현대 태양 에너지 활용의 역사는 1615년 프랑스 엔지니어인 솔로몬 드 콕스(Solomon de Cox)가 세계 최초의 태양열 엔진을 발명한 때로 거슬러 올라갑니다.

본 발명품은 태양 에너지를 사용하여 공기를 가열하여 팽창시키고 물을 펌핑하는 기계입니다. 1615년에서 1900년 사이에 전 세계적으로 많은 태양광 발전 장치와 기타 태양광 장치가 개발되었습니다. 이들 동력 장치는 대부분 태양광을 모으기 위해 집중된 빛을 사용하며, 작동 유체는 주로 수증기이며, 대부분 태양광 애호가들이 연구하고 제조한 것입니다. 20세기 100년 동안

태양에너지 기술의 발전 역사는 크게 7단계로 구분되며, 그 내용을 아래와 같이 소개한다.

1.1 제1단계 1900~1920

이 단계에서는 여전히 전 세계 태양에너지 연구의 초점은 태양광 발전장치에 있었지만, 사용되는 빛을 집광시키는 방법은 다양해졌다. , 평판 수집기 및 저비점 작동 유체가 사용되기 시작했으며 최대 출력 전력은 73.64kW에 이르렀지만 여전히 비용이 높았습니다. 일반적인 장치는 다음과 같습니다.

1901년, 미국 캘리포니아에서 절두원추형 집광 장치를 사용하여 태양열 물 펌핑 장치를 제작했습니다. 전력: 1902년

-1908년, 5개 세트 1913년에는 평판 집열기와 낮은 비등점 작동 유체를 사용하여 이중 사이클 태양열 엔진이 제작되었으며, 5개의 포물선형 트로프 거울로 구성된 태양열 엔진이 이집트 카이로 남쪽에서 제작되었습니다.

물 펌프는 길이가 각각 62.5m, 너비가 4m이며 총 조명 면적은 1250m2입니다.

1.2 2단계(1920~1945)

이 20년 동안 태양에너지 연구는 저조했고, 연구활동과 연구사업에 참여하는 사람의 수도 줄어들었다. 그 이유는 화석연료의 광범위한 개발과 활용 및 제2차 세계대전(1935~1945년)과 관련되어 당시의 긴급한 에너지 수요를 해결하지 못하여 태양에너지 연구가 사용되게 되었다. 점차 비호감에 빠졌습니다.

1.3 세 번째 단계(1945-1965)

제2차 세계대전이 끝난 후 20년 동안 일부 선견지명이 있는 사람들은 석유와 천연가스 자원이 급속도로

이 문제에 대한 사람들의 관심을 불러일으키면서 점차적으로 태양 에너지 연구 사업의 회복과 발전이 촉진되었고, 태양 에너지 학술 단체가 설립되었으며, 학술 교류와 전시회가 조직되었습니다.

, 태양 에너지 연구 붐이 다시 일어나고 있습니다.

이 단계에서 태양 에너지 연구에서 몇 가지 중요한 진전이 이루어졌습니다. 가장 눈에 띄는 것은 1955년 이스라엘 Taber 외 연구진이 제1회 국제 태양열 과학 학회에서 제안한 것입니다. Conference 선택코팅의 기본이론과 블랙니켈 등 실용적인 선택코팅의 개발은 1954년 미국의 벨 연구소에서 실용적인 실리콘 태양전지를 개발하여 고효율 집전체 개발의 기반을 마련하였다. 태양광 발전의 대규모 적용을 위해.

또한 이 단계에서 다른 중요한 성과도 있었는데, 그 중 가장 눈에 띄는 성과는 다음과 같습니다.

1952년 프랑스 국립 연구 센터는 피레네 산맥 동부에 전력 연구 센터를 건설했습니다. 50kW 태양열로입니다.

1960년, 난방용 평판 컬렉터를 사용한 세계 최초의 암모니아-수분 흡수 공조 시스템이 미국 플로리다에 건설되었으며, 냉방 용량은 5톤에 이릅니다.

1961년에는 석영창을 갖춘 스털링 엔진이 출시되었습니다.

이 단계에서는 태양에너지 기초이론과 기초재료에 대한 연구가 강화되었고, 태양광 선택코팅, 실리콘 태양전지 등 기술의 획기적인 발전이 이뤄졌다.

평판 수집가는 큰 발전을 이루었으며 기술적으로 점차 성숙해졌습니다. 태양열 흡수식 에어컨에 대한 연구가 진전되어 실험적인 태양광실이 많이 건설되었습니다. 보다 어려운 스털링 엔진 및 타워형 태양열 발전 기술에 대한 예비 연구가 수행되었습니다.

1.4 4단계(1965~1973)

이 단계에서는 태양에너지 연구사업이 정체된 주된 이유는 태양에너지 활용기술이 성장단계에 있고, 아직 개발되지 않았고, 대규모 투자와 만족스럽지 못한 결과로 인해 기존 에너지원과 경쟁하기 어려워 대중, 기업, 정부의 관심과 지원을 받지 못하고 있습니다.

