용어집 — 태양광·풍력

PERC, TOPCon, HJT는 결정질 실리콘 태양전지의 셀 구조 방식을 가리키는 이름입니다. PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)는 셀 뒷면에 유전체 패시베이션 층을 넣어 뒷면에서 재결합으로 손실되는 전자를 줄이고 통과한 빛을 반사시키는 구조로, 오랫동안 주력 기술이었습니다. TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)은 뒷면에 매우 얇은 터널 산화막과 도핑된 다결정 실리콘 층을 추가해 전극이 실리콘에 닿는 부분의 손실을 더 줄인 구조이고, HJT(Heterojunction, 이종접합)는 결정질 실리콘 웨이퍼 양면에 비정질 실리콘 박막을 입혀 접합을 만드는 구조입니다. 이 구분이 중요한 이유는 같은 면적이라도 셀 구조에 따라 모듈 효율(%)과 온도계수(%/℃)가 달라져, 동일한 부지에서 설치 가능한 설비용량(kW)과 연간 발전량(kWh)이 달라지기 때문입니다. 실무에서는 모듈 사양서의 셀 기술, 모듈 효율(%), 온도계수(%/℃), 연간 열화율(%/년), 양면 수광계수(bifaciality, %)를 함께 보고 부지 면적 대비 발전량과 초기 투자비를 비교하는 데 사용합니다. 어느 기술이 우세한지는 시점과 제조사에 따라 달라지므로, 특정 시점의 효율 수치나 시장 점유율은 그때의 제품 사양서와 공인 시험성적서로 확인해야 합니다.

예시 — 동일한 지붕 면적 1,000 m²에 모듈 효율 21.0%인 제품을 깔면 표준시험조건(1,000 W/m²) 기준 설비용량은 1,000 m² × 1,000 W/m² × 0.21 = 210 kW이고, 효율 22.5%인 제품이면 225 kW가 되어 같은 면적에서 15 kW를 더 설치할 수 있습니다. 또한 온도계수가 -0.35%/℃인 모듈과 -0.26%/℃인 모듈을 비교하면, 셀 온도가 기준 25℃보다 30℃ 높은 55℃일 때 출력 감소는 각각 약 10.5%와 7.8%로 계산됩니다.

관련: 모듈 효율 · 양면형 모듈 · 온도계수

나셀은 풍력터빈 타워 꼭대기에 얹혀 있는 상자 모양 구조물로, 블레이드가 만든 회전력을 전기로 바꾸는 핵심 부품들을 담고 있는 기계실입니다. 안에는 주축(main shaft), 증속기(기어박스), 발전기, 브레이크, 요(yaw) 구동장치, 냉각장치, 제어반 등이 들어갑니다. 기어박스로 회전수를 높여 발전기를 돌리는 기어드 방식과, 기어박스 없이 저속 발전기를 직접 돌리는 다이렉트드라이브 방식으로 나뉘며, 후자는 부품 수가 적어 해상처럼 정비가 어려운 환경에서 선호되는 경우가 많습니다. 나셀은 요 구동장치로 통째로 회전해 로터가 항상 바람이 불어오는 방향을 향하도록 맞춥니다. 무게가 수십~수백 톤에 달해 설치·교체 시 대형 크레인이 필요하고, 이 때문에 해상풍력에서는 나셀 내부 부품 고장이 곧 큰 정비 비용으로 이어집니다.

예시 — 바람 방향이 남서에서 서쪽으로 바뀌면, 나셀 위의 풍향계 신호를 받은 제어시스템이 요 모터를 작동시켜 나셀 전체를 서쪽으로 돌립니다. 이렇게 로터 면을 바람과 수직으로 맞춰야 블레이드가 받는 바람 에너지를 최대한 회수할 수 있습니다.

관련: 풍력터빈 용량 · 요 시스템 · 블레이드

부유식 해상풍력은 해저에 기초를 직접 고정하지 않고, 물에 뜨는 부유체(플랫폼) 위에 터빈을 세운 뒤 계류선(mooring line)과 해저 앵커로 위치를 붙잡아 두는 방식입니다. 고정식 기초는 수심이 깊어질수록 구조물 물량과 시공비가 급격히 늘어 통상 수심 약 50~60m를 넘어가면 경제성이 떨어지는데, 부유식은 수심이 깊어져도 부유체 자체는 크게 달라지지 않아 계류선 길이만 늘리면 됩니다. 그래서 대륙붕이 좁고 연안에서 조금만 나가도 수심이 깊어지는 해역에서 활용 대상이 됩니다. 부유체 형식은 반잠수식(semi-submersible), 스파(spar), 인장각식(TLP) 등으로 나뉘며, 각각 흘수(물에 잠기는 깊이)와 안정성을 확보하는 원리가 다릅니다. 터빈이 파도와 바람에 따라 움직이기 때문에, 흔들림을 반영해 발전기를 제어하는 별도의 제어 로직과 동적 해저케이블(dynamic cable)이 필요합니다.

