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태양광 이야기 (2) - 가정집 태양광의 경제성 분석
시골 어머니 계시는 누추한 집이다.
이곳에 절약과 구두쇠로 일관되게 사시는 관계로 겨울에 춥게 여름엔 덥게 사셨다.
사년전에 태양광을 자비로 설치했다. 거의 *DIY 로 인버터 패널 전기공사를 해서 최소의 비용으로 설치했다.
* DIY : Do It Yourself
당시 정부 보조금 받아 3Kw 에 1,800만원 할때 순수하게 자부담으로 600만원으로 설치했다.
패널당 250W x 12 장 = 3Kw, 인버터 3Kw
패널 요즘 효율이 올라서 가로 세로 1 x 2m 패널 한 장당 300 와트 정도 출력된다. 이거 장당 십팔만원대 많이 잡아도 이십만 에서 이십오만원선 이다. 인버터는 육십만원. 접지와 계통연결등을 직접할 수는 없으니 사람을 불렀다. 사실은 이것도 크게 어려운것은 없는데 서류도 만들어야 되고 아무래도 전력계통은 전문 분야라 전문가 연결 비용이 들어간다.
3Kw 용량이면 300W 패널 열장에서 열두장 이면되고 인버터 계통연결이면 재료비 300만원 이면 된다.
태양광 DIY 와 공동구매 하고 에어컨 컴프레셔 설치처럼 연결부분만 외주 용역 하면 저렴해 지지 않을까?사년전 설치했더니 지금까지 13M Wh 를 발전했다. 킬로와트당 평균 이백원 꼴이면 260만원 어치를 발전한 것이다. 만일 누진구간으로 가서 500Kw 를 넘게되면 Kw 당 709.5 원 까지 나온다.
누진 구간으로 계산하면 709.5 * 13,000 Kw = \9,223,500 이다.
누진요금으로 생각하면 벌써 본전을 뽑았다.
< 구간별 누진 전기요금 표 >
일단 어머니께서 전기요금 기본료만 나오신다고 마음대로 쓰신다. 한달 350KW 생산.
게다가 어머니께서 여름에는 전기세 걱정 겨울에는 기름걱정으로 나름대로 아끼신다고 하다가 감기들고 건강을 잃고 병원비 드는 것 보다 백배 낫다.
< 오후에 찍은 하루 전기 생산 사진 : 12,938 Wh 생산 >
집이 단독주택이라면 DIY 로 설치하면 좋겠다. 패널도 효율 좋은것 으로 나름대로 신경써서 시공 했는데 단점이라면 각도를 너무 낮게 해서 겨울에 발전량이 많지 않다. 전선 직류체결시 전용 커넥터를 사용하는 것 잊지 말아야 한다.
태양광 설치시 전용커넥터로 패널간 연결을 해야 한다. 귀찮다고 이것을 빼고 납땜으로 연결할 경우 당장은 문제가 없지만 3-4 년 후에 연결부위에 저항이 커지고 전력 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
요즘 태양광 발전 효율이 20%에 육박 한다는데 한전 전기요금 비싸다고 말씀하시지 마시고 모두들 태양광 설치 하시기를. 이게 설치하는데 엄청난 추가 비용이 있다. 직접 사다가 설치하면 훨씬 저렴하다. 최고의 재료를 사용해도 총액이 600 만원이다. 그것도 사년전에. 재료비는 3Kw 에 300 만원선.
< 지붕 경사가 38도는 되야 하는데 20도 정도 이다. 이 경우 겨울에 효율이 낮아진다 >
아파트, 학교, 병원, 축사, 빌라, 오피스텔, 회사, 공장 옥상에 태양광 설치하자. 원전 규탄하고 화전 욕할 시간에 금리도 싼데 비싼 아파트에 자본투자 하지말고 이런것들에 투자 하면 어떨까? 솔직히 아파트에서 무슨 부가가치가 나오는가? 그리고 아파트가 얼마나 더 오르겠나. 정부와 한전 욕하느라 늙는다. 말로만 지구를 아끼고 후세를 생각하지 마시고 ...
태양광 만드는데 이산화탄소가 들어간다고 태양광 반대하는 분들이 있다.
냉정하게 계산을 한다면 태양광 패널의 실리콘 웨이퍼 만드는데 전기가 들어가기는 한다. 그런데 실리콘 잉곳 하나에서 웨이퍼 수천장 나온다. 패널 한장에 웨이퍼 하나 만드는데 전기 얼마나 들겠나?
