태양전지는 어떻게 작동하나요? 작동 방식. 휴대용 태양전지 - 특히 관광객을 위한 제품

각 사용자가 직접 부품을 주문하고 태양광 패널을 조립 및 설치할 수 있을 정도로 널리 보급되었습니다. 물론 태양광 패널은 저렴한 옵션이 아니지만 환경 친화적이기 때문에 가격 문제는 여전히 관련이 있습니다. 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. 일반적으로 태양에너지원은 다음과 같은 부분으로 구성됩니다.

• 직류 발전기(일명 태양전지판)

• 배터리전류를 교류로 변환하는 충전 제어 및 인버터 포함

• 차례대로 패널은 광전 변환기로 구성됩니다.간단히 말해서 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것입니다. 대부분 다결정 또는 단결정 실리콘 배터리입니다. 차이점은 효율성과 생산 기술에 있습니다.

태양광 발전소의 작동 원리는 단일 네트워크의 여러 요소가 순차적으로 상호 작용하는 것입니다. 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 점은 배터리에 공급되는 전압이 배터리 자체의 전압을 초과하는 방식으로 태양광 패널의 병렬 및 직렬 연결 요소 수를 계산한다는 것입니다. 단점을 고려하더라도. 이 경우 태양전지의 부하전류는 충분한 충전전류를 제공해야 한다. 이 매개변수는 다음과 같은 경우 고려해야 합니다.

• 태양광 패널 작동에 있어 또 다른 중요한 요소는 사용 가능한 전력입니다. 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. 그런데 태양광 패널이 작동하기에 너무 높은 온도는 유용하지 않습니다. 결국 태양에 의한 강렬한 가열로 인해 전기 생산 요소의 소위 기전력이 감소합니다. 그러나 태양의 빛이 밝을수록 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 충전 또는 방전 중에 작동합니다. 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. 태양전지의 작동은 그래픽 다이어그램을 통해 더욱 명확하게 이해할 수 있습니다.

햇빛은 지구상의 생명체를 가능하게 할 뿐만 아니라, 결국 현대 문명이 없이는 생각할 수 없는 대량의 전기 공급원이 될 수도 있습니다. 햇빛의 사용은 직접적이지 않고 터빈에 에너지를 공급하는 형태일 수 있습니다.

이 경우 거울 세트는 태양 에너지를 열 교환기에 집중시키며, 열 교환기는 물이나 기타 액체를 증발시켜 발전기에 연결된 기존 터빈을 구동하기 위한 증기를 생성합니다. 그러나 예를 들어 실리콘 태양전지를 사용하여 햇빛을 직접 전기로 변환하는 것도 가능합니다.

일반적인 태양전지는 6개의 층으로 구성됩니다. 베이스 (베이스)는 동시에 요소의 음극 역할을합니다. 반사층은 소자의 작동 부분 내부에 빛을 유지하여 전기 효율을 높입니다. 두 개의 강화된 실리콘 층(N형 및 P형)이 태양전지의 핵심을 형성합니다. N형 실리콘은 자유 음전하를 띠고, P형 실리콘은 자유 양전하를 띤다. 조명이 없으면 이러한 전하는 층의 접촉 영역에 축적됩니다. 햇빛이 요소에 닿으면 전하가 분리됩니다. 이러한 전하 이동은 태양전지가 폐쇄 회로의 일부인 경우 직류를 생성합니다. 상단에는 양극의 금속 접점이 배치된 투명 필름으로 실리콘을 보호합니다.

태양전지는 어떻게 작동하나요?

태양전지 셀에 햇빛이 떨어지면 양전하와 음전하가 분리되어 P형 실리콘 웨이퍼와 N형 실리콘 웨이퍼 사이의 접촉 영역에 축적됩니다. 이 분리는 전압을 생성하며, 그 영향으로 요소가 폐쇄 회로에 연결되면 전류가 흐르기 시작합니다.

단면 태양 전지판

태양광 패널(텍스트 위 그림)은 직류를 생산하며, 이는 발전소에서 교류로 변환될 수 있습니다. 태양전지에서 생성된 잉여 전기는 나중에 사용하기 위해 배터리에 저장할 수 있습니다.

우주의 태양전지판

대부분의 우주 위성의 경우 태양 전지판이 주요 에너지원입니다. 이 배터리(오른쪽 사진)는 지구에서 사용되는 배터리(왼쪽 사진)와 다릅니다. 지구 표면 근처에 설치된 배터리를 비와 먼지로부터 보호해야 하는 경우, 우주에서 작동하는 배터리는 강력한 우주 방사선으로부터 보호되어야 합니다.

태양열 발전소

햇빛은 발전기를 구동하는 증기 터빈 장치에 열을 제공할 수 있습니다. 거울 세트는 햇빛을 집중 장치 타워에 집중시킵니다. 생성된 광선은 너무 강렬하여 나트륨을 증기로 변환할 수 있습니다. 나트륨 증기는 물을 증기로 변환한 다음 터빈을 구동하는 데 사용됩니다.

대체 에너지원은 매일 점점 더 관련성이 높아지고 있습니다. 그 이유는 환경 친화성, 재생성, 저렴한 비용 때문입니다. 태양 에너지는 가장 수익성이 높은 에너지원 중 하나입니다. 향후 수십억 년 동안 가스나 석유와는 달리 엄청난 양의 에너지를 방출하면서 계속해서 지구를 밝힐 것입니다. 오늘날 우리는 태양광 패널 시스템을 사용하여 이 소스를 사용하는 방법을 배웠지만 이를 이해하는 사람은 거의 없습니다. 태양전지의 작동원리.그것을 알아 봅시다.

