태양전지의 작동원리는 간단하다. 태양전지는 어떻게 작동하나요? 주택의 태양열 난방

22.02.2019

효율적인 변환태양광선을 에너지로 변환하여 가정과 기타 시설에 전력을 공급하는 것은 많은 녹색 에너지 지지자들의 소중한 꿈입니다.

그러나 태양 전지의 작동 원리와 효율성은 아직 그러한 시스템의 높은 효율성에 대해 말할 필요가 없을 정도입니다. 자신만의 것이 있으면 좋을 것 같아요 추가 소스전기. 안 그래? 더욱이 오늘날에도 러시아에서는 태양광 패널의 도움으로 상당수의 개인 가구에 "무료" 전기가 성공적으로 공급되고 있습니다. 아직 어디서부터 시작해야 할지 모르시나요?

아래에서는 태양광 패널의 설계 및 작동 원리에 대해 설명하고 태양광 시스템의 효율성이 무엇에 달려 있는지 알아보겠습니다. 그리고 기사에 게시된 비디오는 자신의 손으로 광전지로 태양 전지판을 조립하는 데 도움이 될 것입니다.

"태양 에너지"라는 주제에는 상당히 많은 뉘앙스와 혼란이 있습니다. 초보자가 처음에는 익숙하지 않은 용어를 모두 이해하는 것이 어려운 경우가 많습니다. 그러나 이것이 없이는 태양 에너지에 참여하고 "태양"전류를 생성하기 위한 장비를 구입하는 것은 불합리합니다.

자신도 모르게 잘못된 패널을 선택할 수 있을 뿐만 아니라 연결할 때 패널을 태워버리거나 패널에서 너무 적은 에너지를 추출할 수도 있습니다.

태양광 패널의 최대 수익은 태양광 패널의 작동 방식, 구성 요소 및 조립품, 그리고 모두 올바르게 연결되는 방법을 아는 경우에만 얻을 수 있습니다.

먼저 이해해야합니다. 기존 품종태양에너지용 장비. 태양 전지판과 태양열 집열기는 두 가지 기본 요소입니다. 다른 장치. 둘 다 태양 광선의 에너지를 변환합니다.

그러나 첫 번째 경우 소비자는 출력에서 전기 에너지를 받고 두 번째 경우 가열된 냉각수의 형태로 열에너지를 받습니다.

두 번째 뉘앙스는 "태양 전지"라는 용어의 개념입니다. 일반적으로 "배터리"라는 단어는 일종의 전기 저장 장치를 나타냅니다. 아니면 진부한 난방기가 떠오릅니다. 그러나 태양전지의 경우 상황은 근본적으로 다르다. 그들은 그 자체로 아무것도 축적하지 않습니다.

태양광 패널은 일정한 전류를 생성합니다. 이를 변수(일상생활에서 사용되는)로 변환하려면 회로에 인버터가 있어야 합니다.

태양광 패널은 오로지 전류를 생성하도록 설계되었습니다. 이는 태양이 지평선 아래로 내려가는 밤에 집에 전기를 공급하기 위해 축적되며, 이미 시설의 에너지 공급 회로에 추가로 존재하는 배터리에 축적됩니다.

여기서 배터리는 하나의 전체로 조립된 유사한 구성 요소의 특정 세트와 관련하여 의미됩니다. 실제로 이것은 여러 개의 동일한 광전지로 구성된 패널일 뿐입니다.

태양전지 내부구조

서서히 태양 전지 패널더 저렴해지고 더 효율적이 되고 있습니다. 이제 가로등, 스마트폰, 전기 자동차, 개인 주택 및 우주 위성의 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 그들은 심지어 본격적인 태양광 발전소(SPP)를 건설하기 시작했습니다. 대용량세대.

태양 전지는 태양의 광자 에너지를 전기로 변환하는 많은 광전지(광전 변환기)로 구성됩니다.

각 태양전지는 직렬로 연결된 반도체 광전지를 결합한 일정 개수의 모듈 블록으로 설계됐다. 이러한 배터리의 작동 원리를 이해하려면 반도체를 기반으로 만들어진 태양광 패널 장치의 최종 링크 작동을 이해하는 것이 필요합니다.

광전지 결정의 종류

다양한 FEP 옵션 화학 원소존재한다 엄청난 양. 그러나 대부분은 초기 단계의 개발입니다. 현재까지 실리콘 기반 광전지로 만든 패널만 산업 규모로 생산되고 있습니다.

실리콘 반도체는 가격이 저렴하기 때문에 태양전지 제조에 사용되는데, 특히 높은 효율을 자랑할 수는 없습니다.

태양광 패널의 일반적인 광전지는 두 개의 실리콘 층으로 구성된 얇은 웨이퍼로, 각 층은 고유한 물리적 특성을 가지고 있습니다. 이것은 전자-정공 쌍이 있는 전형적인 반도체 p-n 접합입니다.

광자가 이들 반도체층 사이의 광전지에 충돌하면 결정의 불균일성으로 인해 게이트 광기전력(Gate Photo-EMF)이 형성되어 전위차와 전자 전류가 발생합니다.

