지속 가능한 태양 에너지의 부상
태양광은 환경 친화적인 에너지원입니다. 태양 광선이 지구에 전력을 공급하고 지구를 보존하는 데 어떤 역할을 할 수 있는지 알아보세요.
태양 에너지란?
태양 에너지는 태양으로부터 오는 에너지입니다. 태양의 열과 빛은 다양한 가정, 비즈니스 및 기타 운영 요구 사항에 맞게 전기 또는 열 에너지를 생성하는 데 사용됩니다. 태양광 시스템의 출력은 와트 단위로 측정됩니다.
태양 에너지(태양광 발전, 태양열 발전 또는 태양 복사라고도 함)는 가장 풍부하고 재생 가능한 에너지원입니다. 재생 가능한 에너지원은 다시 생성할 수 있는 에너지원입니다. 화석 연료(석유, 천연 가스 및 석탄)와 달리 이 에너지원은 한 번 사용 후 고갈되지 않습니다. 또한 풍력, 수력 및 지열 발전은 재생 에너지의 다른 예입니다.
태양 에너지 기술이 현대의 발견이 아니라는 사실을 알면 놀랄 수 있습니다. 인류는 기원전 7세기 부터 태양 광선을 사용하여 불을 피우고 개미를 태우는 데 사람들은 태양광을 사용해 왔습니다. 물론 그 이후로 태양 에너지 기술의 주요 발전과 진전이 있었습니다.
다음은 미국 기준 태양 에너지에 대한 간략한 개요 및 타임라인입니다. 에너지부:
- 1767년 스위스 과학자 Horace de Saussure는 세계 최초의 태양열 집열기를 구축했습니다.
- 프랑스의 물리학자인 Edmond Becquerel은 1839년에 광전지 효과(빛이나 복사 에너지가 전압이나 전류를 생성하는 것)를 발견했습니다.
- 수십 년 후 프랑스 수학자 Augustin Mouchot는 태양광 엔진에 대한 특허를 등록했습니다.
- Smithsonian Magazine에 따르면 1883년 뉴욕의 발명가 찰스 프리츠(Charles Fritts)는 셀레늄을 얇은 금층으로 코팅하여 1~2%의 에너지 전환율을 달성한 태양 전지를 만들었습니다(참고로 대부분의 현대 태양 전지는 15~20% 사이의 비율로 작동함). 발명가 Edward Weston은 5년 후 태양 전지에 대한 두 개의 특허를 받았습니다.
- Albert Einstein은 1900년대 초에 광전 효과에 관한 논문을 발표했습니다.
- 1954년, Bell Telephone Laboratories는 4%(이후 11%)의 효율로 실리콘 태양 전지(일상적인 전기 장비를 작동하기에 충분한 에너지를 변환할 수 있는 최초의 전지)를 생산했습니다. 6년 후, Electronics는 14%의 효율성에 도달했습니다.
- 1970년대에 Ber Berman 박사는 저렴한 태양 전지를 설계하여 와트당 USD$20까지 가격이 인하되었습니다.
- Paul MacCready는 16,000대의 태양광 셀이 있는 태양광 항공기(최초의 항공기)를 구축하여 1981년 프랑스로부터 영국까지 비행했습니다.
- 1998년, 과학자 Subhendu Guha는 태양광을 지붕에 사용할 수 있는 전기로 변환하는 유연한 태양열 지붕판을 발명하는 데 앞장섰습니다.
- 2000년대와 그 이후에도 태양 에너지 기술의 기능과 효율성에 큰 진전이 계속되고 있습니다.
Energy.gov에 따르면 오늘날 "태양 에너지는 미국에서 가장 빠르게 성장하고 가장 저렴한 새로운 전기 공급원"이며 미국 내 설치 건수가 300만 개에 달합니다. 전 세계적으로 태양 에너지는 가정용 및 산업용으로도 증가하고 있습니다.
태양 에너지의 일상적이고 인기 있는 예는 일부 주택 옥상에서 볼 수 있는 검은색 직사각형 태양 전지 패널입니다. 기업에서도 이러한 형태의 태양 광원을 활용하고 있습니다. Disney World에도 Epcot 테마파크 외부에 48,000개의 태양 전지판으로 구성된 48,000개의 태양광 시설로 구성된 미키 마우스 모양의 태양광 시설도 있습니다.