1.5 제5단계(1973~1980)

석유는 세계 에너지 구조의 주도적 역할을 해왔기 때문에 석유는 경제에 영향을 미치고 국가의 생존을 결정하는 요소가 되었다. , 개발 및 불황의 핵심 요인

1973년 10월 중동 전쟁의 발발이었습니다. 석유수출국기구는 석유 생산량을 줄이고 가격을 인상하는 등의 조치를 채택하여 석유 수출국의 투쟁을 지원했습니다. 중동 사람들을 보호하고 자국의 이익을 보호합니다. 그 결과, 중동에서 값싼 석유를 대량으로 수입하는 국가들은 경제적으로 큰 타격을 입었습니다.

이로 인해 서구의 일부 사람들은 전 세계적으로 '에너지 위기'(일부는 이를 '석유 위기'라고도 함)가 발생했다고 외쳤다. 이번 '위기'는 사람들로 하여금 기존의 에너지 구조를 완전히 바꿔야 하고, 미래 에너지 구조로의 전환이 가속화되어야 한다는 점을 객관적으로 깨닫게 해주었다. 이에 따라 많은 국가들, 특히 산업이 발달한 국가에서는 태양에너지를 비롯한 신재생에너지 기술 개발에 대한 지원을 다시 강화하고 있으며, 전 세계적으로 태양에너지 개발 및 활용 붐이 다시 일어나고 있습니다.

1973년 미국은 정부 차원의 태양광 발전 계획을 수립하고 태양에너지 연구 자금을 크게 늘렸고, 태양에너지 제품의 상용화를 촉진하기 위해 태양에너지 개발은행을 설립했다.

일본은 1974년 정부가 수립한 '선샤인 플랜'을 발표했습니다. 그 중 태양에너지 연구 및 개발 프로젝트에는 태양광 주택

, 산업용 태양광 시스템, 태양열 발전, 태양광 발전 생산 시스템, 분산형 태양광 발전 시스템이 포함됩니다. 및 대규모 태양광 발전 시스템 등 이 계획을 실행하기 위해 일본 정부는 많은 인력, 물적, 재정적 자원을 투자했습니다.

1970년대 초 세계적으로 나타난 태양에너지 개발과 활용 붐은 우리나라에도 큰 영향을 미쳤다. 일부 선견지명이 있는 과학 기술 인력은 태양 에너지 산업에 헌신해 왔으며 관련 정부 부서에 적극적으로 제안하고 서적과 저널을 출판했으며 태양 에너지 이용에 대한 국제 동향을 소개하고 농촌 지역에서 태양열 조리기 사용을 장려했습니다. .

태양열 온수기는 도시에서 개발되었고, 우주용 태양전지는 지상에서 사용되기 시작했습니다... 1975년에는 허난성 안양에서 '전국

제1회 태양에너지 이용체험교류대회'가 개최되어 우리나라 태양에너지 산업의 발전을 더욱 촉진시켰다. 이번 회의 이후 태양에너지 연구

및 홍보 사업이 우리 정부 계획에 포함되어 특별 자금과 물질적 지원을 받았습니다. 일부 대학과 과학연구기관에서는 태양에너지 프로젝트 그룹과 연구실을 설립했고, 일부에서는 태양에너지 연구기관 설립 준비에 착수했다. 당시 우리나라에서도 태양에너지 개발과 활용이 급증하고 있었습니다.

이 기간 동안 태양 에너지의 개발 및 활용은 다음과 같은 특징을 지닌 전례 없는 발전 시기에 있었습니다.

(1) 국가는 태양 에너지 연구 계획을 강화했습니다. , 많은 국가에서 단기 및 장기 일조량 계획을 수립했습니다. 태양에너지의 개발과 활용이 정부의 과제가 되면서 지원도 대폭 강화됐다. 국제협력이 매우 활발하며, 일부 제3세계 국가들도 태양에너지 개발 및 활용에 적극적으로 참여하기 시작했습니다.

(2) 연구 분야가 지속적으로 확장되고 연구 작업이 점점 더 심층화되고 CPC, 진공 집열관, 비정질 실리콘 태양 전지,

물의 광분해 수소생산, 태양열발전 등

(3) 여러 국가에서 수립한 태양에너지 개발 계획은 일반적으로 요구 사항이 너무 높고 성급하며, 실행 과정의 어려움을 과소평가하여 짧은 시간 내에 진행하기를 바랍니다.

화석에너지를 대체하고 태양에너지의 대규모 활용을 실현합니다. 예를 들어, 미국은 1985년에 소형 태양광 실증 위성 발전소를 건설하고, 1995년에는 500만kW 규모의 우주 태양광 발전소를 건설할 계획을 세웠다. 실제로 이 계획은 나중에 조정돼 아직까지 우주태양광발전소가 발사되지 않았다.

(4) 태양열 온수기, 태양광 전기 및 기타 제품이 상용화되기 시작했으며 태양 에너지 산업이 초기에 설립되었지만 규모가 작고 경제적 이익이 아직 이상적이지 않습니다.

(4) p>

1.6 6단계(1980~1992)

1970년대에 나타난 태양에너지 개발 및 이용 붐은 1980년대에 들어서면서 곧 쇠퇴하기 시작하여 점차 저점에 진입했다. 세계의 많은 국가에서 태양 에너지 연구에 대한 자금을 지속적으로 대폭 줄였으며 미국이 가장 두드러졌습니다.