태양 전지의 실리콘 웨이퍼는 제조 기술이 다음과 같이 다릅니다.

단결정.
다결정.

전자가 더 많다 고효율, 그러나 생산 비용은 후자보다 높습니다. 외부적으로는 태양광 패널의 한 옵션이 모양으로 다른 옵션과 구별될 수 있습니다.

단결정 태양전지는 균질한 구조를 가지고 있으며 모서리가 잘린 사각형 형태로 만들어집니다. 대조적으로, 다결정 요소는 완전한 정사각형 모양을 갖습니다.

다결정은 용융된 실리콘을 점진적으로 냉각하여 얻습니다. 이 방법은 매우 간단하므로 광전지의 가격이 저렴합니다.

하지만 발전량 측면에서는 성능이 태양 광선 15%를 초과하는 경우는 거의 없습니다. 이는 생성된 실리콘 웨이퍼와 내부 구조의 "불순물" 때문입니다. 여기서 p-실리콘층이 순수할수록 태양전지의 효율은 높아진다.

이와 관련하여 단결정의 순도는 다결정 유사체의 순도보다 훨씬 높습니다. 그것들은 용융된 것이 아니라 인위적으로 성장한 고체 실리콘 결정으로 만들어졌습니다. 이러한 태양전지의 광전변환계수는 이미 20~22%에 이른다.

안에 공통 모듈개별 태양전지는 알루미늄 프레임에 조립되어 있으며 이를 보호하기 위해 태양광선을 전혀 방해하지 않는 내구성 있는 유리로 상단을 덮습니다.

태양을 향한 광전지판의 최상층은 동일한 실리콘으로 만들어졌지만 인이 추가되었습니다. pn 접합 시스템에서 과잉 전자의 원인이 되는 것은 후자입니다.

태양광 패널의 작동 원리

햇빛이 광전지에 떨어지면 비평형 전자-정공 쌍이 생성됩니다. 과잉 전자와 정공은 pn 접합을 통해 반도체의 한 층에서 다른 층으로 부분적으로 전달됩니다.

결과적으로 외부 회로에 전압이 나타납니다. 이 경우, 전류원의 양극은 p층의 접점에 형성되고, 음극은 n층의 접점에 형성된다.

광전지 접점 사이의 전위차(전압)는 "홀" 수와 전자 수의 변화로 인해 나타납니다. 다른 측면 n층에 태양광선을 조사한 결과 p-n 접합

배터리 형태로 외부 부하에 연결된 광전지는 악순환을 형성합니다. 결과적으로, 태양전지판은 전자가 단백질 사이에서 함께 "이동"하는 일종의 바퀴처럼 작동합니다. ㅏ 축전지동시에 점차적으로 충전이 증가합니다.

표준 실리콘 광전지 변환기는 단일 접합 셀입니다. 전자의 흐름은 광자 에너지가 제한된 이 전이 영역이 있는 하나의 p-n 접합을 통해서만 발생합니다.

즉, 이러한 각 광전지는 좁은 스펙트럼의 태양 복사에서만 전기를 생성할 수 있습니다. 다른 모든 에너지는 낭비됩니다. 이것이 바로 FEP의 효율성이 매우 낮은 이유입니다.

증가 시키려고 태양광 효율배터리, 이를 위한 실리콘 반도체 소자 최근에다중접합(캐스케이드)이 만들어지기 시작했습니다. 새로운 태양전지에는 이미 몇 가지 전환이 이루어졌습니다. 또한, 이 캐스케이드의 각각은 자체 햇빛 스펙트럼에 맞게 설계되었습니다.

이러한 광전지에 대해 광자를 전류로 변환하는 총 효율은 궁극적으로 증가합니다. 그러나 그들의 가격은 훨씬 더 높습니다. 여기에는 저비용 및 저효율로 제조가 용이하거나, 높은 비용과 함께 높은 수익이 결합됩니다.

태양 전지판은 여름과 겨울에 모두 작동할 수 있습니다(열이 아닌 빛이 필요함). 구름이 덜하고 태양이 더 밝을수록 태양 전지판이 더 많은 전류를 생성합니다.

작동 중에는 광전지와 배터리 전체가 점차 가열됩니다. 전류를 생성하는 데 사용되지 않은 모든 에너지는 열로 변환됩니다. 종종 태양전지판 표면의 온도는 50~55°C까지 상승합니다. 그러나 온도가 높을수록 광전지 작동 효율이 떨어집니다.

결과적으로 동일한 모델의 태양전지는 추운 날씨보다 더운 날씨에 더 적은 전류를 생성합니다. 광전지는 맑은 겨울날 최대 효율을 보여줍니다. 여기에는 두 가지 요소, 즉 많은 태양과 자연 냉각이 작용합니다.

게다가 패널에 눈이 내리더라도 계속해서 전기를 생산할 수 있습니다. 더욱이, 눈송이는 가열된 광전지의 열로 녹아서 그 위에 누울 시간조차 없을 것입니다.

태양전지 효율

맑은 날씨의 정오에도 하나의 광전지는 LED 손전등을 작동할 만큼만 전력을 생산합니다.

