 실험하고 있습니다. 열 에너지 저장 기능을 통해 시스템은 흐린 날씨나 밤에 전기를 생산할 수 있습니다.

미국 에너지부는 1980년대와 1990년대에 여러 전력 회사와 함께 캘리포니아 바스토우 근처에 최초의 시범 태양열 발전 타워를 건설하고 운영했습니다. 2018년에는 미국에서 운영 중인 두 개의 태양광 발전 타워 시설이 있었습니다.

 

Ivanpah 태양광 발전 시설

캘리포니아 Ivanpah Dry Lake에 있는 399MW의 여름 순수 발전 용량을 갖춘 3개의 개별 집열기 필드와 타워가 있는 시설
Crescent Dunes 태양 에너지 프로젝트

네바다 주 토나파에 에너지 저장 장치가 있는 110MW 원타워 시설

 

5. Solar Pond
Solar Pond 태양열 발전소는 태양열 에너지를 수집하고 저장하는 바닷물 풀을 사용합니다. 염도-구배 기술이라는 기술을 사용합니다.

이 기술은 생성된 에너지를 직접 사용하거나 나중에 사용하기 위해 저장할 수 있는 연못 내에 열 트랩을 만듭니다. 이러한 종류의 발전소는 1984년에서 1988년 사이에 이스라엘의 Beit HaArava 발전소에서 사용되었습니다.

인도의 Bhuj(더 이상 운영되지 않음)와 텍사스의 El Paso에 다른 Solar Pond가 건설되었습니다.

Solar Pond는 태양열 에너지를 수집하고 저장하기 위해 많은 양의 바닷물을 사용합니다. 바닷물은 자연적으로 상부에 염도가 낮은 물과 바닥에 염분이 높은 물과 함께 염분선(halocline)으로 알려진 수직 염도 구배를 형성합니다.

 

염 농도 수준은 깊이에 따라 증가하므로 용액이 주어진 깊이에서 균일해질 때까지 호수 표면에서 바닥으로 밀도도 증가합니다.

원리는 상당히 간단합니다. 태양 광선은 연못을 관통하여 결국 수영장 바닥에 도달합니다.

일반 연못이나 수역에서 연못 바닥의 물은 가열되고 밀도가 낮아지며 상승하여 대류를 형성합니다. Solar Pond는 낮은 수준이 완전히 포화될 때까지 물에 소금을 추가하여 이 과정을 방해하도록 설계되었습니다.

염도가 높은 물은 그 위의 저염수와 쉽게 섞이지 않기 때문에 대류 흐름이 각 개별 층 내에 포함되고 이들 사이의 혼합이 최소화됩니다.

이 과정은 열 에너지를 집중시키고 수역에서 열 손실을 줄입니다. 평균적으로 염도가 높은 물은 섭씨 90도에 도달할 수 있으며 염도가 낮은 층은 섭씨 30도 정도를 유지합니다.

이 뜨겁고 짠 물은 발전, 터빈을 통해 또는 열 에너지원으로 사용하기 위해 펌핑될 수 있습니다.