태양광 패널은 단결정 형과 폴리실리콘형이 있다.
실리콘 잉곳을 만들어 순도를 높인것은 만드는데 가공온도가 1500 도 정도로 높아져서 비용이 많다. 대신 효율은 약간 높아진다.
일반 셀은 실리콘 상태에서 잉곳을 만들지 않고 직접 슬라이싱 하여 웨이퍼로 만든다. 실리콘 이 다결정 형이라 1000 도 정도에서 가공이 된다고 한다. 효율이 조금 낮아진다.
웨이퍼가 가로세로 6 x 12 매 72 장 들어간다.
원재료가 아래 잉곳이라는 원통을 수직으로 자른 것이다.
웨이퍼 두께가 요즘 0.5mm 이고 아래 잉곳 길이가 언듯 보니 2 m 네요.
잉곳 결정 만드는데 전기가 많이들기는 하지만 단위 웨이퍼와 패널로 전기사용량 계산하면 아무것도 아니다. 걱정 안해도 된다. 그럼 물고기는 왜 먹나. 그것도 디젤유 태운 어선에서 잡은것이고, 소고기는 운송과정에서 냉동 냉장하느라 전기 들어가는데. 상식으로 생각하는게 어떨지
비싼 팔인치 웨이퍼 두꺼운것도 삼십불 이었다. 요즘 단결정 1킬로그램에 얼마 안하든데 그거 다 전기값이다. 즉 전기로 만드니 이산화탄소좀 둘겠지. 얼마나 드냐면 그 단결정이나 폴리실리콘 가격 정도가 전기값으로 드시겠다. 잉곳 일킬로면 패널 수백장은 만들겠다. 무슨 말을 하려면 정확한 계산을 하고 말을해야 한다.
실비로 공구로 DIY 로 이거 활성화 하면 일자리 엄청 창출된다. 화전과 LPG 없어지고 원전 폐기된다.
그렇게 싸고 좋은 이게 왜 널리 보급이 안되었을까?
사실 LPG 화전 원전에 이권과 권력이 엄청나지 않을까?
우리나라 전지자전거나 전기차가 현대 기아차, 정유사, 주유소, 정부의 보이지 않는 견재로 보급이 안되고 있지 않을지.
전기세 비싸다고 불평할게 아니다. 단독주택이면 다들 싸게 DIY 하고 공동구매하고 설치 가격을 낮추어 태양광 6Kw 씩 설치하면 왠만한 집들은 기본 요금도 안나온다.
한달 6Kw 용량에서 700Kwh 생산예상됨
태양광 모듈의 효율이 정말 눈에 띄게 좋아지고 있다.
양산모듈은 단결정 실리콘 태양전지가 효율이 높다. 21% 정도.
1KW 당
원자력 발전 41원
석탄 62원
유류 216원
가스 복합 118원 이다.
태양광 패널의 효율을 높이기 위해서 패널을 다중 접합할 경우 광전 변환 효유이 증가한다는 말인데 아직 21% 에 머무는 것으로 보아 양산된 기술은 아닌듯 하다. 다만 향후에 광전 변환 효율이 48% 까지 오를 가능성이 있다는 뜻 같다.
웨이퍼는 N Type 과 P Type 두종류가 있다.
N Type 이 효율이 높아지나 가공비용이 더 든다. 최근 LG 에서는 효율을 중요시 해서 N-Type 단결정형 태양광 모듈을 생산한다.
실제 태양광 설치는 아래 프레임, 패널, 전선가공, 연결, 결선, 접지, 인버터, 계통 연계등 복잡한 후처리가 들어있다. 또한 같은 면적에 효율이 1 - 2 % 올라감에 따라서 생산되는 전기량이 5 ~ 20 % 차이가 난다.
처음에 비싸더라도 고효율 웨이퍼를 로 시공하는것이 좋겠다.
광전 변환 원리 광자가 실리콘에 도달하면 N-Type 에서 전자가 발생하고 P-Type 에서 정공이 발생하여 두개의 접합부 사이에 전압이 발생한다. 이 전압차가 통상 0.7 Volt 되는데 이것을 72 매 직렬 연결할 경우 30 - 50 Volt 정도의 전압이 발생하고 전류가 흐르게 된다.