증가 시키려고 출력 파워, 여러 개의 태양 전지가 다음과 같이 결합됩니다. 병렬 회로증가를 위해 직류 전압전류를 증가시키기 위해 직렬로 연결됩니다.

태양광 패널의 효율성은 다음에 따라 달라집니다.

공기 온도와 배터리 자체 온도;
부하 저항의 올바른 선택;
햇빛의 입사각;
반사 방지 코팅의 유무;
광속 전력.

외부 온도가 낮을수록 광전지와 태양전지가 전체적으로 더 효율적으로 작동합니다. 여기에서는 모든 것이 간단합니다. 그러나 부하 계산을 사용하면 상황이 더욱 복잡해집니다. 패널에서 공급되는 전류를 기준으로 선택해야 합니다. 그러나 그 가치는 날씨 요인에 따라 달라집니다.

태양광 패널은 다음과 같은 기대를 가지고 생산됩니다. 출력 전압, 12V의 배수 - 배터리에 24V를 공급해야 하는 경우 두 개의 패널을 병렬로 연결해야 합니다.

태양전지의 매개변수를 지속적으로 모니터링하고 작동을 수동으로 조정하는 것은 문제가 됩니다. 이를 위해서는 제어 컨트롤러를 사용하는 것이 좋습니다. 자동 모드그는 스스로 태양전지판의 설정을 조정하여 목표를 달성했습니다. 최대 성능그리고 최적의 모드일하다.

태양전지에 태양광선이 입사하는 이상적인 각도는 직선이다. 그러나 수직에서 30도 이내로 벗어나면 패널의 효율은 약 5% 정도만 떨어진다. 그러나 이 각도가 더 커지면 반사되는 태양 복사의 비율이 증가하여 태양 전지의 효율이 감소합니다.

배터리가 여름에 최대 에너지를 생산해야 하는 경우 봄과 가을에 춘분점에서 차지하는 태양의 평균 위치에 수직으로 방향을 지정해야 합니다.

모스크바 지역의 경우 이는 수평선에서 약 40~45도입니다. 겨울에 최대값이 필요한 경우 패널을 보다 수직 위치에 배치해야 합니다.

그리고 한 가지 더 - 먼지와 오물은 광전지의 성능을 크게 저하시킵니다. 광자는 단순히 그러한 "더러운" 장벽을 통해 도달하지 않습니다. 이는 전기로 변환할 것이 없음을 의미합니다. 패널은 정기적으로 세척하거나 먼지가 비에 의해 스스로 씻겨 나가도록 배치해야 합니다.

일부 태양광 패널에는 방사선을 태양전지에 집중시키는 렌즈가 내장되어 있습니다. 맑은 날씨에는 효율성이 향상됩니다. 그러나 무거운 구름에서는 이러한 렌즈가 해를 끼칠 뿐입니다.

이러한 상황에서 기존 패널이 더 작은 볼륨에도 불구하고 계속해서 전류를 생성하면 렌즈 모델이 거의 완전히 작동을 멈춥니다.

태양 광선의 경로에 나무, 건물 또는 기타 장애물이 없도록 패널을 설치해야 합니다.

주택 태양광 발전 공급 다이어그램

태양광 발전 시스템에는 다음이 포함됩니다.

태양 전지 패널.
제어 장치.
배터리.

이 회로의 컨트롤러는 태양광 패널과 배터리를 모두 보호합니다. 야간 및 흐린 날씨에 역전류가 흐르는 것을 방지하는 한편, 과도한 충방전으로부터 배터리를 보호합니다.

태양광 패널용 충전지는 수명과 용량이 동일하게 선택되어야 합니다. 그렇지 않으면 충전/방전이 고르지 않게 발생하여 수명이 급격히 단축됩니다.

변환에는 인버터가 필요합니다 직류 12, 24 또는 48V ~ 220V AC. 자동차 배터리빈번한 재충전을 견딜 수 없기 때문에 이러한 회로에서는 사용하지 않는 것이 좋습니다. 돈을 쓰고 특수 헬륨 AGM 또는 침수 OPzS 배터리를 구입하는 것이 가장 좋습니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

태양광 패널의 작동 원리와 연결도는 이해하기 어렵지 않습니다. 그리고 아래에 수집한 비디오 자료를 사용하면 태양광 패널의 기능 및 설치에 대한 모든 복잡성을 훨씬 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

광전지 태양전지의 작동 방식을 모든 세부 사항에 대해 접근하고 이해할 수 있습니다.

태양광 패널 작동 방식:

광전지로 DIY 태양광 패널 조립:

별장 태양광 발전 공급 시스템의 각 요소는 올바르게 선택되어야 합니다. 배터리, 변압기 및 컨트롤러에서는 불가피한 전력 손실이 발생합니다. 그리고 그것들은 최소한으로 줄여야 합니다. 그렇지 않으면 이미 다소 낮은 태양광 패널의 효율성이 0으로 줄어들 것입니다.