이러한 현상의 주요 원인은 다음과 같습니다. 세계 유가가 크게 하락한 반면, 태양 에너지 제품의 가격은 여전히 ​​높고 경쟁력이 부족합니다. 태양 에너지 기술은 큰 진전이 없으며 효율성이 향상되었습니다. 비용절감이 이루어지지 않아 일부 사람들의 태양에너지 개발 및 활용에 대한 신뢰가 흔들리고 있으며, 원자력발전의 급속한 발전은 태양에너지 발전을 저해하는 효과를 가지고 있습니다.

1980년대 세계 태양에너지 쇠퇴의 영향으로 우리나라의 태양에너지 연구사업도 어느 정도 약화됐다. 어떤 사람들은 심지어 태양에너지 활용 투자가 크고, 효과가 낮고 에너지 저장이 어렵고 면적이 넓다. 그는 태양에너지가 미래의 에너지라고 믿고 해외 연구에 성공해 우리나라에 기술을 도입할 것을 주장한다.

이러한 견해를 갖고 있는 사람들은 소수에 불과하지만, 이는 우리나라 태양에너지 산업 발전에 매우 해롭고 부정적인 영향을 미칩니다.

이 단계에서는 태양광 에너지 개발 연구에 대한 자금이 크게 줄어들었음에도 불구하고 연구 작업이 중단되지 않았으며 일부 프로젝트가 큰 진전을 이루었고 사람들이 과거를 진지하게 성찰하게 만들었습니다. .

목표를 계획하고 설정하며, 연구 업무의 초점을 조정하고, 적은 투자로 더 큰 결과를 달성하기 위해 노력합니다.

1.7 7단계(1992~현재)

화석에너지의 대규모 연소로 인해 지구 환경오염과 생태계 파괴가 발생하여 인류의 생존이 위협받고 있다. 그리고 개발. 이러한 배경에서

1992년 유엔은 브라질에서 '환경과 개발에 관한 세계회의'를 개최하고 '환경과 개발에 관한 리우데자네이루 선언'을 채택했다.

'의제 2I'과 유엔기후변화협약 등 일련의 중요한 문서들은 환경과 개발을 하나의 통일된 틀로 통합하고 지속가능한 발전 모델을 확립했습니다. 이번 회의 이후 세계 각국은 청정 에너지 기술 개발을 강화하고 태양 에너지 사용과 환경 보호를 결합하여

태양 에너지 활용을 최저점에서 벗어나 점차적으로 강화했습니다.

세계 환경과 개발 회의 이후 중국 정부는 환경과 발전을 매우 중시하며 10가지 대책과 조치를 제안하면서 '태양에너지, 풍력에너지를 개발하고 촉진해야 한다'고 분명히 밝혔습니다. , 지역 조건에 따른 지열 에너지

, 조력 에너지, 바이오매스 에너지 및 기타 청정 에너지원"에 대해 "중국 어젠다 21"을 공식화하여 핵심 태양 에너지 개발을 더욱 명확하게 했습니다

프로젝트. 1995년에 국가계획위원회, 국가과학기술위원회, 국가경제무역위원회는 "신재생에너지 발전강령"

(1996-2010)을 제정했는데, 이 지침은 이를 명확하게 제안했다. 1996년부터 2010년까지 우리나라의 신에너지와 재생에너지를 개발해야 한다는 것이다. 재생에너지의 발전목표와 과제, 대응방안

. 이러한 문서의 작성과 실행은 우리나라의 태양 에너지 산업을 더욱 발전시키는 데 중요한 역할을 했습니다.

1996년 유엔은 짐바브웨에서 '세계 태양에너지 정상회담'을 개최한 뒤 그 회의에서 '태양에너지와 지속가능발전에 관한 하라레 선언

)'을 발표했다. , '세계태양에너지 10개년 실천계획'(1996~2005), '국제태양에너지협약', '세계 태양에너지 전략' 등 중요문서가 논의됐다. p>계획". 이번 회의에서는 태양 에너지 개발에 대한 UN과 세계 각국의 확고한 의지를 더욱 보여줬으며, 세계 정부가 태양 에너지를 광범위하게 활용하기 위해 함께 행동할 것을 촉구했습니다.

1992년 이후 세계의 태양 에너지 활용은 또 다른 개발 기간에 접어들었습니다. 특징은 다음과 같습니다. 태양 에너지 활용은 세계의 지속 가능한 개발 및 환경 보호와 밀접하게 통합됩니다.

세계 정부가 함께 행동합니다. , 그리고 세계 태양 에너지 개발 전략을 실현하기 위해 노력합니다. 태양 에너지 개발 목표는 명확하고 집중적이며 효과적인 조치입니다

과거의 덥고 춥고 과열되고 과열되는 단점을 극복하는 데 도움이 됩니다. 태양 에너지 산업의 장기적인 발전을 보장하는 동시에 태양 에너지 연구 및 개발의 강도를 높이는 동시에

과학 기술 성과를 생산성으로 전환하고 태양 에너지 산업을 발전시키는 데 관심을 기울여야 합니다. 에너지 산업, 상용화 가속화, 태양 에너지 활용 분야 및 규모 확대, 경제적 이익 점차 증대

태양 에너지 분야의 국제 협력이 전례 없이 활성화되고 규모가 확대되었으며, 의미있는 성과를 거두었습니다.

