태양 에너지 및 인프라

태양 에너지 및 인프라

 

태양 에너지는 재생 가능하고 매우 깨끗한 자원이며, 풍부하고 거의 모든 사람이 이용할 수 있다. 오늘날 기술은 기존 인프라와의 통합을 개선하고 에너지 부문을 탈탄소화하며 훨씬 더 지속 가능한 미래를 위한 구체적인 토대를 마련하기 위해 큰 진전을 이루고 있다.

 

소개

기후 변화를 늦추기 위해서는 무엇보다도 태양 에너지를 비롯한 재생 에너지를 사용하는 것이 필수적이다. 현재 진행 중인 기후 변화와 관계없이 새로운 에너지원으로의 전환은 시급히 추진되어야 한다. 태양 에너지는 온실가스를 배출하지 않으며, 그 어느 때보다 기후 변화와 대기 오염에 맞서 싸우는 데 기여하고 있다. 태양 에너지는 깨끗하고 고갈되지 않으며 비용이 저렴하기 때문에 다양한 이점을 제공하며, 앞으로 가격이 더 낮아질 것으로 예상된다.

 

반면에 밤이나 흐린 날에는 발전할 수 없기 때문에 불연속적인 에너지원이다. 최근 몇 년 동안 지붕과 벽에 태양광 패널을 설치하는 가정이 점점 더 많아지고 있다. 태양 광선을 통해 가정용 기기에 전력을 공급하지만 최근에는 태양 에너지가 도로와 같은 다른 사용 영역까지 정복하고 있다. 물론 태양 에너지는 태양 광선에 의해 생산되며 깨끗하고 무한한 에너지원이기 때문에 환경에 부정적인 영향을 미치지 않고 사용할 수 있다. 태양 에너지는 전기 에너지뿐만 아니라 열 에너지 생산에도 기여한다(아래 그림의 관련 다이어그램 참조).

 

태양광 발전 시스템은 하나 이상의 패널을 사용하여 태양 에너지를 태양 전지로 구동되는 전기 에너지로 변환하는데, 이는 최첨단 부품이 아닐 수도 있다. 태양광 전지는 직렬 또는 병렬로 연결하여 시스템의 전력을 높일 수 있다. 패널의 다운스트림에는 직류를 교류로 변환하는 역할을 하는 인버터가 있다. 태양 에너지는 열 측면에서도 사용할 수 있다. 이 경우 태양열 집열기를 통해 에너지를 수집하고 햇빛이 집열기 내부의 액체를 가열한다.

 

단위 면적에 입사하는 햇빛의 양은 일반적으로 평방미터당 와트(W/m2) 또는 평방미터당 킬로와트(kW/m2)로 표시된다. 지구 대기권 밖에서 태양 광선에 수직으로 향하는 1제곱미터의 표면에서 약 1,367W/m2의 광력을 측정할 수 있다. 안타깝게도 이 전력은 지구 대기에 의해 감쇠되기 때문에 특히 밝은 날 지구에서 감지할 수 있는 최대 전력은 약 1,000W/m2 정도이며, 이 농도는 지구의 위도에 따라 달라진다. 그러나 특수 렌즈나 미러 시스템을 사용하면 입사 방사선을 몇 배로 증폭할 수 있다. 일정 시간 동안 고정된 영역에 영향을 미치는 태양 복사를 측정하는 것도 가능하다. 일반적으로 이 매개변수는 하루 평방미터당 와트시(Wh/m2/일)로 표시된다.

 

태양광 패널이 생산하는 에너지는 방향, 위도, 계절, 대기 조건, 구름, 온도, 대기 오염 등 다양한 매개변수에 따라 달라진다. 같은 양의 빛에 대해 패널은 따뜻한 온도보다 추운 기후에서 더 많은 에너지를 생산한다. 이는 태양광 모듈이 고온에서 효율이 떨어지기 때문이다. 태양광 패널의 효율이 100%가 아니라는 점에 주목할 필요가 있다. 현재 가장 비싸고 가장 좋은 모델은 약 22%만 커버할 수 있으며 상업용 실리콘 태양 전지판의 평균 효율은 15%에서 20% 사이다.

 

즉, 1,000와트의 햇빛이 패널에 닿을 때마다 약 150~200와트가 전기 에너지로 변환된다. 모든 태양광 패널은 효율이 낮고 다양한 모델이 있기 때문에 효율을 아는 것이 흥미로울 수 있다. 간단한 공식을 사용하여 태양광 패널의 대략적인 효율을 백분율로 계산할 수 있다:

 

따라서 예를 들어 가로 50cm, 세로 80cm 크기의 50W 패널은 약 12.5%의 효율이 특징이다. 태양광 패널의 효율은 패널의 표면과 품질에 따라 달라진다. 패널에 닿는 모든 빛을 전기로 변환할 수 있다면 효율이 100%가 되겠지만, 현재로서는 이러한 결과를 얻는 것이 불가능하다.

 

인프라

최근 몇 년 동안 태양 에너지는 일상 생활에 점점 더 많이 통합되고 있으며, 이를 효과적으로 관리하기에 적합한 인프라가 점점 더 많아지고 있다. 태양광 에너지는 다른 형태의 청정에너지와 달리 추가적인 토지 사용 없이도 모든 유형과 규모의 건물과 인프라에 통합할 수 있어 사용자에게 매우 유리한 특징이 있다. 태양으로부터 에너지를 생산하면 화석 연료에 대한 의존도를 크게 줄일 수 있어 관련 비용을 낮추고 지구 환경을 개선할 수 있다.