예시 — 수심 150m 해역은 고정식 자켓 기초를 세우기 어렵지만, 반잠수식 부유체에 15MW 터빈을 얹고 계류선 3~6줄로 해저 앵커에 연결하면 설치가 가능합니다. 이때 부유체는 항구 안벽에서 터빈까지 조립한 뒤 예인선으로 현장까지 끌고 가는 방식이 쓰여, 대형 해상크레인선 사용을 줄일 수 있습니다.

관련: 해상풍력 · 계류시스템 · 풍력터빈 용량

셀 효율은 태양전지 셀에 들어온 태양광 에너지 중 몇 %가 전기 에너지로 바뀌는지를 나타내는 지표로, 단위는 %다. 표준시험조건(STC: 일사강도 1,000 W/m², 셀 온도 25 ℃, 대기질량 AM 1.5)에서 측정한 값을 기준으로 비교하며, 조건이 다르면 같은 셀이라도 측정값이 달라진다. 효율이 높을수록 같은 면적에서 더 큰 출력(W)을 얻으므로, 설치 면적이 제한된 지붕이나 부지에서 특히 중요하다. 실무에서는 셀 효율과 모듈 효율을 구분하는데, 셀 사이 간격과 프레임 때문에 모듈 효율은 셀 효율보다 낮게 나온다. 제품 선택 시에는 효율 %만이 아니라 온도계수, 연간 출력 저하율, 면적당 출력(W/m²)을 함께 본다.

예시 — 면적 1 m²인 셀에 1,000 W의 빛이 들어와 200 W의 전기를 생산했다면 셀 효율은 200 W ÷ 1,000 W × 100 = 20 %다. 같은 조건에서 효율이 22 %인 셀을 쓰면 동일 면적에서 220 W를 얻어, 지붕 면적 20 m²에서 4,000 W(4 kW) 대신 4,400 W(4.4 kW)를 설치할 수 있다.

관련: 태양광 발전(PV) · 모듈 효율 · 표준시험조건(STC)

양면형 모듈은 앞면뿐 아니라 뒷면으로도 빛을 받아 발전하는 태양광 모듈입니다. 뒷면은 지면이나 주변 구조물에서 반사되어 올라온 빛을 받기 때문에, 같은 앞면 조건이라도 지면의 반사율(알베도)과 모듈 설치 높이, 어레이 간격에 따라 추가 발전량이 달라집니다. 뒷면이 앞면 대비 얼마나 발전하는지는 제품 사양서의 양면 수광계수(bifaciality factor, %)로 표시되며, 이 값과 현장 알베도를 함께 써서 추가 발전량을 추정합니다. 뒷면 수광을 위해 유리-유리 구조나 투명 후면재를 쓰는 경우가 많아 모듈 무게와 구조물 설계에도 영향을 줍니다. 실무에서는 설비용량(kW) 산정 시 앞면 기준 정격출력을 쓰고, 연간 발전량(kWh) 예측 시 양면 이득(bifacial gain, %)을 별도로 반영하는 방식으로 다룹니다.

예시 — 양면 수광계수가 70%인 모듈의 앞면 정격이 600 W일 때, 뒷면에 앞면의 10%에 해당하는 빛(100 W/m² 상당)이 들어온다면 뒷면 기여는 대략 600 W × 0.70 × 0.10 = 42 W로 추정되어 순간 출력은 약 642 W가 됩니다. 이런 조건이 유지되어 양면 이득이 연간 7%라면, 단면형 기준 연간 1,300 MWh를 낼 발전소는 약 1,391 MWh를 내는 것으로 예측합니다.