각 사용자가 직접 부품을 주문하고 조립 및 설치할 수 있을 정도로 널리 보급되었습니다. 광전지 패널. 물론 태양광 패널이 전혀 아니기 때문에 가격 문제는 여전히 관련이 있습니다. 저렴한 옵션, 그러나 환경 친화적입니다. 그리고 비용은 매년 점점 저렴해지고 있습니다. 따라서 모든 사람이 그러한 전력 공급원을 사용한다는 아이디어를 접했을 것입니다. 그러나 모든 사람이 태양 전지 작동 원리를 아는 것은 아닙니다.

태양전지 작동 원리에 관한 비디오

태양전지의 작동 원리

태양전지가 어떻게 작동하는지 이해하려면, 그것이 무엇으로 구성되어 있는지 이해해야 합니다. 대개 태양광 발전에너지는 다음 부분으로 구성됩니다.

직류 발전기(일명 태양전지판)

배터리전류를 교류로 변환하는 충전 제어 및 인버터 포함

차례대로 패널은 광전 변환기로 구성됩니다.말하자면 간단한 언어로, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 대부분 다결정 또는 단결정 실리콘 배터리입니다. 차이점은 효율성과 생산 기술에 있습니다.

태양광 발전소의 작동 원리는 여러 요소의 순차적 상호 작용입니다. 통합 네트워크. 태양광 패널의 요소는 직렬과 병렬로 연결됩니다. 이는 전력, 전압 및 전류를 증가시키기 위해 수행됩니다. 또한 이러한 연결은 한 요소에 오류가 발생할 경우 회로의 나머지 부분을 보호합니다.

배터리에는 소위 다이오드도 포함되어 있습니다.태양광 패널의 작동 원리는 이러한 요소를 기반으로 합니다. 이러한 다이오드는 부분 디밍 중에 패널을 보호합니다. 이러한 정전 중에 배터리는 작동을 중단하지 않지만 전력 생산량은 1/4로 줄어듭니다. 결론은 다이오드가 태양전지가 과열되는 것을 방지한다는 것입니다. 태양전지는 어두워지는 동안 전력을 생성하는 대신 전력을 소비하기 시작합니다.

더 나아가 전기는 배터리에 저장됩니다.그런 다음 시스템으로 전송됩니다. 중요한 점즉, 태양광 패널의 병렬 및 직렬 연결 요소 수는 배터리에 공급되는 전압이 배터리 자체의 전압을 초과하는 방식으로 계산됩니다. 단점을 고려하더라도. 이 경우 태양전지의 부하전류는 충분한 충전전류를 제공해야 한다. 이 매개변수는 다음과 같은 경우 고려해야 합니다.

또 다른 중요한 요소태양 전지판 작동시 유용한 전력. 정확히 이 지표는 사용의 비용 효율성을 반영합니다.사용자를 위해. 이 전력은 설비의 전압 및 출력 전류를 기준으로 계산됩니다. 그리고 이러한 표시기는 패널에 직접 떨어지는 햇빛의 강도에 따라 달라집니다. 그건 그렇고, 너무 고온태양광 패널의 작동에는 유용하지 않습니다. 실제로 태양에 의한 강렬한 가열로 소위 기전력. 그러나 보다 더 밝은 조명태양으로부터 더 많은 전류가 생성됩니다.

이제 태양 전지판의 작동 원리에 대한 몇 가지 공식이 있습니다.

태양전지판은 어떻게 작동하나요? 예를 들어, 태양전지가 측정된 저항을 갖는 부하에 연결됩니다. (RN). 결과적으로 회로에 전류가 나타납니다. (나). 이와 동시에 지표는 나회로의 변환기 품질, 태양광 조명 강도 및 저항에 직접적으로 의존하여 형성됩니다. 다음으로 살펴보겠습니다. 유엔. 유엔- 태양광 패널의 단자에서 생성되는 전압입니다. 결과적으로 이러한 표시기를 알면 설비 부하에 나타나는 전력을 계산할 수 있습니다. Pn = 인운

그러나 각 패널에는 최적의 저항이 있으며 효율성 수준에 따라 달라집니다.

흐린 날씨에는 패널에서 생산되는 전력이 줄어들어 자연스럽게 배터리 충전량이 감소합니다. 이 과정에서 수신기는 전기를 수신합니다. 즉, 배터리는 항상 충전되거나 방전됩니다. 이 상호 작용 메커니즘은 컨트롤러에 의해 제어됩니다.

대부분의 경우 회로에서 배터리 작동은 매우 최대 80~90%까지 빠르게 충전한 다음 남은 충전량을 모으는 데 오랜 시간이 걸립니다.오늘날 대체 에너지 공급 시스템에 사용되는 가장 효과적인 배터리는 젤 배터리입니다. 이러한 배터리는 유지 관리가 필요하지 않으며 작동 조건이 소박합니다. 이 경우 서비스 수명은 일반적으로 10년에 이릅니다.

컨트롤러, 저항기 및 인버터

제어 장치배터리를 네트워크에 연결하는 데 필요합니다. 요금을 제어합니다.

저항기잉여 발전용량을 흡수합니다.

인버터교류 전압이 아닌 직류 전압으로 작동하는 수신기에 전력을 공급해야 하는 경우를 제외하고 전기 네트워크의 정상적인 공급에 필요합니다.

