■ 태양전지 국내산업기반 세계적 경쟁력 보유
태양광 발전의 매력은 다른 발전 방식과는 달리 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이며 고갈의 염려가 없는 무한한 에너지 원천이라는 점이다. 또한 연료의 수송과 발전 설비의 유지 관리가 거의 불필요하며, 수명이 반영구적이며, 설비규모의 변화에 제약이 없어 소규모 전자소자에서부터 대규모 발전설비까지 자유롭게 적용이 가능하다.
1954년 미국의 Bell Lab에서 단결정 실리콘을 사용한 태양전지가 개발되어 1958년 인공위성 VanguardⅠ호의 전력원으로 사용된 이래로 그 무궁무진한 에너지원과 청정성 때문에 많은 과학자들이 태양전지의 실용화를 앞당기기 위해 노력하고 있다. 태양광 발전의 핵심 소자인 태양전지의 구조는 그림 1와 같이 p-n 접합으로 구성된 반도체 소자에 태양광이 입사되면 광에너지에 의해 전기 에너지 근간인 전자-정공 쌍이 생성된다. 서로 다른 반도체 p-형과 n-형의 접합으로 태양전지 내부공간에 전압차이(내부전위)를 형성해 빛에 의해 발생된 전기입자를 외부전극으로 흐르도록 한다. 즉, 태양전지는 빛을 비추면 우리가 사용할 수 있는 전기에너지를 생산한다.
태양전지 개발은 크게 실리콘계, 화합물계, 신형으로 구분하여 볼 수 있다. 현재는 태양전지 산업의 95% 이상이 실리콘계에 집중되어 있다. 실리콘계는 다시 실리콘원자의 배열정도에 따라서 단결정, 다결정, 비결정으로 나뉘어진다. 단결정 실리콘은 우리나라의 핵심산업인 모든 메모리 반도체에 이용되는 물질이다. 다결정과 비결정 실리콘은 저렴한 유리기판 위에 제조가 가능하며 우리나라에서 세계시장 점유율 1위를 차지하고 있는 노트북 표시장치인 TFT-LCD의 핵심소자 이다. 이러한 세계적 경쟁우위에 있는 국내의 산업조건을 생각하면 국내에서도 실리콘을 이용한 태양전지 산업을 이용하여 태양전지를 양산한다면 세계적인 경쟁력을 가질 수 있는 산업기반은 충분하다.
　■ 태양전지 모듈화 기술
위에서 거론된 다양한 태양전지는 요구되는 전력의 필요에 따라 직.병렬로 연결하여 내후성과 신뢰성을 가진 재료와 구조의 용기 내에 밀봉함으로써 단위 용량의 태양전지 모듈(solar cell module)로 제품화한다. 위 그림에서 실리콘 태양전지를 연결하여 소전력에서 발전소 단위까지 응용되는 일련의 과정을 도시하였다. 태양광발전시스템 모듈은 직렬로 연결하여 필요한 전압을 얻고, 병렬로 연결하여 필요한 만큼의 전류를 얻을 수 있다.
이러한 태양전지를 실제로 전자제품에 연결해서 사용하기 위해서는 주변장치가 사용된다. 태양전지는 비.눈 또는 구름에 의해 태양광이 비치지 않는 날과 밤에는 전기를 발생하지 않을 뿐만 아니라 일사량의 강도에 따라 불균일한 직류전기가 발생되므로, 독립형 태양광발전시스템은 모듈을 직.병렬로 연결한 태양전지 어레이(solar cell array)와 안정된 전기공급을 위한 전력조정기(power controller)와 여분의 전력을 저장하는 축전지(storage battery)가 필요하다.
　또한 직류가 아닌 교류를 필요로 하는 응용제품에는 직.교류변환장치(inverter)의 주변장치(balance of system)를 필요로 한다.

　■ 두가지 유형의 태양광발전 시스템
태양광발전 시스템은 크게 2가지로 구분, 태양전지 자체의 전력만을 사용하는 독립형 시스템과 기존의 전력선을 태양광 발전시스템과 연결하여 사용하는 계통연계형 시스템 2가지 형태로 나눈다.
　초창기의 태양전지는 독립형 시스템으로 소전력 전자제품과 외딴 지역의 전원 또는 휴대용, 군사용 전원 등 특수한 용도의 시장이 형성되었다. 현재 우리나라는 태양광발전 자체만을 활용하는 독립형 위주의 태양광발전 시스템이 주류를 이루고 있다.
　현재의 시장은 태양광 독립형 시스템인 시계, 경광등, 통신중계기, 등대, 가로등과 같은 다양한 소규모 응용제품 뿐만 아니라 섬, 산간오지의 외진 지역에 전기를 공급하는 독립형 이용기술 등이 주류이다.
　독립형의 한계는 기존전력이 들어가기 어려운 곳에 가격 경쟁력이 있는 곳에만 사용이 가능하였다. 계통연계형 시스템은 전력저장용 축전지 대신에 상용전원과 연결하여 소비자의 응용제품 사용전력 변화(부하변동)에 따라 계통선과 전력을 상호 교류할 수 있도록 구성된다.
태양전지는 시스템 규모의 크기 가변이 자유로와 일반 주택, 학교, 아파트단지, 공공건물의 지붕에 필요전력량 만큼 설치하여 태양광발전 시스템의 전력이 남을 때는 기존전력에 재전송하여 다시 팔고 모자라는 경우에는 기존의 전력선에서 전기를 공급받아 활용 가능하므로 계통 연계형은 향후 국내외에 큰 시장을 창출할 수 있다.

이준신 교수
〈성균관대학교〉