위의 검토를 통해 금세기 100년 동안 태양에너지의 발전 경로는 일반적으로 매 만조 시기 이후에 간조 시기가 있음을 알 수 있다. /p>

간조기는 약 45년 정도 지속됩니다. 태양에너지 활용의 발전 과정은 석탄, 석유, 원자력 에너지와는 전혀 다르며, 이에 대한 사람들의 인식도 매우 다르고, 반복이 많이 이루어지며, 발전하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 이는 한편으로는 태양에너지의 개발이 어렵고 단기간에 대규모 활용이 어렵다는 것을 보여주는 한편, 태양에너지의 활용 역시 다음과 같은 영향을 받는다는 것을 보여준다. 광물에너지 수급, 정치, 전쟁 등의 요인과 발전경로가 다소 꼬불꼬불하다. 그럼에도 불구하고, 전반적으로 20세기의 태양광 기술 발전은 이전 어느 세기보다 컸습니다.

2 태양에너지 과학기술의 진보

태양에너지의 활용에는 많은 기술적인 문제가 있으나 태양에너지의 특성에 따라 크게 4가지의 혁명적인 기술이 있다 즉, 태양에너지 수집, 태양에너지

태양에너지 변환, 태양에너지 저장, 태양에너지 전송 등의 기술을 다른 관련 기술과 결합하면 태양에너지의 실제 활용을 실현할 수 있습니다.

2.1 태양 에너지 수집

태양 에너지를 사용할 때 충분한 에너지를 얻거나 온도를 높이려면 특정 기술을 사용해야 합니다.

태양 에너지를 수집하는 기술 및 장치(열 수집기)입니다. 컬렉터는 빛을 집광하는지 여부에 따라 집광형 컬렉터와 비집광형 컬렉터의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

비집광식 집열기(평판 집열기, 진공관 집열기)는 태양 복사의 직접 방사선과 산란 방사선을 활용할 수 있으며 집광 온도가 낮습니다.

광열 집열기는 집광이 가능합니다. 더 높은 온도를 얻으려면 더 작은 열 흡수 표면에 햇빛을 가해야 하지만 직접 복사만 사용할 수 있고 태양을 추적해야 합니다.

2.1.1 평판형 집열기

역사상 초기에 등장한 태양에너지 장치는 주로 태양광 발전 장치였으며, 대부분이 집광식 집열기를 사용하였고 소수만이 평판형 집열기를 사용하였다.

히터를 설정하세요. 평판 집전체는 17세기 후반에 발명되었으나 1960년 이후까지는 심도 있는 연구와 대규모 적용이 이루어지지 않았다. 태양 에너지의 저온 이용 분야에서 평판 집열기의 기술적, 경제적 성능은 집광식 집열기보다 훨씬 우수합니다. 효율성을 높이고 비용을 절감하거나 특별한

특정 사용 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 유형의 평판 수집기가 개발되었습니다.

작동 유체에 따라 공기가 있습니다. 현재 널리 사용되는 수집기와 액체 수집기는 흡열판 심재에 따라 강판과 철관, 전체 구리, 전체 알루미늄, 구리-알루미늄 복합재, 스테인레스 스틸, 플라스틱 및 기타 비금속 컬렉터 등;

구조에 따라 튜브플레이트형, 플랫박스형, 튜브핀형, 히트파이프핀형, 사문석튜브형 컬렉터, 평면 반사판 및 역 평판

판 수집기 등

커버 플레이트에 따르면 단층 또는 다층 유리, 유리 섬유 또는 폴리머 투명 재료가 있습니다. 투명 단열재 수집기 등.

현재 국내외에서는 전체 구리 집전체와 구리-알루미늄 복합 집전체가 더 일반적으로 사용되고 있습니다. 해외에서는 구리 핀과 구리 튜브를 결합하는 데 고주파 용접이 일반적으로 사용됩니다. 중국에서는 과거 199S에 유전체 용접을 사용하여 전체 구리 고주파 용접 컬렉터를 개발했습니다. 1937년에 캐나다에서 구리-알루미늄 복합 생산 라인이 도입되었으며 소화 흡수를 통해 중국에는 12개 이상의 구리-알루미늄 복합 생산 라인이 건설되었습니다.

집전체의 열손실을 줄이기 위해 단열유리, 폴리카보네이트 태양광 패널, 투명 벌집형 등을 커버재로 사용할 수 있으나 이들 소재는 상대적으로 가격이 비싸 적용이 어렵다.

2.1.2 진공관 집열기

평판 집열기의 열 손실을 줄이고 집열 온도를 높이기 위해 1970년대에 진공 집열기 튜브가 국제적으로 개발에 성공했습니다. 본체는 고진공 유리 진공관에 둘러싸여 있어 열 성능이 크게 향상됩니다. 다수의 진공 수집관이 함께 조립되어 진공관 수집기를 형성합니다. 수집되는 태양광의 양을 늘리기 위해 일부는 진공 수집관 뒷면에 반사판을 설치합니다.

진공 수집관은 크게 전체 유리 진공 수집관, 유리 7종 진공 수집관, 유리로 나눌 수 있습니다. 금속 히트 파이프 진공 수집기 튜브, 직선형 진공 수집기 튜브 및 열 저장 진공 수집기 튜브. 최근 우리나라에서는 전체가 유리로 된 히트파이프 진공 컬렉터와 새로운 전체가 유리로 된 직선형 진공 컬렉터

히트파이프도 개발했습니다.