관련: 알베도 · 추적식 구조물(트래커) · TOPCon·HJT·PERC

영농형 태양광은 같은 농지에서 농작물 재배와 태양광 발전을 함께 하는 방식입니다. 모듈을 농기계가 다닐 수 있는 높이의 구조물에 올리고, 작물에 필요한 빛이 통과하도록 모듈 사이 간격을 넓히거나 폭이 좁은 모듈을 써서 차광률을 조절하는 것이 핵심입니다. 부지를 새로 전용하지 않고 기존 농지를 그대로 쓰면서 발전설비를 더한다는 점에서 토지 이용 측면의 특징이 있으며, 작물 수확량 유지 여부가 사업 성립의 핵심 검토 항목입니다. 일반 지상형보다 구조물이 높고 간격이 넓어 같은 면적에서 설치 가능한 설비용량(kW)은 작고 건설비 단가는 높아지는 경향이 있습니다. 농지 전용이나 일시사용 허가 기간, 발전설비의 농지 내 설치 요건 등은 농지법 및 관련 고시로 정해지므로, 사업 검토 시 해당 시점의 법령과 지자체 조례를 직접 확인해야 합니다.

예시 — 1 ha(10,000 m²) 농지에 일반 지상형을 지으면 약 700 kW를 설치할 수 있는 배치라도, 차광률을 30% 수준으로 낮춘 영농형 배치에서는 같은 면적에 약 200~300 kW만 들어갑니다. 설비용량 250 kW에 연간 설비이용률이 14%라면 연간 발전량은 250 kW × 8,760 h × 0.14 = 306,600 kWh, 즉 약 307 MWh로 추정됩니다.

관련: 설비이용률 · 추적식 구조물(트래커) · 계통연계

인버터는 태양광 모듈이나 배터리에서 나오는 직류(DC) 전기를 전력계통과 가전기기가 쓰는 교류(AC)로 바꿔 주는 장치입니다. 국내 계통 주파수는 60 Hz이므로, 계통에 연결되는 인버터는 계통의 전압과 60 Hz 주파수에 위상을 맞춰 전류를 내보내야 합니다. 단순 변환뿐 아니라 모듈 어레이가 가장 많은 전력을 낼 수 있는 전압·전류 지점을 계속 찾아가는 최대전력점 추종(MPPT), 계통 이상 시 분리하는 보호 기능, 발전량 계측·통신 기능도 함께 수행합니다. 최근에는 계통 안정화를 위해 무효전력 제어나 주파수 변동 시 출력 조정 같은 기능이 접속 기준으로 요구되기도 합니다. 실무에서는 모듈 용량(kWp)과 인버터 정격출력(kW)의 비율(DC/AC ratio), 최대 입력전압(V), MPPT 채널 수, 변환효율(%)을 보고 기기를 선정합니다.

예시 — 직류 정격 120 kWp인 모듈 어레이에 정격출력 100 kW인 인버터를 붙이면 DC/AC 비는 1.2가 되며, 맑은 정오에 직류 출력이 110 kW까지 올라가도 인버터는 100 kW로 제한해 내보냅니다(이를 클리핑이라고 합니다). 변환효율이 98%인 인버터에 직류 50 kW가 들어오면 교류 출력은 50 kW × 0.98 = 49 kW이고, 이 상태가 4시간 지속되면 발전량은 49 kW × 4 h = 196 kWh입니다.

관련: 최대전력점 추종(MPPT) · 계통연계 · 단독운전 방지

추적식 구조물(트래커)은 태양의 위치에 따라 모듈의 방향을 움직여 빛이 모듈면에 더 수직으로 들어오게 하는 지지 구조물입니다. 남북 방향 축을 중심으로 동에서 서로 회전하는 단축(1축) 트래커가 대규모 지상 발전소에서 널리 쓰이고, 고도각까지 함께 따라가는 양축(2축) 트래커도 있습니다. 고정형 대비 같은 설비용량(kW)에서 연간 발전량(kWh)이 늘어나고 발전 곡선이 아침·저녁으로 넓게 퍼지는 효과가 있어, 계통 입장에서는 정오 집중이 완화됩니다. 대신 구동부와 제어장치가 있어 초기 투자비와 유지보수 항목이 늘어나고, 그림자 간섭을 피하기 위한 열 간격 때문에 부지 면적당 설치 가능 용량은 줄어드는 경향이 있습니다. 실무에서는 고정형과 트래커의 연간 발전량 차이(%), 추가 투자비, 유지보수비를 함께 넣어 균등화발전원가로 비교합니다.

예시 — 설비용량 10 MW인 발전소가 고정형에서 연간 이용률 15%로 운전하면 발전량은 10 MW × 8,760 h × 0.15 = 13,140 MWh입니다. 동일 부지에 단축 트래커를 적용해 이용률이 17%로 올라가면 10 MW × 8,760 h × 0.17 = 14,892 MWh로 연간 약 1,752 MWh가 늘어나며, 이 증가분의 가치와 추가 비용을 비교해 채택 여부를 판단합니다.

