태양광이 전기에너지로 전환되는 원리가 궁금합니다.

Question

시골에 태양광을 설치하는 분들이 많다고 얘기를 들었습니다.

지도 나중에 나이 더 먹고 시골 가서 살면 태양광으로 설치해서 자급자족해서

살고 싶은 로망이 있습니다.

그런데 어떻게 태양을 모아서 전기로 사용할 수 있는지 신기합니다.

Answer 1

태양광이 전기에너지로 전환되는 원리는 "태양전지" 또는 "태양광 전지"를 통해 이루어집니다. 이러한 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 아래는 태양광이 전기에너지로 전환되는 원리에 대한 간단한 설명입니다:

1. 광전효과: 태양전지는 광전효과를 기반으로 동작합니다. 광전효과란 빛의 입자인 광자가 특정 재료에 충돌하여 전자를 활성화시키고 전기전도성을 가진 물질 내에서 전기류를 발생시키는 현상입니다.

2. 태양전지의 구조: 태양전지는 일반적으로 실리콘과 같은 반도체 재료로 만들어집니다. 이 반도체 재료의 표면에는 P-N 접합이 형성되어 있습니다. P-N 접합은 양자화된 P 층과 음자화된 N 층이 만나는 지점을 의미합니다.

3. 광자의 흡수: 태양광이 태양전지의 표면에 닿으면 광자는 반도체 재료 내로 들어가고 그 과정에서 전자를 활성화시킵니다. 이 활성화된 전자는 원자 내에서 이동하며 전기 전류를 생성합니다.

4. 전기생성: 활성화된 전자는 P-N 접합을 통해 이동하면서 전기전자를 생성합니다. P 층과 N 층 사이의 전위차로 인해 전자들은 P 층에서 N 층으로 이동하게 됩니다.

5. 전류 생성: 전자의 이동으로 인해 P-N 접합을 통해 전기전류가 생성됩니다. 이 전기전류가 전기회로를 통해 외부로 흐르면 전기 에너지를 얻게 됩니다.

6. 전력 변환: 전기전류를 직류 전기에너지로 변환하기 위해 인버터와 같은 장치를 사용하여 전류의 방향과 전압을 조절합니다.

이렇게 태양전지는 태양광의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 원리를 활용하여 작동합니다. 이러한 태양전지는 실생활에서 태양광 발전소, 태양열 발전 시스템 등 다양한 분야에서 에너지를 공급하기 위해 활용되고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

태양광발전은 태양광전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식입니다.

P형 반도체와 N형 반도체 2종의 실리콘 반도체를 겹친 구조로 되어 있는 태양광전지에 태양광이 쬐어지면, 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양광전지에 정공과 전자가 발생합니다

이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하고, 그로 인해 전류가 흐르게 되는 것이죠.

Answer 3

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

1. 태양광 흡수: 태양광 전지판(태양전지)은 태양광을 흡수하는 반사되지 않는 표면으로 구성되어 있습니다. 이 전지판은 일반적으로 실리콘으로 만들어져 있습니다.

2. 광전자 효과: 태양광이 전지판에 닿으면, 광전자 효과에 의해 태양광의 에너지가 전지판에 있는 전자에게 전달됩니다. 이로 인해 전자들이 움직이게 되고, 전자의 에너지가 전자 전류로 변환됩니다.

3. 전기 전류 생성: 전자들이 전지판 내에서 이동하면, 전기 전류가 생성됩니다. 이 전류는 전기 회로를 통해 외부로 흐르게 되어 전기 에너지로 활용될 수 있습니다.

4. 전력 변환: 생성된 전기 전류는 전력 변환 장치를 통해 원하는 형태의 전기 에너지로 변환될 수 있습니다. 이렇게 변환된 전기 에너지는 가정이나 산업용 전력망에 공급되어 사용될 수 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

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 만들며 전기가 생산되는 것이죠.