우리나라는 1978년 미국에서 전면유리 진공수집관을 도입한 이래 20여년의 노력 끝에 독자적인 지적재산권을 보유한 현대적인 전면유리 진공수집관을 확립하게 됐다

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컬렉터 튜브 산업에는 컬렉터 튜브를 생산하는 데 사용되는 마그네트론 스퍼터링 코팅 기계가 100대 이상 있으며 제품 품질은 세계 최고 수준에 도달하고 생산량은 세계 1위를 차지합니다.

우리나라에서는 1980년대 중반부터 히트파이프 진공 컬렉터 튜브를 개발하기 시작하여 10년 이상의 노력 끝에 열간 압착 밀봉 등 많은 기술적 어려움을 극복하고 확립했습니다.

모든 지적재산권을 보유하고 있는 기업으로 히트파이프, 진공관 생산기지, 제품 품질은 세계 최고 수준, 생산능력은 세계 1위입니다.

현재 직선형 진공 컬렉터 튜브 생산 라인을 구축 중이며 제품은 곧 시장에 출시될 예정이다.

2.1.3 집중 수집기

집중 수집기는 주로 농축기, 흡수기 및 추적 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 집광 원리에 따라 집광형 집열기는 기본적으로 반사형 집광형과 굴절형 집광형의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 각 범주는 집광기에 따라 여러 유형으로 나눌 수 있습니다. 태양 에너지 활용 요구 사항을 충족하고

추적 메커니즘을 단순화하고 신뢰성을 향상시키며 비용을 절감하기 위해 금세기에는 다양한 종류의 집열식 집열기가 개발되었지만 대중화 및 적용 횟수는 많지 않습니다. 평소보다 훨씬 높다

접시 수집가도 적고 상용화 정도도 낮다.

가장 일반적으로 사용되는 반사형 집중 컬렉터는 회전 포물선형 거울 집중형 컬렉터(포인트 포커싱)와 트로프 포물선형 미러 집중형 컬렉터

(라인 포커스)입니다. 전자는 고온을 달성할 수 있지만 2차원 추적이 필요하고, 후자는 중간 온도를 달성할 수 있으며 1차원 추적만 필요합니다. 이 두 가지 유형의 집열식 집열기는 금세기 초부터 사용되어 왔으며 반사 표면의 가공 정확도 향상, 반사율이 높은 재료 개발, 개발 등 수십 년 동안 많은 개선이 이루어졌습니다. 높은 신뢰성

추적 메커니즘 등을 통해 이 두 개의 포물선형 거울 집광기 수집기는 다양한 중온 및 고온 태양 에너지 활용 요구 사항을 완벽하게 충족할 수 있지만 높은 비용으로 인해 광범위한 적용이 제한됩니다.

응용 프로그램입니다.

1970년대에는 두 개의 홈통 모양의 포물선 반사경으로 구성되어 추적이 필요하지 않은 '복합 포물선형 거울 집중 수집기'(CPC)가 세상에 등장했습니다.

태양은 빛을 집중시키고 더 높은 온도를 얻기 위해 계절에 따라 약간의 조정만 필요합니다. 광집중율은 일반적으로 10 이하입니다. 광집중율이

3 이하일 경우에는 조정 없이 고정적으로 설치할 수 있습니다. 당시 많은 사람들은 CPC를 높이 평가했으며, 태양열 활용 기술의 획기적인 발전으로 널리 활용될 것이라고 예측하기도 했습니다. 그러나 수십 년이 지났지만 CPC는 여전히 일부 시범 프로젝트에만 사용되며 평판 수집기 및 진공관 수집기만큼 광범위하게 사용되지는 않습니다. 우리나라의 많은 단위에서는 1970년대와 1980년대에 CPC를 개발하여 응용 사례가 적었지만 현재는 기본적으로 사용되지 않고 있습니다.

기타 반사 집중 장치에는 원추형 반사기, 구형 반사기, 스트립 반사기, 버킷형 여물통 반사기 및 평평한 표면이 포함됩니다. 포물선형 거울 콘덴서

등 또한 타워형 태양광 발전소에 사용되는 집광 거울인 헬리오스타트(Heliostat)도 있습니다. Heliostat는 여러 개의 평면 반사경 또는 곡선 반사경으로 구성됩니다

. 이러한 반사경은 동일한 흡수체에 햇빛을 반사하여 많은 양의 빛을 얻을 수 있습니다. >

에너지.

빛의 굴절 원리를 이용하면 굴절 콘덴서를 만들 수 있다. 역사적으로 프랑스 파리에서는 두 개의 렌즈를 이용해 햇빛을 모아 금속을 녹이는 퍼포먼스를 펼친 적이 있다. 어떤 사람들은 평면 거울로 보완된 렌즈 세트를 사용하여 태양열 고온로를 조립합니다. 당연히 유리렌즈는 상대적으로 무겁고, 제조공정이 복잡하고, 생산단가도 높기 때문에 대형화는 어렵다. 따라서 오랫동안 굴절 집속 장치의 개발은 거의 이루어지지 않았습니다. 1970년대에는 세계 일부 사람들이 대형 프레넬 렌즈를 개발해 이를 이용해 태양광 집열식 집열기를 만들려고 시도했다. 프레넬렌즈는 평면형 집광렌즈로 무게가 가볍고 가격이 상대적으로 저렴하며 점집합과 선집합으로 나눌 수 있으며 일반적으로 유기유리나 기타 투명 플라스틱을 사용하며, 유리로도 제작됩니다. 주로 집중형 태양전지 발전 시스템에 사용됩니다.

