태양열 발전기는 어떤 과학적 원리로 에너지를 생성하는지요?

Question

몇 년 전부터 태양광 발전, 태양열 발전 뭐 이러면서 국가에서도 이 산업을 원전 폐기하고 발전시키려 지원도 해주고 막 이랬었는데요. 일반인도 전원주택 사시거나 원룸옥상 같은곳에서 발전기 작게 설치해두시고 전기에너지로 변환해서 사용하시더라구요. 그런데 이렇게 태양열을 어떻게 전기에너지로 변환시키는 것인지 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

태양열 발전기는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 장치입니다. 태양열 발전기는 태양광을 직접 받아들여 태양광 전지판에 빛을 쏘아 전기 에너지를 생성합니다. 태양광 전지판은 일반적으로 광도가 높은 태양광을 받아들일 수 있는 실리콘으로 만들어져 있습니다. 태양광이 전지판에 쏘여지면, 전자들이 움직이면서 전기 에너지를 생성합니다. 이러한 전기 에너지는 전기 회로를 통해 저장되거나 직접 사용됩니다

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

태양열 발전은 태양으로부터 받은 열을 이용해 물을 끓여 증기를 발생시킨 뒤, 이 증기로 터빈을 돌려 전기에너지를 얻어냅니다. 전자기 유도 현상이란 코일(도선)이 있고, 코일 주변에 자석(또는 전자석)이 움직이거나 자기력이 변화하고 있을 때 코일(도선)에 유도 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 태양열을 이용해 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 터빈 끝에 달린 자석이 코일 주변으로 회전하거나, 또는 터빈 끝에 달린 코일이 자석 주변으로 회전하면서 코일에서 유도 전류가 발생하는데 이를 모아 전기로 사용하는 원리입니다. 회전 방향과 상관없이 코일에 전류를 모아 전기에너지로 사용할 수 있는 것이죠.

참고로 태양광 발전은 광전효과에 의해 전류를 얻는 발전기입니다. 광전효과란 금속에 빛(광자; 전자기파;)을 쪼으면 금속 표면에 있던 자유전자가 튀어나와 전류를 만드는 현상입니다. 그리고 자유전자가 금속을 탈출하기 위한 에너지가 필요한데, 이 최소 에너지의 크기를 일함수라고합니다. 즉, 자유전자는 일함수의 크기만큼이나 더 큰 운동에너지를 가져야 탈출이 가능합니다. 그리고 자유전자가 운동에너지를 가질 수 있는 방법은 외부 빛(광자)과 충돌하는것이죠. 이 때 충돌하여 에너지를 얻는 정도는 빛의 에너지에 의존됩니다. 빛 에너지가 강할수록 다시말해 빛의 진동수가 높을수록(파장이 짧을 수록) 자유전자가 받는 에너지가 크게됩니다. 그리고 금속의 종류에 따라 일함수가 다른데, 대부분의 경우에는 자외선 영역대의 빛을 쬐여주면 자유전자가 튀어나와 전류를 만듭니다. 그래서 태양광 발전에는 태양에너지중 높은 에너지를 가진 빛인 자외선영역대의 빛이 주요한 빛이라고 할 수 있습니다.