태양 에너지의 기술 활용

태양 에너지는 태양에서 발생되는 열과 빛의 형태의 복사 에너지로 지구의 기후에 힘을 주고 생명을 지탱시켜 준다. 햇빛에서 열이나 전력을 얻는 에너지원으로 재생 가능 에너지로 분류하기도 하고 재생 에너지원으로도 사용되고 있습니다.

 

 

1. 태양에서 발생 되는 에너지

 

지구의 대기 위쪽에서 174 PW의 태양 복사를 받습니다. 이는 약 30%가 우주로 튕겨 나가지만 나머지는 대기, 바다, 육지로 스며듭니다. 대기를 거친 다음 일사스펙트럼은 자외선 속에서 가시 범위와 적외선 범위 사이에서 거의 작은 부분으로 나뉘게 지게 됩니다. 수증기의 대류, 증발, 응결에 의한 태양 에너지의 흡수는 물의 순환에 힘을 주고 바람을 일으키게 됩니다. 바다와 토양이 받아들인 햇빛은 14℃의 평균 표면 온도를 유지하게 됩니다. 또한 광합성을 통하여 일어나는 태양 에너지가 화학 에너지로 변환하는 것은 화석원료가 있는 곳에서 음식, 나무, 바이오메스를 제공하기도 합니다. 풍력, 파력, 수력, 전기, 바이오매스와 같이 이차 태양 자원을 비롯한 태양 복사는 지구의 99.9% 재생가능 에너지를 차지하고 있습니다.

 

환경 속에서 발생되는 태양 에너지의 흐름과 저장은 현재 인간의 에너지 요구와 같주어 볼 때 광대할 분 아니라 해마다 지구의 대기, 바다 토양이 받아들이는 모든 태양 에너지는 3,850ZJ 정도 된다고 합니다. 지구에서 부는 80m의 풍력 에너지는 한 해에 2.25ZJ로 측정되고 있으며, 광합성은 바이오매스에서 한 해에 3ZJ 정도 차지하고 있습니다. 전 세계 전기소비량은 2005년 기준으로 거의 0.0567 ZJ 정도이며, 전 세계 일차 에너지 소비량은 2005년 기준 0.487 ZJ입니다.

 

2. 태양 에너지 기술의 활용

 

태양에너지의 기술은 태양 복사를 이용하고 있습니다. 그리고 지열 발전, 조력 발전을 포함한 모든 재생 에너지는 태양에서 에너지를 받습니다. 태양 기술은 햇빛을 포착하고 변환하고 분해하는 방식에 따라 수동적, 능동적으로 구분되고 있습니다. 능동적 태양 기술은 태양 발전 패널, 펌프, 팬을 이용하여 태양빛을 유용한 출력으로 변환하고 있습니다. 수동적 태양 기술은 사용할만한 열 특성을 지닌 물질을 선별하고 공기를 자연스럽게 순환하는 공간을 설계하고 태양에 대한 건물의 위치를 참조하는 것을 포함하고 있습니다. 능동적 태양 기술은 에너지 공급을 늘리므로 공급 측면의 기술로 생각할 수 있으며, 수동적 태양 기술 은 대체 자원의 필요성을 줄여 주어 수요 측면의 기술로 생각할 수 있습니다.

 

   1) 태양 전기

햇빛은 태양광 발전, 태양 에너지 집결을 비롯한 다양한 실험용 기술들을 사용하여 전기로 변환할 수 있습니다. 태양광 발전은 일차 전지를 사용하는 계산기부터 가정 위에 다는 태양판인 광기전성 배열에 이르기까지 어느정도 적은 용량의 전력에 사용할 수 있습니다. 큰 용량의 전력을 만들어내야 할 경우 SEGS와 같은 태양 에너지 집결 ㅂ라전소가 일반적으로 사용되지만 다중 MW PV 발전소가 일반화되고 있는 추세입니다. 14MW의 발전소가 네바다주의 클락 카운티에 또 MW의 발전소가 스페인의 베네이사마에 2007년에 세워졌으며 이들은 미국과 유럽의 대형 태양광 ㅂ라전소의 경향을 따르고 있습니다. 태양 전지는 광전 효과를 사용하여 빛을 직류로 바꾸는 장치를 말합니다. 최초의 태양 전지는 찰스 프리츠가 1880년에 조립하였으며, 프로토토아비 셀런 전지가 1%가 채 안 되는 입사광선을 전기로 변환했지만 에른스트 베르너 폰지멘스와 제임스 클럭 맥스웰 두 사람이 다 이발견의 중용성을 인식하였고, 1940년에 러셀 올의 근본적인 노고에 이어 제럴드 피어슨, 캐빈 퓰런, 데릴 채핀은 1954년에 규소 태양 전지를 개발하였습니다. 이러한 초기의 태양 전지는 한 와트에 286 USD의 비용이 들었고 효율성은 4.5~6%에 이르렀습니다.

 

 2) 태양 온수시스템

태양의 햇빛을 사용하여 물을 데워집니다. 40º 낮은 위도에 있을 때 태양 난방 시스템은 60℃가 넘는 온도의 지역 온수에서 60~70% 정도를 제공할 수 있습니다. 가장 일반적인 형태의 태양 물 히터의 경우 가정 온수에 사용되며 진공관형 태양열 집열기는 광택 평판 태양열 집열기와 수영장 물을 데워주는 데 사용되고 있습니다. 이는 무광택 플라스틱 태양열 집열기로도 사용되고 있습니다.

 

 3) 제염과 살균

염전은 수분의 증발을 통해 용해된 고체 물질들을 한데 모으는 얕은 연못에서 생성됩니다. 염전에 이용되는 바닷물로부터 소금을 얻을 수 있으며 이러한 방식을 태양 에너지의 가장 오래된 응용 가운데 하나이기도 합니다. 오늘날 소금물 용해물질들을 한데 모아 물줄기로부터 용해된 고체를 제거합니다.

 

살균은 빨랫줄, 빨래 말림틀, 옷걸이를 이용하여 옷을 말리며, 수분 증발과 동시에 박테리아 세균을 소멸시켜 주어 저온 살균 처리를 하고 있습니다. 이러한 기구들은 전기나 자연 기체가 아닌 바람과 햇빛을 사용하였으며, 건조법을 보호하고 있으며, 이와 비슷한 태양 법안도 통과하였습니다. 

 

 4) 축열체로 활용

축열체는 열을 담기 위한 공간을 갖춘 물질을 말하며, 태양 에너지라는 환경에서 태양의 열을 담는데 이용되고 있습니다. 일반적으로 축열체는 돌, 시멘트, 물을 들 수 있으며, 이러한 물질은 역사적으로 건조한 기후나 따듯한 온도의 지역에서 사용되며 낮 동안에 태양 에너지를 흡수하고 밤에 열을 더 시원한 온도로 복사함으로써 건물을 시원하게 유지시켜 주기도 합니다. 또한 온도가 낮은 지역에서 따듯함을 유지하는데 이용하기도 합니다. 축열체의 크기와 배치는 기후, 채광, 차광 조건과 같은 여러 요인을 고려해야 하며, 올바르게 사용 시 방 안의 온도를 편안한 범위로 유지시켜 난방과 냉방을 위한 보조 장비로도 사용하고 있습니다.