1970년대부터 1990년대까지 우리나라에서는 태양광 기기용 프레넬 렌즈를 개발했습니다. 대면적의 유연한 투명 플라스틱 프레넬 렌즈를 가공하기 위해 성형 방식을 사용하는 사람도 있고, 직경 1.5m의 점집속 프레넬 렌즈를 가공하기 위해 복합 성형 도구를 사용하는 사람도 있지만 결과는 좋지 않습니다.

이상적인. 최근에는 선형 유리 프레넬 렌즈를 가공하기 위해 성형 방법을 사용하는 사람들도 있지만 정확도가 충분하지 않아 개선이 필요합니다.

아직 실용화되지는 않았지만, 전반사 원리를 활용해 디자인한 새로운 태양광 집광 장치도 2종 있다. 그 중 하나는 광섬유 렌즈와 이에 연결된 광섬유로 구성된 광섬유 집속기이다. 태양광은 광섬유 렌즈에 의해 집속된 후 광섬유를 통해 사용 영역으로 전달된다. 다른 하나는 형광 집광 장치인데, 실제로는 형광 색소가 첨가된 투명한 판(보통 유기 유리)으로, 형광 흡수 대역의 파장과 일치하는 햇빛의 일부를 흡수한 다음 형광이 방출됩니다. 흡수대 파장보다 방출대 파장이 길다. 플레이트와 주변 매질의 차이로 인해 방출된 형광은 플레이트의 전반사에 의해 플레이트의 가장자리 표면으로 유도됩니다. 광 집중 비율은 플레이트 면적과 가장자리 면적의 비율에 따라 달라집니다.

10~100을 달성하는 이러한 종류의 평판은 다양한 방향에서 입사광을 흡수할 수 있으며 산란광도 흡수할 수 있습니다. 태양을 추적할 필요가 없습니다.

2.2 태양 에너지 변환

태양 에너지는 일종의 복사 에너지로, 순간적으로 사용 및 저장되기 직전에 다른 형태의 에너지로 변환되어야 합니다. 태양 에너지를 다양한 형태의 에너지로 변환하려면 다양한 에너지 변환기가 필요합니다. 집열기는 흡수 표면을 통해 태양 에너지를 열에너지로 변환할 수 있습니다.

태양 에너지는 전기 에너지로 변환됩니다. 식물은 광합성을 통해 태양 에너지를 바이오매스 에너지로 변환할 수 있습니다. 원칙적으로 태양 에너지는 어떤 형태의 에너지로도 직접적으로

전환될 수 있지만, 전환 시간이 길어질수록 최종 태양 에너지 전환 효율은 낮아집니다.

2.2.1 태양 에너지-열 에너지 변환

검은색 흡수 표면은 태양 복사를 흡수하여 태양 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있지만 흡수 성능은 좋지만 복사 열 손실이 있습니다. 크기가 커서 검은색입니다. 흡수 표면

은 이상적인 태양 에너지 흡수 표면이 아닙니다.

선택적 흡수 표면은 태양 에너지 흡수율이 높고 방출 비율이 낮습니다. 태양 복사 흡수 성능이 뛰어나고 복사 열 손실이 적습니다.

< 피> 국수. 이 흡수성 표면은 간단히 선택적 코팅으로 알려진 선택적 흡수성 재료로 만들어집니다. 1940년대에 제안되어 1955년에 실제 요구 사항에 도달했습니다. 1970년대 이후에는 많은 새로운 선택 코팅이 개발되어 대량 생산되고 현재 수백 가지의 선택 코팅이 개발되었습니다.

우리나라에서는 1970년대부터 선택적 코팅을 개발해 왔으며 태양열 집열기에 널리 사용되어 매우 중요한 결과를 얻었습니다.

2.2.2 태양에너지를 전기에너지로 변환

전기에너지는 활용, 전송, 분배가 편리한 고급에너지이다. 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 것은 태양에너지의 대규모 활용을 위한 중요한 기술 기반이며, 세계 각국에서는 직접 광전 변환, 간접 광열 변환, 전기 변환 등 다양한 변환 방법을 중요시하고 있습니다. 여기서는

광전 직접 변환 장치인 태양전지에 중점을 둡니다.

세계적으로는 1941년에 실리콘 태양전지에 관한 보고가 나왔다. 1954년에는 효율 6%의 단결정 실리콘 태양전지가 개발됐고, 1958년에는 태양전지가 위성용 전원으로 사용됐다. 1970년대 이전에는 태양전지는 효율이 낮고 가격이 비싸 우주용으로 주로 사용됐다. 1970년대 이후에는

태양전지 재료, 구조 및 공정에 대한 광범위한 연구가 진행되어 효율성 향상과 비용 절감 측면에서 큰 진전이 이루어졌으며 지상 적용 규모도 점차 확대되었습니다.

그러나 태양에너지의 대규모 활용 측면에서는 기존 발전에 비해 비용이 여전히 훨씬 높습니다.