태양 기술은 수년 동안 계속 발전하고 개선되고 있습니다. 이 문서에서는 태양 에너지, 작동 방식, 사용의 이점 및 태양광의 미래에 대한 개요를 제공합니다.
태양 에너지는 어떻게 수집 및 저장하나요?
PV(태양광)
디바이스(태양 전지판)를 사용하여 햇빛을 흡수하여 전기 에너지로 바꾸는 것을 포함합니다. 이러한 디바이스는 태양 전지로 알려져 있으며 전력을 생성하는 더 큰 단위를 형성하기 위해 연결됩니다.
CSP(집광형 태양광 발전)
태양으로부터 에너지를 수집하여 열을 생성한 다음 전기를 생성하는 데 사용됩니다. 이 기술은 거울을 사용하여 빛 에너지를 "집중"시킵니다.
SHC(태양열 냉난방)
태양으로부터 에너지를 모아 가정과 기업에 냉난방 서비스를 제공하는 데 사용합니다. 이 기술은 태양열 집열기, 단열 배관 및 온수 저장 탱크를 사용합니다.
태양 에너지 저장 구성 요소
배터리
에너지 저장 시스템의 핵심입니다. 두 가지 일반적인 배터리 유형은 리튬-니켈-망간-코발트 및 리튬-철-인산염입니다.
임계 하중 하위 패널
정전 시 전력이 공급될 필수 디바이스를 결정할 수 있습니다.
태양광 패널
배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 박막, PERC, 다결정 및 단결정은 서로 다른 유형의 태양광 패널입니다.
태양광 패널의 구성 요소는 무엇인가요? 태양광 패널의 핵심에는 일반적으로 PV 전지에 사용되는 가장 일반적인 반도체 재료인 실리콘, 유리 케이스, 금속 프레임 및 패널을 함께 고정하고 기능을 지원하는 기타 하드웨어가 포함됩니다.
인버터
교류를 직류로 변환하는 데 사용됩니다(태양광 패널과 배터리는 직류를 교류로 변환).
태양 에너지 저장소
그런 다음 녹색 건물 요소당 태양 에너지를 저장하는 세 가지 방법이 있습니다.
배터리 저장소
가장 일반적으로 리튬 이온 배터리는 태양 에너지를 저장하는 데 사용됩니다.
기계적 에너지 저장소
압축 공기(탱크와 같은 용기에 강제로 넣고 필요에 따라 분배), 양수 저장 수력 발전(수요가 있을 때 에너지를 생산하기 위해 터빈 발전기를 통해 밀어내는 물) 및 플라이휠(필요할 때 전력을 공급하는 데 사용되는 초과 에너지)은 이러한 유형의 저장 시스템의 세 가지 변형입니다.
열 저장소
단열 탱크에 용융된 소금과 물을 사용하여 에너지를 유지합니다.
전기 수요가 급증할 것으로 예상되기 전에 건물을 냉난방하는 “가상 저장소”도 있습니다. 그런 다음 건물은 필요할 때를 위해 이 에너지를 저장합니다.
용어 및 정의의 전체 목록은 미국의 태양 에너지 용어집 을 참조하세요. 공급하기에 충분하다고 합니다.
태양 에너지의 이점
그렇다면 태양 에너지의 이점은 무엇인가요? 환경 복지, 취업 기회 및 세금 공제를 포함하여 꽤 많은 것들이 있습니다. 다음은 몇 가지 주요 이점에 대한 개요입니다.
기존 전력보다 환경에 더 적합합니다.
태양 에너지의 이점을 고려할 때 가장 먼저 떠오르는 것은 아마도 지구일 것입니다. 태양광과 같은 재생 에너지는 화석 연료에 대한 전 세계의 의존도를 억제하고 탄소 발자국을 줄이며 독성 오염을 일으키지 않고 전기를 공급하는 데 도움이 됩니다.
태양광 유지 관리 비용이 향상되었습니다.
