태양광 전지 작동 원리 및 가격

How do Solar Panels work라는 제목의 TED 영상이다.

지구에 닿는 태양 에너지는 173,000TW라고 한다.

지구의 모든 사람이 이용하는 에너지의 10배나 되는 양이라고 한다.

태양에너지로부터 전기를 발생시키는 태양 전지판(Solar Panel)은 태양전지(Solar Cell)라 불리는 작은 장치로 구성된다.

이 Solar Cell은 규소(지구에서 두번째로 많은 원소)로 만들어지는데

각 규소 원자는 네 방향으로 단단히 연결되어서 전자들이 제자리에 있기 때문에 전류가 흐르지 않는다고 한다.

이런 성격을 가진 규소 태양 전지에 두개의 서로 다른 규소층을 사용하면

n형 실리콘에는 전자가 남고, p형 실리콘에는 전자가 들어갈 구멍이라 불리는 작은 공간이 남는다고 한다.

두가지 실리콘이 합쳐지면 pn 접합을 따라 전자들이 돌아다니고, 한쪽은 양극이, 다른 한쪽은 음극이 된다고 한다.

빛은 광자라고 불리는 작은 입자들의 흐름인데

태양에서 나온다. 충분한 에너지를 갖고 있는 광자가 실리콘의 전자와 충돌하면 전자들의 결합을 깨면서 구멍이 만들어진다고 한다.

여기서 나온 전자가 외부로 연결된 회로로 흐르면서 전기를 발생시키고

다시 전자는 구멍으로 채워지게 된다.

실리콘 전지 하나는 0.5볼트의 전기를 생산하고, 이를 직렬로 12개 연결하면 휴대폰도 충전하고,

더 많이 연결하면 집 전체의 전기도 공급할 수 있게 된다.

전자들은 태양전지 안에서만 움직이고, 나왔던 곳으로 다시 돌아가기 때문에 닳거나 소모되는 일은 없기 때문에

태양 전지의 수명이 수십년 갈 수 있다.

그런데, 빛이 흡수되지 않고 반사되거나, 전자들이 회로를 돌지 않고 바로 구멍으로 가게 되면

광자의 에너지는 사라지게 되고, 태양광 전지의 효율은 떨어지게 된다.

이 동영상에 따르면, 현재 기술로 가장 우수한 태양광 전지의 효율이 46%이고

대부분의 제품은 15~20%만 태양광을 전기에너지로 바꿀 수 있다고 하고 있다.

energysage.com에 따르면, https://news.energysage.com/how-much-does-the-average-solar-panel-installation-cost-in-the-u-s/

2019년 1월 기준, watt당 평균 태양광 전지 시스템 가격이 $3.14라고 나와 있다. ($2.71~$3.57)

이해하기 쉽게 출력 기준으로 환산할 경우

3kW가 세전 $9,420, 세후 $6,594

10kW가 세전 $31,400, 세후 $21,980 (환율 1116.85원 적용시 24,548,363원)

25kW가 세전 78,500, 세후 $54,950인 셈이라고 한다.

미국의 경우, 주별로 다른데 10kW 기준

플로리다는 $15,330~19,950, 아리조나는 $17,220~20,160, 캘리포니아는 $19,880~25,340으로 나와 있다.

시스템 가격이 아닌 Solar Panel 가격만 볼 경우,

태양광 전지 사업자들은 와트당 $0.75에 구매를 한다고 하는데, 이 경우 250W Solar Panel의 가격은 $187.5가 되고, 1kW는 $750이 된다.

DIY로 판매되는 Solar Panel은 와트당 약 $1에 거래되는데, 이 경우 250W는 $250, 1kW는 $1,000이 되는 셈이다.