관련: 설비이용률 · 양면형 모듈 · 균등화발전원가(LCOE)

태양광 발전(PV)은 반도체로 만든 태양전지에 빛이 닿을 때 전자가 이동하면서 전기가 발생하는 광전효과를 이용해 햇빛을 직류 전기로 바꾸는 발전 방식이다. 태양의 열로 물을 끓여 터빈을 돌리는 태양열 발전과는 원리가 다르다. 발전 설비는 태양전지 셀을 모아 만든 모듈, 직류를 교류로 바꾸는 인버터, 계통 연계 설비로 구성된다. 연료가 필요 없고 기계적 회전 부품이 적어 운전이 단순하지만, 발전량이 일사량과 계절·시간·날씨에 따라 변한다는 점이 계통 운영에서 중요하게 다뤄진다. 실무에서는 설비용량(kW 또는 MW)과 실제 생산한 전력량(kWh 또는 MWh)을 구분해 관리하고, 두 값의 관계를 이용률로 표현한다.

예시 — 설비용량 5 kW인 가정용 태양광이 하루 평균 3.5시간에 해당하는 일사 조건에서 운전하면 하루 발전량은 5 kW × 3.5 h = 17.5 kWh이며, 한 달(30일)이면 약 525 kWh가 된다. 여기서 5는 순간 최대 출력(kW), 525는 한 달 동안 생산한 전력량(kWh)으로 단위가 서로 다르다.

관련: 인버터 · 이용률 · 셀 효율

페로브스카이트는 ABX₃ 형태의 결정 구조를 가리키는 이름이며, 태양광 분야에서는 이 구조를 갖는 금속 할라이드 화합물을 광흡수층으로 쓰는 태양전지를 뜻한다. 용액을 바르거나 인쇄하는 저온 공정으로 박막을 만들 수 있어, 고온·고진공 공정이 필요한 결정질 실리콘과 제조 방식이 다르다. 조성을 바꿔 빛을 흡수하는 파장 대역(밴드갭)을 조절할 수 있다는 점이 특징이어서, 실리콘 셀 위에 페로브스카이트 셀을 올려 서로 다른 파장을 나눠 흡수하게 하는 탠덤 구조 연구가 활발하다. 이 방식은 단일 접합 셀의 이론적 효율 한계를 넘어설 수 있는 경로로 다뤄진다. 다만 수분·산소·열·자외선에 의한 열화와 대면적 균일 코팅이 상용화 단계에서 검증 대상이며, 내구성은 IEC 61215 같은 표준 시험 절차로 평가한다.

예시 — 밴드갭이 넓은 페로브스카이트 셀을 위층에 두어 파장이 짧은 청색 계열 빛을 흡수시키고, 아래층 실리콘 셀이 통과한 적외선 영역을 흡수하게 하면 각 층이 담당 파장에서 손실을 줄인다. 위층 효율이 18 %, 아래층이 흡수하는 나머지 빛에서 9 %를 더 얻는 구조라면 합산 효율은 27 %가 되는 식으로 계산한다.

관련: 셀 효율 · 탠덤 셀 · 태양광 발전(PV)

풍력터빈 용량은 그 터빈이 낼 수 있는 최대 발전 출력을 뜻하며, 단위는 MW(메가와트)를 씁니다. 정확히는 '정격출력(rated power)'으로, 바람이 정격풍속 이상으로 불 때 발전기가 안정적으로 낼 수 있는 상한 출력입니다. 여기서 주의할 점은 MW는 '순간 출력'이고, 실제로 생산한 전력량은 MWh(메가와트시)로 따로 표시한다는 것입니다. 바람이 정격풍속보다 약하면 출력은 MW 정격보다 낮아지고, 너무 강해 정지풍속(cut-out)을 넘으면 안전을 위해 터빈을 멈추므로 출력은 0이 됩니다. 실무에서는 단지 규모를 '터빈 용량(MW) × 기수'로 표현하고, 여기에 설비이용률을 곱해 연간 발전량(MWh)을 추정합니다.

예시 — 정격출력 5.5MW 터빈이 정격풍속 이상 조건에서 3시간 동안 전출력으로 돌면 생산 전력량은 5.5MW × 3h = 16.5MWh입니다. 같은 터빈이라도 바람이 약해 평균 2MW로만 돌았다면 3시간 동안 6MWh만 생산합니다 — 용량(MW)과 발전량(MWh)이 다른 값이라는 점을 보여주는 사례입니다.