물론 작품의 모든 복잡성을 이해하는 것은 어렵습니다. 하지만 저희 웹사이트 페이지에서 답을 찾으실 수 있기를 바랍니다. 더 명확한 작업 태양 전지그래픽 다이어그램을 통해 이해할 수 있습니다.

안에 지난 몇 년소위 '대체에너지'가 점점 대중화되고 있습니다. 태양 복사의 사용에 특별한주의를 기울입니다. 광선을 전기로 변환할 수 있는 요소를 만들면 무료로 무한한 에너지원을 얻을 수 있기 때문에 이는 매우 자연스러운 현상입니다. 그리고 그러한 요소가 만들어졌습니다. "라는 이름이 붙었습니다. 태양 광전지"또는 "태양 전지", 그리고 태양 전지가 작동하는 방식은 이해하기 매우 간단합니다.

동작 원리

가장 중요한 것은 태양광 배터리와 태양열 집열기를 혼동하지 않는 것입니다(둘 다 종종 “ 태양 전지 패널"). 컬렉터의 작동 원리가 냉각수 가열을 기반으로 하는 경우 광전지는 직접 전기를 생산합니다. 그들의 연구는 반도체 재료에서 햇빛의 영향을 받아 전류를 생성하는 광전 효과를 기반으로 합니다.

반도체는 원자에 과도한 수의 전자가 포함되어 있거나(n형), 반대로 전자가 부족한 물질(p형)입니다. 그리고 전자가 잠재적으로 위치할 수 있는 p-요소 구조 영역을 "정공"이라고 합니다. 따라서 반도체 기반 광전지는 다음과 같은 두 개의 층으로 구성됩니다. 다른 유형전도도.

이 구조의 태양전지는 어떻게 작동하나요? 다음과 같은 방법으로. 소자의 내부 층은 p-반도체로 만들어지고, 훨씬 얇은 외부 층은 n-반도체로 만들어집니다. 층의 경계에는 소위 "영역"이 있습니다. pn 접합 a”는 n층에 양전하가 형성되고 p층에 음전하가 형성되어 형성됩니다.

이 경우 전이 영역에는 전하 전위의 차이로 인해 특정 에너지 장벽이 나타납니다. 이는 주요 전하 캐리어의 침투를 방지하지만 작은 전하 캐리어는 반대 방향으로 자유롭게 통과할 수 있도록 허용합니다. 햇빛의 영향으로 일부 광자는 요소 표면에 흡수되어 추가적인 "정공-전자" 쌍을 생성합니다. 즉, 전자와 정공은 한 반도체에서 다른 반도체로 이동하여 추가적인 음 또는 양전하. 이 경우 n층과 p층 사이의 초기 전위차가 감소하고 외부 회로에 전류가 생성된다.

구조의 특징

많은 현대 광전지에는 p-n 접합이 하나만 있습니다. 이 경우, 자유롭게 이동하는 전하 캐리어는 에너지가 전이 경계의 "간극" 폭보다 크거나 같은 광자에 의해서만 생성됩니다. 이는 에너지 수준이 낮은 광자는 단순히 사용되지 않으며 결과적으로 셀의 효율성이 크게 감소한다는 것을 의미합니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 다층(보통 4층) 광구조가 만들어졌습니다.

이를 통해 크게 사용할 수 있습니다. 최대태양 스펙트럼 및 그 이상 고성능. 더욱이 광전지는 광선이 밴드갭이 가장 넓은 접합부에 먼저 도달하도록 배치됩니다. 이 경우 더 많은 "에너지 집약적" 광자가 흡수되는 반면, 에너지가 적은 광자는 더 깊이 이동하여 다른 요소를 자극합니다.

태양광 패널에는 어떤 종류가 있나요?

광전 효과를 기반으로 한 작동 원리를 가진 태양전지는 오랫동안 개발되어 왔습니다. 생산의 가장 큰 어려움은 충분히 강력한 전류를 생성할 수 있는 재료를 선택하는 것입니다. 첫 번째 실험은 셀레늄 전지를 사용하여 수행되었지만 효율성은 매우 낮았습니다(약 1%). 현재 태양전지는 주로 실리콘을 사용하는데, 이러한 장치의 생산성은 약 22%이다. 또한, 더 높은 효율로 새로운 세포 샘플이 지속적으로 개발되고 있습니다(예: 갈륨 또는 인듐 비소를 사용). 오늘날 태양광 패널의 최대 효율은 44.7%이다.

그러나 그러한 요소는 매우 비싸며 지금까지는 실험실 조건에서만 생산되었습니다. 단결정 또는 다결정 실리콘과 박막 소자를 기반으로 하는 셀이 널리 보급되었습니다. 단결정을 기반으로 한 광전지는 가격은 비싸지만 성능은 뛰어나고, 다결정은 가격은 저렴하지만 이질적 구조로 인해 효율성이 떨어진다. 박막 셀 생산에 사용되는 것은 결정이 아니라 유연한 기판에 증착된 실리콘 층입니다.