삼십년전 고체물리학 에서 배웠던 포토 다이오드 이론이 지금 생각나네.
역시 같은 그림이다.
두 연결 층간에 전압, 전류 발생 모델
< 솔라 패널 효율 증가커브 > 참고
https://cleantechnica.com/2014/02/02/which-solar-panels-most-efficient/
광전 변환 효율이 양산품질에서 20% 를 넘어가고 있으며 계속 증가하고 있다.
이론상 25% 를 넘는 것들은 여러장을 겹쳐서 효율을 증가시킨 듯 하다.
어떤 것들은 50% 에 육박하는데 이건 1x2 m 패널 한장에서 600W 이상 발전한다는 뜻.
즉 남들 12 장으로 3Kw 만들때 이 패널을 사용하면 5 장만 사용해도 된다는 이야기 아닌지 궁금하다.
하여간 이 정도 까지는 실험실 수준이라고 하더라도 어떤 방법을 사용하든지간에 태양전지 패널의 효율은 계속 증가하고 있다.
실리콘 웨이퍼 광전변환 셀 ( PV (; Photovoltaic ) cell W 당 가격변화 추이.
1977 년 1W 생산에 76달러 들던것이 최근 30 센트로 떨어짐.
솔라셀 가격 하락에 따른 태양광 발전추이.
급속하게 증가하고 있다.
위 그림에서는 0.3불로 아래 그림에서는 0.6불로 표현됨.
설치비 포함인지 ... 하여간 W 당 설치비가 드라마틱하게 떨어지고 있음.
태양광 설치 및 발전량도 기하급수적으로 증가하고 있음.
솔라셀의 효율비교
P-Type > P-Tyoe Mono >N-Type Mono > Back contact
* Back contact (; 이게 뭔지 자세히 모름. 아마 뒷판 연결 라인을 보강해서 전력 효율을 높인 거으로 보임 )
4년전 패널 하나당 최고 효율이 250W ~ 275W 정도 였는데 최근에 한장에 375W 가 생김
패널 에서 250 W 가 375W 가 되면 그대로 돈으로 연결되는 것임.
인버터만 추가하면 전력발생량이 증가함
즉 예전 100 KWh 생산하던 장비에서 인버터가격만 보강하면 100*375/250 = 150 KWh 생산됨. 인버터는 3KW 에 계통연계 포함 60 만원선임
최근 LG 에서 생산된 것임
셀은 가로세로 6*12 = 72 셀에 직렬연결이다.
가로세로 약 1 x 2 m 자세한 스펙은 위 그림참조
이 경우 6KW 설치에 16 장이면 된다.
총 용량 6000W / 375W = 16
인버터는 3KW 두개를 병렬로 연결해야 한다.'
만일 3KW 로 한다면 예전에 8 장 들어가던 패널이 8 장으로 줄어들게 된다.
당연히 프레임 설치비용과 커넥터 가격이 내려간다.
저녁 퇴근해서 전기자동차 충전하고 하루 150 Km 출퇴근 해도 기름값 0, 전기요금은 기본요금만 나오게 될지도 모르겠다.
난방도 전기로 ...
이 경우 정유공장, 주유소는 거의 망하게 되고 정부는 유류 판매시 부과 하던 세금 수입이 없어진다.
참고 에너지ㆍ석유시장감시단에 따르면 지난해 정부는 휘발유ㆍ경유에서만 24조원의 유류세를 거뒀다. 이는 2013년 17.9조원, 2014년 19.4조원에 비해 크게 증가한 수치다.
[출처] 이투데이: http://www.etoday.co.kr/news/section/newsview.php?idxno=1289282#csidxc12abe6dce18254a5aa7ceffa0e3388 
석기시대가 돌이 떨어져서 끝난것이 아니고 효율적인 청동기를 발견해서 없어진 것이다.
석유도 고갈되어 끝나는 시대가 오지는 않을 것 같다.
연도별 솔라패널 용량 증가 그래프.
매 4.5년 마다 2배씩 성장 매년 16% 씩 증가됨.
2015년 233 GW 가 2020 년 이면 2,330 Gw 즉 2.3 TW ( Tera Watt ) 용량으로 증가 예상
이에 반해서 석유 채굴량은 거의 선형으로 증가한다.