일부 가정에서는 초기 설치 비용이 너무 많이 들 수 있지만 유지 관리 비용은 수년에 걸쳐 감소했습니다. 특히 지난 10년 동안 태양광 설치 비용이 60% 감소했습니다. (그러나 비용은 지역 및 공급망 제약 조건과 같은 요인에 따라 달라질 수 있음)
태양 에너지 시스템에는 세금 혜택이 있음
태양 에너지로 전환하면 작지만 경제적으로 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 미국 정부는 태양광 PV 시스템 설치 비용에 대해 연방 태양 에너지 세액 공제 를 제공합니다. 주 및 기타 지방 정부에서도 높은 가격을 상쇄할 수 있는 프로그램을 제공할 수 있습니다.
태양광 발전 기술이 진화했습니다.
장비 및 스토리지 기술이 수년 동안 크게 발전했습니다. 오늘날의 태양 전지판은 더 오랫동안 더 많은 에너지를 생산하며(약 20% 효율) 최대 30년간 지속됩니다.
가정이나 기업에 태양 에너지를 사용하는 데에는 광범위한 긍정적인 장점이 많이 있습니다. 그러나 이 에너지원에 한계가 없는 것은 아닙니다. 다음은 태양광 사용에 대한 몇 가지 단점입니다.
- 오염은 여전히 우려 사항입니다. 태양 에너지는 화석 연료를 태우는 것보다 환경 친화적인 솔루션이지만 PV 셀 제조 공정 에 사용되는 일부 화학 물질 및 재료는 유해 폐기물을 생성합니다.
- 설치하는 데 비용이 많이 들 수 있습니다. 태양광을 사용하면 비용을 절감할 수 있지만 초기 설치 및 장비는 비용이 많이 들 수 있습니다.
- 서비스 제한이 있습니다. 에너지는 해가 떠 있을 때 생성되기 때문에 하루 중 특정 시간과 기상 조건(예: 흐린 하늘)은 태양광 발전에 적합하지 않습니다.
- 기타 환경적 영향. 물 사용, 토지 사용 및 잠재적 서식지 손실은 태양광 발전 시스템을 확장할 때 고려해야 할 사항입니다.
마지막으로 태양 에너지는 산업과 비즈니스에 환경 친화적인 기회를 제공합니다. 예를 들어, 새로운 도구와 앱 을 통해 조직은 저류층 시뮬레이션을 시각화하여 시추 적중률을 높이고 분산 에너지 자원의 전력망을 업그레이드하여 비용을 절감하고 가능성을 확장할 수 있습니다. 또한 발전 최적화를 위해 양자 컴퓨팅을 사용하는 큰 진전이 있었습니다.
태양 에너지를 구현하는 방법
태양 에너지를 구현하기 전에 연구를 수행합니다. 해당 지역의 비용을 계산하고, 사용 가능한 리베이트 및 세금 공제를 확인하고, 다양한 시스템을 탐색하고, 시스템 설치 회사에 대한 리뷰를 살펴보세요. 기술적으로 태양광 패널을 직접 설치할 수 있지만, 이 옵션이 가장 적합한지 고려해야 합니다.
사업주라면 직장에서 전기를 사용하는 것(냉난방 시스템, 기계, 장비 등)을 포함하여 태양 에너지로 전환할 때 몇 가지 고려 사항이 있습니다. 가정과 마찬가지로 결국 비용 절감을 경험하게 되지만 태양열로 전환 하는 것은 시간과 비용의 선행 투자가 될 것입니다. 그러나 수요와 공급을 최적화하고 그리드 자산 유지 관리를 모니터링하면서 운영 비용을 절감하는 데 도움이 되는 IoT 에너지 솔루션 이 있습니다.
가정용 설치의 경우 대부분의 사람들은 높은 가격표를 태양 에너지 시작의 가장 큰 장애물로 간주할 것입니다. 예를 들어, Consumer Affairs에 따르면 태양광 세금 공제를 받은 후 미국의 평균 주택 주택에 태양 전지판 시스템을 설치하는 비용은 USD$11,144~USD$14,696, 소규모 DIY 프로젝트의 경우 패널당 약 USD$200~USD$250입니다. 일부 가이드에서는 범위를 더 확장하여 비용을 미국에서 USD$10,000~USD$25,000 사이로 나열합니다. 허가 및 설치 인건비와 같은 "소프트 비용"도 고려해야 합니다. 태양광 패널을 임대하도록 선택할 수 있으므로 설치, 유지 관리 또는 수리 비용을 지불할 필요가 없지만 고려해야 할 장단점이 있습니다.
