태양광 전지는 어떻게 햇빛으로 전기를 만들어 내나요?
기후변화와 화석에너지 고갈을 대비하여 친환경 에너지 개발을 위해 국가와 기업이 노력을 하고 있습니다. 그 중 주요 대체에너지원으로 태양광 발전을 적극 추진하고 있습니다. 그런데 태양광 전지는 어떻게 햇빛으로 전기를 만들어내나요?
태양광 발전은 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시켜 전기를 얻는 방식입니다. 금속에 빛을 가하면 금속에서 전자가 방출되는 현상 즉 광전효과를 이용하여 전기에너지를 얻는 방식 입니다.
태양광발전기는 태양전지, 접속반, 인버터, 계통연계장치로 구성됩니다.
태양전지에서 전류가 생성되고, 전지에서 생성된 직류전력을 접속반에서 모아 인버터로 전달합니다. 인버터는 교류로 변환하여 계통연계장치로 전기를 보내고 계통연계장치에서 전기를 분배합니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
최외곽 전자가 4개인 실리콘을 아주 순수하게 만들면, 실리콘 원자들이 최외각 전자들을 서로 공유하며
마치 최외곽 전자가 8개인 것처럼 됩니다. 이 상태를 진성 반도체라고 하죠. 이렇게 최외곽 전자가 8개가
되면 자유 전자가 없기 때문에 전류가 흐르지 못하는 부도체가 됩니다. 즉 진성반도체는 부도체입니다.
여기에 최외각 전자가 5개인 불순물을 진성 반도체에 도핑하면 여기는 최외각 전자들은 8+1개의 전자를
갖게 되고, 이것을 N형 반도체라고 합니다. 즉, 과잉 전자를 가지는 반도체죠.
반면에 최외곽 전자가 3개인 물질을 도핑하면 최외곽 전자는 7개가 되면서 1개의 전자가 부족한 공간이
생기는데 이 빈공간을 정공이라 하고, 이것을 P형 반도체라고 합니다. 정공을 가지는 반도체죠.
그런데, 여기서 유의할 점은 P형이나 N형 모두 애초부터 전기적으로는 중성인 상태라는 점입니다.
그래서, P, N 반도체를 서로 접합시키면 N형의 과잉 전자가 P형으로 넘어가 정공과 결합하면서 N형은
넘겨준 전자의 수만큼 +로 대전되고 P형은 받은 전자의 수만큼 - 로 대전되게 됩니다.
따라서, 어느 정도 전자가 P, N 접합면을 넘어가고 나면, 이 대전된 부분 때문에 더 이상 전자가 넘어가지
못하고, 전자의 농도 차에 의한 확산력과 전자의 월담을 막으려는 전기력이 서로 평형을 이루게 됩니다.
그런데, 이때 P, N 접합면에 빛 에너지를 공급하면 정공과 결합돼 있던 전자가 에너지를 얻어 다시 과잉
전자 상태로 분리돼 N형 반도체로 돌아가게 됩니다, 빛 에너지가 넘어간 전자를 회수하려 하는 전기력을
도와 주는 상황이 되는 것이죠.
그럼, N형으로 돌아온 전자는 N형 반도체 쪽에 붙어 있는 전극으로 나와 외부로 전력을 공급한 다음 다시
P형 반도체에 붙어 있는 전극으로 돌아와 P형 반도체의 정공과 재결합하게 됩니다. 이렇게, 전자는 N형
반도체에서 나와 P형 반도체로 되돌아가는 순환을 계속하게 되고, 이것이 바로 태양 전지의 원리입니다..
태양광 전지는 태양광이 일정한 속도로 전자를 방출하면서 일어나는 광전효과를 이용하여 햇빛을 직접 전기로 바꾸는 장치입니다. 태양광 전지는 일정한 재질로 만든 피복 층 위에 다양한 재료로 만든 양극과 음극 층을 번갈아 배치한 셀이 모여서 만들어집니다. 햇빛이 전지에 닿으면 전자가 피복층에서부터 양극과 음극 층 사이를 움직이면서 전기가 생산됩니다. 이러한 원리로 태양광 전지가 햇빛을 전기로 바꿀 수 있게 됩니다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
금속이나 반도체의 접촉면에 빛이 쏘여지면 광전효과가 일어나고 이 때 발생되는 광기전력을 사용한 것입니다.
태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술로써, 햇빛을 받으면 광전효과(금속 등의 물질에 일정한 진동수 이상의 빛을 비추었을 때, 물질의 표면에서 전자가 튀어나오는 현상)에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전 방식입니다.
태양광 발전 시스템은 태양전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환 장치로 구성됩니다.
태양 에너지 발전은 크게 태양열과 태양광 두개로 나뉩니다.
태양열 발전은 수증기를 끓여서 열교환기를 이용해 전기를 생산하는 방식이고,
태양광 발전은 빛 에너지가 전자와 부딪히면서 전자를 실제로 움직여 전기를 생산하는 방식입니다.
이런 현상을 광전효과라고 합니다.
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
태양광에너지는 태양빛이 태양광 패널에 들어오게 되면 내부에 있는
금속 판에서 전자가 방출되는 원리를 이용하여 전기를 만들어내는원리입니다