비교적 최근에는 개인 서비스를 제공한다는 아이디어가 환상적인 것으로 간주되었습니다. 오늘날 이는 객관적인 현실입니다. 유럽에서는 이미 사용 중 장기, 그것은 실제로 무진장한 값싼 에너지원이기 때문입니다. 우리나라에서는 이러한 장치에서 전기를 얻는 것이 이제 인기를 얻고 있습니다. 이 과정너무 빨리 일어나지는 않습니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 높은 가격그들의.

작동 원리는 서로 다른 물질(붕소와 인)로 코팅된 두 개의 실리콘 웨이퍼에서 햇빛의 영향을 받아 전기. 인으로 코팅된 판에 자유전자가 나타납니다.

누락된 입자는 붕소로 코팅된 플레이트에 형성됩니다. 전자는 태양 빛의 영향으로 움직이기 시작합니다. 이것이 태양전지판에서 전류가 생성되는 방식입니다. 각 배터리를 덮고 있는 얇은 구리 가닥은 배터리에서 전류를 제거하여 의도된 목적으로 전달합니다.

접시 하나로 작은 전구에 전원을 공급할 수 있습니다. 결론은 그 자체를 암시합니다. 태양광 패널이 집에 충분한 전력을 공급하려면 그 면적이 상당히 커야 합니다.

실리콘 메커니즘

따라서 태양전지의 작동원리는 명확하다. 특수 플레이트가 자외선에 노출되면 전류가 생성됩니다. 실리콘을 재료로 사용하여 이러한 판을 만드는 경우 배터리를 실리콘(또는 수소 실리콘)이라고 합니다.

이러한 플레이트는 매우 필요합니다. 복잡한 시스템생산. 이는 결과적으로 제품 비용에 큰 영향을 미칩니다.

실리콘에는 다양한 종류가 있습니다.

단결정 변환기

모서리가 비스듬한 패널입니다. 그들의 색깔은 항상 순수한 검정색이다.

단결정 변환기에 관해 이야기하면 태양전지의 작동 원리는 적당히 효율적이라고 간단히 설명할 수 있습니다. 이러한 배터리의 감광 요소의 모든 셀은 한 방향으로 향합니다.

이를 통해 다음 중 가장 높은 결과를 얻을 수 있습니다. 유사한 시스템. 배터리 효율이 유형은 25%에 이릅니다.

단점은 이러한 패널이 항상 태양을 향해야 한다는 것입니다.

태양이 구름 뒤에 숨어 있거나 수평선쪽으로 가라 앉거나 아직 뜨지 않은 경우 배터리는 다소 약한 전류를 생성합니다.

다결정

이 메커니즘의 판은 항상 정사각형입니다. 진한 파란색. 표면 구성은 불균일한 실리콘 결정을 포함합니다.

다결정 배터리의 효율은 단결정 모델만큼 높지 않습니다. 18%에 달할 수 있습니다. 그러나 이러한 단점은 아래에서 설명할 장점으로 보완됩니다.

이러한 유형의 태양전지는 작동 원리를 통해 순수 실리콘뿐만 아니라 재활용 재료로도 만들 수 있습니다. 이는 장비에서 발견된 일부 결함을 설명합니다. 구별되는 특징메커니즘 이런 유형의흐린 날씨에도 매우 효율적으로 전류를 생성할 수 있다는 점입니다. 이러한 유용한 품질 덕분에 햇빛이 확산되는 일상적인 장소에서 없어서는 안 될 제품입니다.

비정질 실리콘 패널

비정질 패널은 다른 패널보다 저렴하며 이는 태양전지의 작동 원리와 설계를 결정합니다. 각 패널은 여러 개의 매우 얇은 실리콘 층으로 구성됩니다. 진공 상태에서 재료 입자를 호일, 유리 또는 플라스틱에 분사하여 만들어집니다.

패널의 효율성은 패널의 효율성보다 훨씬 낮습니다. 이전 모델. 6%에 달합니다. 실리콘 층은 햇볕에 아주 빨리 퇴색됩니다. 이 배터리를 사용한 지 6개월만 지나면 효율이 15%, 때로는 20%까지 떨어지게 됩니다.

2년 동안 작동하면 활성 물질의 자원이 완전히 고갈되므로 패널을 교체해야 합니다.

그러나 이러한 배터리를 여전히 구매하는 데는 두 가지 장점이 있습니다. 첫째, 흐린 날씨에도 작동합니다. 둘째, 언급했듯이 다른 옵션만큼 비싸지 않습니다.

하이브리드 광변환기

비정질 실리콘은 미세 결정 배열의 기초입니다. 태양전지의 작동 원리는 다결정 패널과 유사합니다. 이 배터리 유형의 차이점은 흐린 날이나 새벽과 같이 햇빛이 확산되는 조건에서 더 높은 전력의 전류를 생성할 수 있다는 것입니다.

또한 배터리는 햇빛뿐만 아니라 적외선 스펙트럼의 영향을 받아 작동합니다.