대부분의 가정에서 초기 가격은 부담스러울 수 있으며 태양광 패널 회수 기간에 도달할 때까지 약간의 기다림이 있습니다(평균적으로 7년에서 12년 내에 투자 회수 가능). 그러나 다음과 같은 절감 효과도 상당할 수 있습니다. HomeGuide에 따르면 태양 에너지를 통해 미국 거주자는 연간 전기 비용을 USD$600에서 USD$2,000 사이로 절약할 수 있습니다. 또한 일부 설치 비용은 나열된 수치보다 저렴합니다. 집의 크기(일반적으로 집이 클수록 가격대가 높음), 에너지 소비 수준, 시스템에 대해 선택하는 기술 유형은 비용에 영향을 미치는 세 가지 주요 요소입니다. Solar Estimate 와 같은 웹사이트를 사용하면 우편 번호를 입력하거나 가상 지도에서 위치를 선택하여 집에 태양 전지판을 설치하는 비용을 결정할 수 있습니다.
또한 크고 작은 다양한 방법으로 태양 에너지를 일상 생활로 통합하도록 선택할 수도 있습니다. 태양광을 시작하기 위해 많은 비용을 지출할 필요가 없습니다. 예를 들어, 스마트폰용 태양열 케이스, 자동차 비상 키트용 태양열 충전 손전등, 다음 캠핑 여행을 위한 태양열 쿡 스토브를 경우에 따라 USD$100 미만으로 구입할 수 있습니다. 태양광 패널 외에도 집에 태양광을 공급할 수 있는 다른 옵션도 있습니다. 주택 소유자는 태양광 장치를 사용하여 수영장을 데우고 밤에 뒤뜰이나 안뜰을 밝게 하기 위해 태양광 조명을 설치할 수 있습니다. 직장 생활에서도 태양광 발전을 사용할 수 있습니다. 오프사이트에서 원격으로 작업하고 싶으신가요? 커피숍에서 외부에서 작업하는 동안 노트북에 전원을 공급하기 위해 휴대용 태양광 패널 충전기를 가져옵니다.
태양 에너지의 미래
태양광 발전의 미래는 다음과 같은 이유로 밝습니다.
- 지구를 위해 좋은 일입니다. 태양 에너지는 지속 가능하고 환경 친화적입니다.
- 청정 에너지는 세계가 나아갈 방향입니다. 2035년 이후에는 전력 생산의 50%가 재생 에너지로 이루어질 것입니다.
- 더 저렴하고 효율적이 되고 있습니다. 태양광 발전 시스템의 가격은 계속 하락할 것으로 예상되며 서비스는 계속 개선될 것으로 예상됩니다.
- 새로운 비즈니스와 일자리를 창출하는 데 도움이 됩니다. 이 분야에서 산업과 일자리 성장이 모두 번창할 것으로 예상됩니다.
마지막으로, 재생 에너지 분야의 일자리가 급성장하고 있습니다. 환경 및 에너지 연구 연구소에 따르면 이 부문은 미국에서 300만 명 이상, 전 세계적으로 1,100만 명 이상을 고용하고 있습니다. 태양광 분야의 일자리 수는 미국 전역에 걸쳐 다양합니다. 예를 들어, SEIA(Solar Energy Industries Association)에 따르면 노스다코타에는 211개의 태양광 일자리가 나열되어 있는 반면 텍사스에는 10,000개 이상의 일자리가 있습니다. 그럼에도 불구하고 태양 에너지 분야는 엔지니어, 연구원, 태양광 발전소 운영자, 장비 설치자 및 전국의 다양한 직업에 종사하는 기타 전문가로 구성되어 있습니다.
기업들은 또한 태양광 발전 및 기타 재생 에너지를 기대하고 있습니다. 대형 기술 기업은 조직의 사회적 책임 이니셔티브와 환경 목표를 발표했습니다 예를 들어 Microsoft는 2030년까지 워터 포지티브 및 탄소 네거티브가 되겠다고 약속했습니다. 기업의 사회적 책임에 대한 소비자의 관심이 높아지고 있기 때문에 가까운 장래에 더 많은 조직이 지속 가능성에 대한 약속을 중심으로 정책을 개발할 것으로 예상됩니다.