관련: 설비이용률 · 정격풍속 · 해상풍력

풍황(풍력자원)은 특정 지점에서 바람이 얼마나 강하게, 얼마나 자주, 어느 방향으로 부는지를 나타내는 특성 전체를 말하며, 대표 지표인 평균풍속의 단위는 m/s(초당 미터)입니다. 풍력발전 출력은 풍속의 세제곱에 대체로 비례하기 때문에, 평균풍속이 조금만 높아도 발전량 차이가 크게 벌어집니다. 그래서 풍황은 단지 입지를 정하고 사업성을 판단하는 가장 기본적인 자료가 됩니다. 실무에서는 평균풍속(m/s) 외에 풍속의 분포(주로 와이블 분포로 표현), 풍향별 빈도를 그린 바람장미(wind rose), 높이에 따라 풍속이 커지는 정도(전단, wind shear), 난류강도를 함께 봅니다. 측정은 기상탑(met mast)이나 라이다(LiDAR)로 최소 1년 이상 수행해 계절 변동을 담고, 이 자료를 인근 장기 관측자료와 비교(MCP)해 장기 평균으로 보정한 뒤 발전량을 추정합니다.

예시 — 풍속의 세제곱 비례 관계 때문에, 높이 100m 지점의 평균풍속이 7.0m/s인 A후보지와 7.7m/s인 B후보지는 평균풍속 차이가 10%에 불과해도 이론상 바람이 가진 에너지는 1.1³ ≈ 1.33배, 즉 약 33% 차이가 납니다. 실제 발전량 차이는 터빈 출력곡선과 정격출력 제한 때문에 이보다 작지만, 후보지 선정에서 풍속 0.5m/s 차이를 중요하게 다루는 이유가 여기에 있습니다.

관련: 설비이용률 · 출력곡선 · 해상풍력

해상풍력은 바다 위에 풍력터빈을 설치해 바람의 운동에너지를 전기로 바꾸는 발전 방식입니다. 바다는 육지보다 지형 장애물이 없어 바람이 더 강하고 일정하게 불기 때문에, 같은 용량의 터빈이라도 육상풍력보다 연간 발전량(MWh)이 많은 경향이 있습니다. 또 소음·경관 민원에서 상대적으로 자유로워 육상보다 큰 터빈을 쓸 수 있습니다. 다만 해상 기초구조물, 해저케이블, 전용 설치선이 필요해 초기 투자비와 유지보수 난이도가 육상보다 높습니다. 국내에서는 바다 밑에 기초를 고정하는 고정식(fixed-bottom)과 물에 띄우는 부유식으로 나뉘며, 수심이 얕은 해역에서는 주로 고정식이 쓰입니다.

예시 — 수심 25m 해역에 8MW 터빈 12기를 설치하면 총 설비용량은 8MW × 12 = 96MW입니다. 이 단지의 이용률(설비이용률)이 30%라면 연간 발전량은 96MW × 8,760시간 × 0.30 ≈ 252,288MWh(약 252GWh)가 됩니다.

관련: 부유식 해상풍력 · 설비이용률 · 육상풍력

후류 효과는 앞쪽 풍력터빈이 바람에서 에너지를 뽑아낸 뒤, 그 뒤편에 풍속이 느려지고 난류가 심해진 공기 흐름(후류)이 생기는 현상이다. 후류 안에 들어간 뒤쪽 터빈은 같은 바람 조건에서도 발전량이 줄고, 불규칙한 난류 때문에 블레이드와 구동계에 피로 하중이 더 쌓인다. 풍력의 출력은 풍속의 세제곱에 비례하므로, 풍속이 조금만 떨어져도 출력 손실은 그보다 크게 나타난다. 그래서 풍력단지 설계에서는 터빈 간 이격거리와 배치 각도를 주풍향 기준으로 정하는 것이 핵심 설계 변수가 된다. 최근에는 앞쪽 터빈의 요(yaw) 각도를 일부러 틀어 후류를 옆으로 흘려보내거나, 피치 제어로 출력을 조금 낮춰 단지 전체 발전량을 늘리는 단지 단위 제어(wake steering)도 적용된다.

예시 — 주풍향 방향으로 로터 직경(D)의 5배 간격으로 터빈을 늘어놓으면, 뒤쪽 터빈이 받는 풍속이 앞쪽보다 낮아져 개별 터빈 발전량이 떨어진다. 예를 들어 후류 때문에 풍속이 10 m/s에서 9 m/s로 10% 낮아지면, 출력은 풍속의 세제곱에 비례하므로 0.9³ ≈ 0.73, 즉 약 27% 감소한다.

관련: 이용률(설비이용률) · 해상풍력 · 요 제어