폴리머 필름 태양광 변환기

실리콘 패널에 대한 이러한 대안은 태양전지 시장을 지배할 잠재력을 가지고 있습니다. 여러 층으로 구성된 필름과 유사합니다. 그 중에는 도체, 활성 물질의 폴리머 층, 유기물로 만들어진 기판 및 보호 필름이 있습니다.

이러한 태양전지가 서로 결합하면 롤형 필름형 태양전지가 된다. 이 패널은 실리콘 패널보다 가볍고 콤팩트합니다. 제조에 고가의 실리콘을 사용하지 않으며, 생산 공정 자체도 그리 비싸지 않습니다. 이로 인해 롤 패널이 다른 패널보다 저렴해졌습니다.

태양전지의 작동 원리는 효율을 그리 높지 않게 만듭니다.

7%에 달합니다.

이 유형의 패널 제조 공정은 필름에 광전지를 다층 인쇄하는 것입니다. 덴마크에 생산 시설을 설립했습니다.

또 다른 장점은 롤 배터리를 잘라 어떤 크기와 모양으로도 맞춤화할 수 있다는 점입니다.

마이너스가 하나뿐입니다. 배터리는 이제 막 생산되기 시작해서 아직 구하기가 꽤 어렵습니다.

그러나 이러한 요소가 소비자들 사이에서 빠르게 좋은 평판을 얻을 것이며, 이는 제조업체가 더 큰 규모로 생산을 시작할 수 있는 기회를 제공할 것이라고 믿을 만한 이유가 있습니다.

주택의 태양열 난방

작동 원리는 위에서 설명한 모든 장치와 근본적으로 구별됩니다. 이것은 완전히 다른 장치입니다. 설명은 아래와 같습니다.

태양 에너지로 구동되는 난방 시스템의 주요 부분은 빛을 받아 운동 에너지로 변환하는 컬렉터입니다. 이 요소의 면적은 30에서 70 평방 미터까지 다양합니다.

수집기를 장착하려면 특수 장비가 사용됩니다. 플레이트는 금속 접점으로 서로 연결됩니다.

시스템의 다음 구성 요소는 저장 보일러입니다. 운동에너지를 열에너지로 변환하는 것입니다. 그것은 물 가열에 관여하며 그 변위는 300 리터에 달할 수 있습니다. 때때로 이러한 시스템은 추가 건식 연료 보일러로 지원됩니다.

시스템을 완성하다 태양열 난방가열된 액체가 전체 영역에 분산된 얇은 구리 파이프를 통해 순환하는 벽 및 바닥 요소입니다. 패널의 시동 온도가 낮고 열 전달이 균일하기 때문에 실내 온도가 상당히 빨리 따뜻해집니다.

태양열 난방은 어떻게 작동합니까?

태양광 패널이 자외선을 이용해 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보겠습니다.

수집기 온도와 저장 요소 온도 사이에 차이가 나타납니다. 부동액이 첨가된 물인 경우가 가장 많은 냉각수는 시스템 주위를 순환하기 시작합니다. 유체가 한 일은 바로 운동에너지이다.

유체가 시스템의 여러 층을 통과하면서 운동 에너지가 열로 변환되어 집을 가열하는 데 사용됩니다. 이러한 매체 순환 과정은 실내에 열을 제공하고 하루 또는 일년 중 언제든지 보관할 수 있도록 해줍니다.

그래서 우리는 태양전지판의 작동 원리를 알아냈습니다.

최근에는 태양전지가 다음과 밀접한 관련이 있는 것 같습니다. 우주선, 궤도 관측소 및 달 탐사선. 이제 빛에서 전기를 추출할 수 있는 장치는 모든 계산기에서 찾아볼 수 있습니다. 게다가 부자 중에는 햇빛이탈리아, 스페인, 포르투갈, 미국 남부 주 등과 같이 더운 여름과 온화한 겨울이 있는 국가(과학자들은 이를 "일사량이 높은 국가"라고 부릅니다) 태양 에너지전기 및 열 공급에 있어서 상당한 비용 절감 아이템입니다.더욱이, 이러한 절약은 시민의 민간 주도와 스페인과 같은 정부의 의무적 규제 형태 모두에서 발생합니다.

인류는 오랫동안 태양 에너지를 스스로 작동시키려는 시도를 해왔으므로 전설에 따르면 아르키메데스는 로마 함대를 불태워 햇빛을 집중시키기 위해 많은 거울(다른 버전에서는 빛나는 방패)을 주문했습니다. 로마 갤리선의 돛. 그러나 태양 에너지를 활용하려는 시도는 지난 세기에만 눈에 띄는 결과를 가져 왔습니다. 태양에너지를 활용하는 방법은 무엇인가요?

전기를 얻는 방법

가장 확실한 방법은 태양의 빛 에너지를 열로 변환하는 것입니다. 엄밀히 말하면 이것은 변환이라고 할 수도 없습니다. 빛과 열은 성질이 같고 빈도만 다르기 때문에 열 수집에 관해 이야기하는 것이 더 정확할 것입니다. 태양열을 수집하기 위해 장치를 -( "수집기"는 문자 그대로 수집기를 의미함)라고 합니다. 작동 원리는 매우 간단합니다. 냉각수 (물, 덜 자주 공기)는 열 흡수 재료로 만들어진 라디에이터에서 가열됩니다. 이러한 장치는 개인 주택에 온수를 공급하는 데 널리 사용됩니다.