현재 세계에서 가장 높은 태양전지 효율 수준은 단결정 실리콘 셀 24%(4cm2), 다결정 실리콘 셀 18.6%(4cm2),

InGaP /GaAs입니다. 이중접합전지 30.28%(AM1), 비정질실리콘전지 14.5%(초기), 12.8(안정), 텔루라이드전지 15.8%,

실리콘리본전지 14.6%, 이산화티타늄 유기나노전지 10.96% .

우리나라에서는 1958년부터 태양광 연구를 시작하여 지난 40년간 많은 성과를 거두었다. 현재 우리나라 태양광 발전 연구소의 최고 효율 수준은 다음과 같습니다: 단결정 실리콘 셀 20.4%(2cm × 2cm), 다결정 실리콘 셀 14.5%(2cm × 2cm), 12%(10cm×10cm), GaAs 배터리

20.1%(lcm×cm), GaAs/Ge 배터리 19.5%(AM0), CulnSe 배터리 9%(lcm×1cm), 다결정 실리콘 박막 배터리 13 6%(lcm×1cm, 비활성 실리콘 기판) , 비정질 실리콘 전지 8.6%(10cm×10cm), 7.9%(20cm×20cm), 6.2%(30cm×30cm),

이산화티타늄 나노유기전지 10%(1cm×1cm).

2.2.3 태양 에너지를 수소 에너지로 변환

수소 에너지는 고급 에너지원입니다. 태양에너지는 물을 분해하거나 다른 방법으로 수소에너지로 전환할 수 있는데, 즉 태양광 수소 생산의 주요 방법은 다음과 같다.

(1) 물을 태양광 전기분해하여 수소를 생산

물을 전기분해하여 수소를 생산하는 것은 현재 널리 사용되고 있으며 효율이 높고(75%-85%) 성숙한 방법이지만, 기존 전기를 사용하여 수소를 생산하면 에너지가 덜 소모됩니다.

활용 측면에서 이득이 이득보다 큽니다. 따라서 태양광 발전 단가가 크게 낮아져야 물 전기분해를 통한 대규모 수소 생산이 가능하다.

(2) 물을 태양열 분해하여 수소를 생성

물이나 수증기를 3000K 이상으로 가열하면 물 속의 수소와 산소가 분해될 수 있습니다. 이 방법은 수소 생산 효율이 높지만, 이렇게 높은 온도를 얻기 위해서는 고출력 농축기가 필요하다. 이 방법은 일반적으로 수소를 생산하는 데 사용되지 않는다.

(3) 태양열화학사이클 수소생산

물을 직접 태양열분해하여 수소를 생산하는데 필요한 고온을 낮추기 위해 열화학사이클 수소생산법이 개발되었다. 즉, 물에 하나 또는 여러 개의 중간체를 추가한 다음 더 낮은 온도로 가열하고 다양한 반응 단계를 거쳐 최종적으로 물을 수소와 산소로 분해하는 반면 중간체는 소비되지 않고 그대로 사용될 수 있습니다. 재활용

사용. 열화학 사이클 분해 온도는 대략 900-1200K이며, 이는 일반 회전 포물선형 거울 응축기로 쉽게 도달할 수 있는 온도입니다. 물 분해 효율은 17.5%-75.5%입니다. 가장 큰 문제는 중간체의 감소이다. 99.9%~99.99%를 줄여도 0.1%~0.01%는 첨가해야 하는데, 이는 수소 가격에 영향을 미치고 환경 오염을 유발하게 된다.

(4) 물의 태양 광화학 분해에 의한 수소 생산

이 수소 생산 과정은 앞서 언급한 열화학 사이클 수소 생산과 유사하다. 물에 특정 감광성 물질이 첨가된다. 촉매로서 햇빛에서 장파 빛 에너지의 흡수를 증가시키고 광화학 반응을 사용하여 수소를 생성합니다. 일본의 누군가는 요오드의 빛에 대한 민감성을 이용하여 광화학 및 열전 반응을 포함한 포괄적인 수소 생산 공정을 설계했습니다. 이 공정은 약 10%의 효율로 시간당 97리터의 수소를 생산할 수 있습니다.

(5) 태양광전기화학전지는 물을 분해해 수소를 생산한다

1972년 일본 혼다 켄이치 등은 n형 이산화티타늄 반도체 전극을 양극으로, 백금흑색을 음극으로 사용했다. 태양광전기화학전지로 만들어진다. 음극은 수소를 생성하고, 두 전극을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 되는데, 이것이 바로 광전기화학전지이다.

햇빛을 받으면 물이 분해되어 수소, 산소, 전기를 동시에 얻을 수 있습니다. 이번 실험 결과는 전 세계 과학자들의 큰 관심을 끌었으며, 태양에너지 기술의 획기적인 발전으로 평가받고 있다. 그러나 광전기화학적 수소 생산 효율은 0.4%에 불과해 햇빛에서 자외선과 근자외선만 흡수할 수 있어 전극이 부식되기 쉽고 성능도 불안정하다. , 아직 실제 요구 사항에 도달하지 못했습니다.