현재 하루 7200 만 배럴을 채굴한다고 추정할 때 이의 반인 3500 만 배럴을 채굴하던 시기는 1960 년대 중반 이었다.
최근 쉐일 가스 오일때문인지 석유 채굴량이 태양광의 드라마틱한 성장세에 비하면 정체에 가깝다.
이런 추세라면 석유 에너지는 태양광에 리드당 할 것이다.
CD 가 LP 를 추월하고 SSD 가 HDD 를 추월하는 시기가 왔다.
결국 태양광 전기 에너지 변환은 모든 화석 연료를 추월하는 날이 오게될 것이다. 매년 16% 의 증가율과 경쟁할 에너지는 없다.
https://cleantechnica.com/2014/07/22/exponential-growth-global-solar-pv-production-installation/
솔라 패널 커브의 지수함수적 변화 정도
어떤 경우에는 신재생 어너지의 비율이 15% 에 지나지 않을 것이라는 분석이 있다.
그런데 ...
솔라에너지는 매년 45% 정도 성장하고 있다. 매 2년마다 2배씩 성장한다.
이 정도면 정말 정신없는 속도이다.
아무리 정부의 후원이 있다고 하더라도 발전 에너지 증가속도가 워낙 빠르다.
로그 스케일이라서 실감이 안가겠지만 일반 리니어 스케일에서 확실해 진다.
그동안 중국의 덤핑탓에 국내 업체의 양산이 막혀 있었다.
미국, 유럽등에서 중국의 보조금과 덤핑을 규제했다.
반사이익으로 한국업체의 솔라 웨이퍼, 모듈, 효율과 양산이 비약적으로 증가하고 있다.
태양광 발전이 증가하는 이유
1. 실리콘 잉곳 가격이 지속적으로 내려가고 있다.
2. 이에 따라 웨이퍼 가격이 내려간다.
3. 웨이퍼의 효율이 증가하고 있다.
4. 웨이퍼 가공기술로 박막형에도 효율은 증가한다.
5. 전체 솔라패널 모듈 가격은 내리고 효율은 올라가고 있다.
전체적으로 에너지 가격이 내려가고 있으며 어느 순간엔가 석유가 따라올 수 없는 가격까지 가면 임계점이 된다.
폭팔적으로 솔라패널의 점유율이 높아질 수 있다.
우리는 이걸 정유, 주유소, 정부의 규제로 밥그릇을 지키고 있는것 아닐까?
그러나 내가 보기엔 대세를 거스릴 수 없다.
저항하다가 망하든지 앞서서 변화를 이끌어 가든지 둘 중 하나이다.
이미 태양광으로 기울어진 것 이다.
질문 태양광이 전체 석유 에네지를 추월할 수 있을까 ?
하루 약 1억배럴을 채굴 한다. 그런데 이 에너지의 26,700 배 만큼의 태양 에너지가 지구에 도달한다. 결국 우리가 사용할 에너지는 충분하다.
참고
* 하루 채굴 석유 에너지
100,000,000 배럴 * 158.9 리터 * 8500 K cal * 4.184 J = 5.65*10^17 W
우리는 하루 56 경 W 만큼의 에너지로 석유를 태우고 사용한다.
5.65*10^17 W
시간당 에너지인 3,600 초로 나누면 1.6 * 10^14 Wh
위 그래프에서
2020 년 하루 발전 솔라 에너지
233*10^9 W * 10 * 4 = 9.3*10 ^ 12 Wh ( 하루 4 시간 발전 추정 )
2020 년엔 현재 기준으로 석유 채굴량의 1 / 17 정도를 태양광으로 대체할 것 같다는 전망. 5% 추정
2030 년에는 현재기준의 에너지 원으로는 석유가 없어도 된다는 말 같은데 가능할지 잘 모르겠네요.
이정도면 궂이 핵 융합이 필요할까요?
그 돈으로 태양광 패널 효율 증가에 투자 하는것이 적절하지 않을지 모르겠습니다.
참조
역자 첨언
사실 저는 태양광에 관심이 있을 뿐이며 이쪽 업계의 비지니스와 전혀 상관이 없습니다.
위에 자료와 설명은 순전히 아마추어의 추정 자료와 생각들 입니다.
혹여 업계의 전문가가 계셔서 제가 잘 못 인용한 정보가 있으면 주저없이 반박해 주세요.
즉시 반영하겠습니다.
2016 년 9월 1일
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