또 다른 흥미로운 방법자연은 가장 가까운 별의 에너지를 사용하는 방법을 알려줍니다. 수백만 년의 진화를 통해 식물은 태양 에너지를 화학 결합 에너지로 변환하여 단순 물질에서 복잡한 화합물인 포도당을 합성하는 방법을 배웠습니다. 물론 학교에서 식물학을 빼먹지 않은 사람이라면 누구나 짐작할 수 있을 것이다. 우리 얘기 중이야광합성에 대해. 그러나 모든 사람이 태양 에너지의 축적과 "개인적인" 목적을 위한 추가 사용(겨울철 포함)으로 구성된 이 과정의 에너지 본질에 대해 생각한 것은 아닙니다. 즉, 우리는 바이오 에너지에 대해 이야기하고 있습니다. 국내 마술사가 말하는 것이 아닌 실제입니다. 이 작동 원리에 따라 태양 에너지를 사용하는 방법은 여전히 인간이 만든 기술에 적용되기를 기다리고 있습니다.

위에서 언급한 것처럼 태양에너지를 개인적인 용도로 사용하는 가장 쉬운 방법은 열에너지를 모으는 것입니다. 그러나 "가장 쉽다"는 것이 항상 "최고"를 의미하는 것은 아닙니다. 사실은 열 에너지- 이것은 "부패하기 쉬운 제품"이라고 말할 수 있습니다. 열을 "보존"하거나 열을 다른 곳으로 옮기십시오. 장거리. 아마도 비용은 가능한 모든 혜택을 포함할 것입니다. 축적과 수송에 가장 편리한 에너지 유형은 전기입니다.없이도 가능해요 특별한 문제배터리로 수집하거나 전선을 통해 작동 장소로 전송합니다. 최소한의 손실. 이는 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 세 번째이자 가장 일반적인 사용 방법으로 이어집니다.

작동 원리

햇빛의 변형은 "태양 전지"라는 이름을 얻은 광전지의 배터리 (즉, 직렬 연결된 그룹)에서 발생합니다. 태양전지판은 어떤 원리로 작동하나요?

광전지의 핵심은 실리콘 크리스탈. 우리는 매일 실리콘(보다 정확하게는 산화물)을 접합니다. 이것은 친숙한 모래입니다. 따라서 실리콘 결정은 실험실에서 자란 거대한 모래알이라고 말할 수 있습니다. 결정은 입방체 모양이며 200 마이크론 두께(사람 머리카락 굵기의 약 3~4배)의 백금으로 절단됩니다.

실리콘 웨이퍼의 한쪽면이 적용됩니다. 가장 얇은 층반면에 인은 얇은 붕소 층입니다. 실리콘이 붕소와 접촉하는 경우 과도한 자유 전자가 나타나고 실리콘이 인과 접촉하는 경우 반대로 전자가 부족하여 소위 "정공"이 나타납니다. 전자의 과잉과 결핍이 있는 매체의 접합을 호출합니다. 물리학 p-n이행. 빛의 광자는 판 표면에 충격을 가해 과도한 인 전자를 녹아웃시켜 붕소 전자를 잃게 만듭니다. 전자의 규칙적인 움직임은 전류입니다. 남은 것은 금속 트랙을 플레이트에 통과시켜 "조립"하는 것뿐입니다. 이것이 실리콘 광전지가 원칙적으로 작동하는 방식입니다.

하나의 광전지판의 전력은 아주 적당하며, 전구를 작동하는 데만 충분합니다. 플래시. 그렇기 때문에 개별 요소배터리 시스템에 수집됩니다. 이론적으로는 모든 요소의 배터리를 조립할 수 있습니다. 배터리는 금속 기판 위에 배치되고 강도를 높이기 위해 강화되었으며 유리로 덮여 있습니다. 태양전지는 태양광 스펙트럼 중 가시광선 부분뿐만 아니라 태양광 스펙트럼의 자외선 부분도 전기로 변환하는 것이 중요하므로 전지를 덮고 있는 유리는 자외선을 투과시켜야 한다.

태양전지의 중요한 장점은 열이 아닌 빛을 사용한다는 점이다. 따라서 집열기와 달리 태양전지는 구름이 햇빛을 가리지 않는 한 겨울에도 작동할 수 있다. 여름에는 북쪽에서, 겨울에는 남쪽에서 발생하는 6개월 간의 극일 동안 에너지를 저장하는 거대한 태양광 패널 필드를 북극과 남극에 건설하는 프로젝트가 있습니다. 동시에 유휴 상태입니다.

이것은 모두 장기적으로 이루어지지만 오늘날 집에 소형 태양광 발전소를 설치하면 태양전지의 특성을 활용할 수 있습니다. 물론 그러한 충전소는 가구의 전력 수요를 완전히 충족시킬 수는 없지만 의심할 바 없이 가계 예산을 절약하는 데 민감한 요소가 될 것입니다.