(6) 태양 광복합화 촉매 물 분해로 수소 생성

1972년 이후 과학자들은 테르피리딘 못 복합체의 들뜬 상태에 전자를 전달할 수 있는 능력이 있다는 사실을 발견했습니다. 전하 이동 반응을 촉매하며

, 이 공정을 사용하여 물을 광분해하여 수소를 생산하는 것이 제안되었습니다. 이 복합체의 기능은 빛 에너지를 흡수하고 전하 분리, 전하 이동 및 축적을 생성하고 일련의 결합 과정을 통해 궁극적으로 물을 수소와 산소로 분해하는 것입니다. 수소를 생산하기 위한 복잡한 촉매 물 분해는 아직 성숙되지 않았으며 연구 작업이 계속되고 있습니다.

(7) 생체 광합성을 통한 수소 생산

40여년 전에 녹조류가 혐기성 조건에서 햇빛 아래에서 수소를 방출할 수 있다는 것이 발견되었습니다. 녹조류와 같은 많은 조류는 일정 기간 동안 혐기성 환경에 적응할 수 있으며 특정 조건에서 광합성을 하고 수소를 방출할 수 있습니다.

현재 조류에 의한 광합성 및 수소 방출 메커니즘에 대한 이해가 부족하여 조류에 의한 수소 방출 효율이 매우 낮으며 공학적 수소 생산을 달성하려면 아직 갈 길이 멀다.

피><피> 조류 광합성의 수소 생산 효율을 10%까지 높이면 조류는 광합성 수소 방출 프로젝트를 통해 5만제곱킬로미터의 태양에너지를 이용해 하루 제곱미터당 9몰의 수소를 생산할 수 있는 것으로 추정된다. 미국의 모든 연료 필요.

2.2.4 태양에너지-바이오매스 에너지 전환

태양에너지는 식물의 광합성을 통해 이산화탄소와 물을 합성하여 유기물(바이오매스 에너지)로 만들고 산소를 방출한다. 광합성은 지구상에서 가장 대규모의 태양에너지 전환이다. 현대 인류가 사용하는 연료는 고대와 현재에도 광합성에 의해 고정된 태양에너지이며, 에너지 전환 효율은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 일반적으로 그 메커니즘에 대한 향후 연구는 이론적, 실제적으로 큰 의미를 갖습니다.

2.2.5 태양 에너지-기계적 에너지 변환

20세기 초 러시아 물리학자들은 빛에 압력이 있다는 것을 실험적으로 증명했습니다. 1920년대에 구소련의 물리학자들은 우주에 있는 거대한 태양 돛을 사용하여 햇빛의 압력을 받아 우주선을 앞으로 나아가게 하고 태양 에너지를 기계 에너지로 직접 변환할 수 있다고 제안했습니다. 과학자들은 앞으로 10~20년 안에 태양돛 아이디어가 실현될 수 있을 것으로 추정하고 있습니다.

보통 태양에너지를 기계에너지로 변환하려면 중간 과정을 통한 간접적인 변환이 필요하다.

2.3 태양에너지 저장

지상에 받는 태양에너지는 기후, 낮과 밤, 계절의 영향을 받으며 간헐적이고 불안정합니다. 따라서 태양에너지 저장은 매우 필요하며, 특히 태양에너지를 대규모로 활용하려면 더욱 그렇습니다.

태양 에너지는 직접 저장할 수 없으며 저장하기 전에 다른 형태의 에너지로 변환해야 합니다. 태양에너지를 대용량, 장기간, 경제적으로 저장하는 것은 기술적으로 어렵습니다.

금세기 초에 건설된 거의 모든 태양광 시설은 태양 에너지 저장 문제를 고려하지 않았습니다. 현재 태양 에너지 저장 기술은 아직 성숙되지 않았습니다.

개발이 상대적으로 느리고 연구 작업을 강화해야 합니다.

2.3.1 태양열 저장

(1) 현열 저장

물질의 현열에너지 저장을 이용하는 것은 가장 간단한 에너지 저장 방법이다. 실제 응용에서는 물, 모래, 자갈, 토양 등을 에너지 저장 재료로 사용할 수 있으며, 그 중에서 물은 비열 용량이 가장 크고 널리 사용됩니다. 1970년대와 1980년대에는 계절에 따라 태양 에너지를 저장하기 위해 물과 토양을 사용한다는 보고가 있었습니다. 그러나 물질의 현열은 적고 에너지 저장에는 일정한 제한이 있습니다.

(2) 잠열 저장

상 변화 중에 물질이 방출하고 흡수하는 잠열을 에너지로 저장합니다. 저장된 에너지는 크며 온도가 유지되면 열을 방출합니다. 변하지 않은.

태양광 저온 저장에는 황산나트륨 10수화물/염화칼슘 수화물, 인산수소나트륨 12수화물 등 에너지 저장을 위해 수정수를 함유한 염류가 흔히 사용된다. 그러나 작동 온도와 서비스 수명을 보장하려면 사용 중에 과냉각 및 성층화 문제를 해결해야 합니다.

태양에너지의 중온 저장온도는 일반적으로 100℃ 이상 500℃ 이하, 보통 300℃ 전후이다. 중온 보관에 적합한 재료로는 고압 온수, 유기 유체, 결정질 염 등이 있습니다.

현재 테스트 중인 물질로는 태양에너지의 고온 저장 온도가 일반적으로 500°C 이상이다.

1000°C 이상의 매우 높은 온도에서 보관하려면 알루미나 및 산화 게르마늄 내화 볼을 사용할 수 있습니다.

(3) 화학물질 저장?