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자주 묻는 질문
- 태양 에너지는 전기로 생성될 수 있는 태양으로부터의 에너지입니다. 재생 가능한 에너지원이므로 보충이 가능하고 한 번 사용 후에도 고갈되지 않습니다. 태양 에너지는 다양한 용도로 사용되며 건물에 전력을 공급하고, 물을 데우고, 해당 전자 제품 및 장치를 충전하는 데 사용할 수 있습니다. 태양 에너지는 태양광 발전 또는 태양 복사열이라고도 합니다. 자세한 정보 >
- 태양 에너지는 가정용과 상업용으로 모두 사용할 수 있습니다. 예를 들어 주택 수준에서는 가정에 전기, 온수, 냉난방을 제공할 수 있습니다. 일부 기업은 태양 에너지를 사용하여 사무실, 공장 또는 농장을 운영합니다. 또한 정부는 가로등, 주차 공간, 교통, 학교 등의 공공 유틸리티 및 시설에 태양 에너지로 전원을 공급할 수 있습니다.
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태양 에너지 사용은 몇 가지 장점이 있습니다. 태양 에너지는 풍부하고 재생 가능할 뿐만 아니라 태양광 발전 자체가 배출 가스를 전혀 배출하지 않기 때문에 총 탄소 발자국을 줄입니다. 태양 에너지는 비용 효율적일 수도 있습니다. 예를 들어, 기술 발전으로 인해 태양광 발전 시스템이 점점 더 저렴해지고 있으며 시간이 지남에 따라 이러한 시스템은 공과금을 크게 줄일 수 있습니다. 또한 태양 에너지는 확장 가능하여 단일 주택 또는 전체 지역 사회에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 태양 에너지는 확장 가능하여 단일 주택 또는 전체 지역 사회에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.
- 첫째, 태양 에너지를 활용하는 데 사용되는 세 가지 주요 기술은 PV(태양광), CSP(집광형 태양광 발전), SHC(태양열 냉난방)입니다. 일단 활용되면 배터리, 태양광 패널, 중요 부하 하위 패널 및 인버터와 같은 몇 가지 기본 구성 요소가 필요합니다. 그런 다음 태양 에너지를 저장하는 방법에는 배터리, 기계적 에너지 및 열 저장의 세 가지가 있습니다. 필요에 따라, 그리고 태양광 발전을 사용하는 용도에 따라(예: 1,200제곱피트의 교외 주택과 그리드에서 벗어난 대규모 부동산에 전력을 공급하기 위해) 프로세스가 다를 수 있습니다.
- 초기 설치 비용(미국에서는 주거용 주택의 경우 USD$10,000~USD$25,000 사이)은 많은 소비자에게 부담스러운 금액일 수 있습니다. 하지만 일부 국가에서는 태양 에너지를 시작하는 데 드는 비용을 상쇄하는 데 도움이 되는 정부 프로그램이 있습니다. 여기에는 비용 효율적인 시스템 구축 또는 사용 가능한 세금 공제를 확보하는 방법에 대한 리소스가 포함될 수 있습니다. 다소 시간이 걸리지만(약 10년) 태양광 패널 시스템의 비용을 회수하고 전기 요금에 반영된 절감액을 확인해야 합니다. 태양 에너지 시스템의 비용과 건물 규모 등의 요인에 따라 전기 비용 절감액은 연간 수백 달러에서 수천 달러에 이를 수 있습니다.
- 태양 에너지는 현재 사용할 수 있는 가장 지속 가능한 에너지 형태 중 하나입니다. 태양은 풍부하고 재생 가능할 뿐만 아니라(태양은 현재 전 세계 에너지 수요를 1년 동안 충족할 수 있는 충분한 에너지를 매일 공급) 경제적이고 대규모로 생산할 수도 있습니다. 태양광 발전은 온실 가스를 배출하지 않으며, 태양광 패널을 설치한 후 유지 보수 비용이 최소화되며, 물이나 공기 오염의 위험 없이 전력을 공급합니다.
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