 

태양광 시스템이 설치된 건물과 구조물은 시장 가치가 높아 에너지 효율에 특히 관심이 많은 잠재적 구매자를 끌어들인다. 사용하지 않는 공간을 최적화하면 수많은 비생산적인 공간을 태양 에너지를 생산하는 표면으로 전환하여 다른 용도로 토지 사용을 극대화할 수 있다. 전기 인프라는 생산 현장에서 최종 사용자에게 전기를 전송할 수 있도록 하는 복잡한 구성이다. 에너지를 더 먼 거리로 운송하는 과정은 수년에 걸쳐 전기의 역사를 특징짓는 요소였으며, 그 결과 점점 더 유리한 결과를 가져왔다.

 

태양광 인프라의 가장 중요한 특징은 에너지 공급과 수요의 변동성을 안정적이고 경제적으로 관리할 수 있다는 점이다. 대규모 태양광 발전은 사용자의 에너지 수요가 지속적으로 변동하는 특징이 있으므로 네트워크는 극한 상황에서도 전력 수급과 관련된 모든 문제를 신속하게 해결할 수 있어야 한다. 풍력이나 수력 발전과 달리 태양광 에너지는 모든 종류의 건물과 인프라에 통합할 수 있고 추가적인 토지 사용이 필요 없다는 장점이 있다.

 

오늘날 가장 일반적인 태양광 통합 방법은 건물 지붕에 태양광 패널을 설치하는 것으로, 실제로 매우 편리한 솔루션이다. 최근에는 건물 정면에 태양광 패널을 설치하여 수직 공간을 활용하여 에너지를 생산하고 우아하고 현대적인 미관을 연출하는 것이 점점 인기를 얻고 있다. 하지만 이 기술을 통해 태양광 모듈을 배치할 수 있는 다양한 대체 공간을 활용할 수 있다. 예를 들어 도로의 가드레일, 버스 정류장, 기차역 쉘터, 도로 또는 자전거 도로를 태양광 패널과 통합하여 표지판을 비추거나 전기차를 충전하거나 교통 통제를 위한 전기를 공급할 수 있다. 이러한 발전소는 교통 시스템의 탈탄소화에 기여할 수 있는 대형 태양광 구조물에 의존할 수 있다.

 

스마트 그리드

스마트 그리드는 기존 전력망의 기술적 진화이다. 스마트 그리드는 데이터를 수집하고 교환하는 센서와 스마트 장치로 구성되어 있어 지능적이며 사용자와 상호 작용하고 사용자의 요구에 실시간으로 적응할 수 있다. 에너지 수요는 지속적으로 증가하고 있으며 이는 사실이다. 오늘날 스마트 그리드는 재생 가능한 에너지원을 통합하고 에너지 관리를 최적화하여 이 문제를 완화할 수 있다.

 

이러한 시스템을 관리하기 위해서는 지속적인 모니터링을 통해 안정적인 기능을 제공하는 IoT 기술과 함께 디지털 기술이 필요하다. 라인 센서를 통해 공급 및 소비 데이터를 실시간으로 수집하여 분석 및 제어할 수 있다. 이를 통해 최적의 전력 균형을 맞추고 정전과 관련된 문제를 제거할 수 있다. 또한 스마트 그리드는 자가 복구 시스템을 사용하여 사람의 개입 없이도 간단한 문제를 감지하고 수리를 수행할 수 있다.

 

통합 통신은 실시간으로 데이터 교환을 원활하게 관리하여 장비 모니터링, 에너지 도난 방지, 철저한 제어를 목표로 하는 신뢰도 높은 시스템을 지원한다. 안정적인 에너지 공급을 위해서는 에너지 공급과 수요 간의 부하 균형이 필수적이며, 오늘날에는 모든 소비에 대한 신속한 진단과 실시간 확인을 통해 시스템이 자동으로 이를 달성할 수 있다. 스마트 그리드가 없다면 에너지 공급업체는 재생 에너지원을 기존 그리드 인프라에 통합하는 데 어려움을 겪을 것이다. 스마트 그리드는 확실히 에너지 효율을 개선하고 전기 소비가 환경에 미치는 영향에 대한 소비자의 인식을 높인다. 또한 더 많은 양의 자가 발전 전기에 액세스할 수 있어 에너지 시스템의 보안이 강화된다.

 

결론

태양광 에너지를 인프라에 통합하는 것은 깨끗하고 효율적이며 지속 가능한 에너지의 미래를 향한 근본적인 발걸음이다. 앞으로 인류는 더 많은 전기를 필요로 하게 될 것이며, 이 전기는 주로 재생에너지, 특히 태양광 에너지에서 공급되어야 한다. 이러한 방식으로 점점 더 많은 사람들이 재생 에너지로 전환하여 국가 전력망에 의존하지 않고 전기를 생산하게 될 것이다. 한때 개인의 재화로 여겨졌던 전기는 이제 모든 사람의 기본권인 집단적 권리로 점점 더 많이 인식되고 있다.