재생에너지는 미래에 매우 중요한 부분이 될 것이다. 재생에너지는 전기자동차(EV)와 같은 신기술에 전력을 공급하기 위해 증가하는 전기에너지 수요를 충족시키며, 환경을 오염시키는 화석 연료와 원자력에 대한 의존도를 줄여 환경을 보호하기도 한다.

현재 태양열과 풍력이 재생에너지 중 가장 자주 사용되며 현재 사용하고 있는 재생가능한 청정 에너지의 대부분을 차지하고 있다. 두 에너지 중 태양열은 풍력 발전의 거의 두 배에 달하는 전력을 생산하며 더 우위를 보이고 있다.

실제로 2017년 동안 설치된 태양열 발전량은 같은 기간 화석연료 기반 발전량 총량보다 더 많았는데, 이는 청정 재생 전력으로의 세계적 전환에 있어 중요한 이정표로 볼 수 있다.

현재 태양열 발전은 전세계 총 발전량의 12%(500GW에 해당)에 불과해 확대될 수 있는 기회가 매우 높다. 아시아태평양 지역은 전세계 발전량의 절반 이상을 차지하는 주요 지역으로 분류된다.

이 중 전세계 태양열 발전량의 3분의 1을 차지하는 중국이 있다. 유럽은 현재 전세계 용량의 4분의 1을 약간 넘는 반면 미국은 약 6분의 1 수준이다.

태양열의 급속한 성장(일부 추정치에 따르면 연평균 성장률이 30% 정도)은 더 많은 전력을 위한 끊임없는 요구, 기술 발전, 그리고 정부 규제 및 이니셔티브와 같은 세 가지 주요 요인에 의해 주도된다. 

PV 패널은 햇빛을 보다 효과적으로 전기로 변환하고 더 작은 표면적에서 더 많은 양의 전기를 생성하기 위해 지속적으로 개선되어 주거용 설치의 효율성을 높이고 있다.

2020년까지 자국 에너지 수요의 20%를 청정 에너지로 충족시키겠다는 중국의 발언과 같이 각국 정부는 태양열 에너지의 성장을 장려하는 정책을 개발하고 있다.

유럽연합(EU)은 2020년까지 에너지 효율이 20% 증가하고, CO2 배출량이 20% 감소하며, 소요 에너지의 20%가 재생에너지에서 생성될 것이라는 ‘20-20-20’ 목표를 세우고 이를 더욱 진전시켰다.

태양열 발전 기술
PV 패널은 DC 전압을 생성하며 이는 DC/DC 충전기와 함께 추후 사용을 위한 에너지 저장용 배터리뱅크에 사용(오프-그리드) 한다.

그러나 대부분의 장비는 AC 공급을 필요로 하므로, 많은 시스템의 경우 PV 패널에서 생성된 DC전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터가 필수적이다. 

이 접근방식은 AC를 다시 전원 공급망에 연결할 수 있기 때문에 ‘온-그리드’로 알려져 있으며, 이는 주택 소유자가 전기를 다시 발전 회사에 판매하여 청구 요금을 상쇄할 수 있는 기회를 제공한다.

인버터 용량의 경우 100kW 이상 용량의 고출력 단일 인버터에서 각각 최대 100kW까지 공급할 수 있는 다중 스트링 인버터로 추세가 전환되고 있다. 이러한 시스템의 중심에는 PV 패널에서 생성된 DC 전압을 승압하는 DC/DC 부스트 컨버터와 이 승압된 DC전압을 AC 주전원 전압(그리고 주파수)로 변환하는 DC/AC 인버터가 있다. 

이 외에도 시스템의 안전하고 효율적인 작동을 보장하기 위한 다양한 정교한 모니터링, 제어 및 보호회로가 있다.

에너지가 낭비되지 않고 가능한 한 불필요한 열이 적게 발생하도록 하는 효율성은 태양열 발전 시스템의 핵심 목표 중 하나다. 시스템이 더 효율적일 수록 방열판, 팬 및 기타 하드웨어 측면에서 냉각이 덜 필요하게 되어 시스템의 크기, 무게와 비용이 감소한다.

글: 브랜돈 베커(Brandon Becker) / SiC/GaN 제품매니저 / 온세미컨덕터