태양광 패널: 가격, 사양, 태양 에너지에 대해 알아야 할 사항

양나/iStock

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세계가 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 보다 지속 가능한 에너지 형태로 나아가려고 노력함에 따라 태양 에너지는 모두가 활용하고 싶어하는 것입니다. 다년생 에너지원인 햇빛은 세계 대부분의 지역에서 하루 중 상당한 시간 동안 사용할 수 있습니다.

하지만 이 에너지를 수확하려면 특수 장비가 필요하며, 태양광 패널이 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 작동 방식, 구성 요소, 생성할 수 있는 에너지의 양을 모르는 경우 시작하기 위한 기본 가이드는 다음과 같습니다.

태양광 패널은 빛을 전기로 변환하는 장치입니다. 태양광 패널이라고 불리는 이유는 대부분의 경우 태양 또는 천문학자들이 부르는 태양광이 가장 풍부한 형태의 빛이고 쉽게 접근할 수 있기 때문입니다.

태양광 패널은 실리콘 셀의 특정 층, 주위에 특수 필름이 있는 유리 케이스의 금속 프레임, 구성 요소를 서로 연결하여 배열을 만드는 연결로 구성됩니다. 패널 내부의 더 작은 단위를 태양광 또는 광전지라고 하며, 각각은 빛을 전기로 변환할 수 있습니다.

패널에 배열하면 태양전지는 해당 영역에 입사되는 더 많은 빛을 수집하여 전기로 변환할 수 있습니다. 이것이 바로 우주선의 전력 요구 사항을 충족하도록 설계된 대형 태양 전지판이 장착된 우주선을 자주 보는 이유입니다.

오늘날 태양광 패널은 흔히 볼 수 있지만 그 역사는 100년 이상 거슬러 올라갑니다. 이전에는 태양 에너지를 이용하여 물을 가열하고 이를 증기로 바꾸어 기계를 구동했습니다.

그러나 프랑스 과학자 에드먼드 베크렐(Edmund Becquerel)은 광기전력 효과(빛에 노출된 물질에 전압과 전류가 생성되는 현상)를 관찰했습니다. 전해질 전지 실험을 통해 그는 염화은이나 브롬화은으로 코팅된 두 개의 백금 전극 사이에 흐르는 전기가 어둠 속에서보다 낮에 약간 더 강하다는 사실을 확인했습니다. 19세의 어린 나이에 빛을 전기로 변환할 수 있는 최초의 광전지를 만들었습니다.

1883년 Charles Fritts는 반도체 셀레늄을 사용하여 극히 얇은 금 층으로 코팅한 최초의 태양 전지를 만들었습니다. Fritts의 패널은 뉴욕의 옥상에도 설치되었지만 높은 비용과 1%의 에너지 변환 효율로 인해 장기적으로 실행이 불가능했습니다.

Russell Ohl은 실리콘으로 만든 최초의 특허받은 태양전지와 실리콘 셀을 사용한 최초의 태양전지판이 1954년에 만들어졌습니다. 이 패널은 주로 우주선에 필요한 전력을 생산하기 위한 것이지만 1970년대에는 계산기에도 적용되었습니다.

태양광 패널은 연결된 태양전지의 큰 배열로 구성됩니다. 태양전지는 일반적으로 산소 다음으로 지구상에서 두 번째로 풍부한 물질인 실리콘으로 만들어집니다. 실리콘은 반도체이기 때문에 절연체와 전도체 역할을 할 수 있습니다.

태양전지 내부의 실리콘은 전자를 받을 수 있는 P형 층과 전자를 내보낼 수 있는 N형 층의 두 가지 서로 다른 층으로 배열되어 있습니다. p형 실리콘은 실리콘보다 외부 에너지 준위에 전자가 하나 더 적은 붕소나 갈륨과 같은 원자를 추가하여 공극을 생성함으로써 생성됩니다. n형 실리콘은 인과 같은 원자를 포함하여 만들어지며, 실리콘보다 외부 준위에 전자가 하나 더 많습니다.

N형 층은 태양광을 향하도록 배치되고, P형 층은 N형 층 아래에 ​​배치됩니다.

앤서니 페르난데스/ACS

태양으로부터 나오는 빛은 N형 층이 전자를 잃게 만들 수 있는 광자라고 불리는 작은 에너지 덩어리로 들어옵니다. 이는 백 시트라고도 알려진 아래의 알루미늄 층에 수집됩니다. 전자를 유도하는 것은 앞뒤로 흐르면서 전류를 생성하고, 전류는 와이어를 따라 흘러 태양전지 밖으로 저장 장치로 흐를 수 있습니다.