먼저 그것을 이해해야합니다. 가정용 태양광 발전 시스템이것은 집 지붕에 설치되는 검은색 또는 푸른색 패널만이 아닙니다. 이러한 수광기는 다음을 포함하는 전체 시스템의 네 가지 구성 요소 중 하나일 뿐입니다.

태양전지의 작동 원리

태양광 배터리 또는 태양광 모듈은 태양광 대체 전원 공급 시스템의 핵심 요소입니다. 햇빛을 사용 가능한 전기로 변환하는 것입니다. 배터리는 인공 실리콘 단결정을 기반으로 하며 양면에 붕소와 인 층이 적용되어 있습니다.

전위차 또는 "+"와 "-"가 있는 곳에 전류가 형성됩니다. 추가 코팅이 이러한 목적으로 사용됩니다. 일반적으로 다음과 같이 불립니다.

• n형또는 과잉 전자(인)를 사용한 코팅;
• p형또는 전자가 부족한 코팅, 소위 "정공"(붕소);

햇빛의 광자가 코팅에 닿을 때 n형, 자유 전자가 영역으로 이동하기 시작합니다. p형전기를 생성하거나 소위. pn 접합. 태양 광선이 떨어지는 쪽이 근본적으로 중요합니다.

태양전지의 구조

1. 햇빛;
2. 최고 지휘자;
3. n형 층(인);
4. p-n 접합 구역;
5. p형 층(붕소);
6. 하부 도체;

태양전지의 양면은 기계적 손상을 방지하기 위해 보호층으로 덮여있습니다. 상부(햇빛) 부분에는 반사 방지 광흡수 코팅이 추가로 코팅되어 광 흡수 수준이 높아집니다.

개별 수광 블록 또는 모듈은 패널에서 상호 연결되어 시스템의 전체 전력을 증가시킵니다.

오늘날 패널 비용은 패널 구매를 결정하는 가장 부정적인 요소 중 하나입니다. 일광 시간이 긴 지역의 투자 회수 기간은 5~10년이지만 훨씬 더 긴 경우도 많습니다. 중국인은 단결정 실리콘을 다결정으로 대체하여 태양 전지 비용을 절감하려는 열망에 크게 성공했지만 이는 이미 낮은 배터리 효율성에 영향을 미쳤습니다. 평균 효율성 태양광 패널 작동 13~17%까지 다양합니다. 달성된 최고 효율은 24%였다.

마지막으로 전문가의 의견과 함께 태양전지 작동 원리에 관한 영화입니다.

태양광 전지는 한때 위성의 주 전원 등 우주에서만 거의 독점적으로 사용되었습니다. 그 이후로 태양광 패널은 점점 우리 삶의 일부가 되었습니다. 태양광 패널은 집과 자동차의 지붕을 덮고 손목시계와 심지어 어두운 안경에도 사용됩니다.

그러면 태양전지판은 어떻게 작동하나요? 햇빛의 에너지를 전기로 변환하는 것이 어떻게 가능합니까?

기본 원리들

태양광 패널은 공통 프레임에 포장된 광전지로 구성됩니다. 각각은 태양전지에 가장 일반적으로 사용되는 실리콘과 같은 반도체 재료로 만들어집니다.

광선이 반도체에 떨어지면 가열되어 부분적으로 에너지를 흡수합니다. 에너지의 유입은 반도체 내에서 전자를 방출합니다. 광전지에 전기장이 가해지면 자유 전자가 특정 방향으로 이동하게 됩니다. 이러한 전자의 흐름은 전류를 형성합니다.

광전지의 상단과 하단에 금속 접점을 부착하면 결과 전류를 전선을 통해 전달하고 이를 사용하여 다양한 장치를 작동할 수 있습니다. 전류 세기는 전지 전압과 함께 광전지에서 생산되는 전기량을 결정합니다.

태양 전지 패널

©depositphotos.com

실리콘 반도체

실리콘을 예로 들어 전자 방출 과정을 생각해 봅시다. 규소 원자는 세 개의 껍질에 14개의 전자를 가지고 있습니다. 처음 두 개의 껍질은 각각 2개와 8개의 전자로 완전히 채워져 있습니다. 세 번째 껍질은 절반이 비어 있습니다. 전자는 4개만 있습니다.

이로 인해 실리콘은 결정질 형태를 갖습니다. 세 번째 껍질의 공극을 채우기 위해 실리콘 원자는 이웃과 전자를 "공유"하려고 합니다. 그러나 순수한 형태의 실리콘 결정은 거의 모든 전자가 결정 격자에 단단히 고정되어 있기 때문에 열악한 전도체입니다.

따라서 태양전지는 순수한 실리콘을 사용하는 것이 아니라, 불순물이 작은 결정, 즉 다른 물질의 원자를 실리콘에 도입하는 방식이다. 예를 들어 인 원자와 같이 백만 개의 실리콘 원자당 단 하나의 원자만 있습니다.

인은 외부 껍질에 5개의 전자를 가지고 있습니다. 그 중 4개는 근처의 실리콘 원자와 결정 결합을 형성하지만, 다섯 번째 전자는 실제로 이웃 원자와의 연결 없이 우주에 "매달려" 있습니다.

실리콘이 햇빛에 닿으면 전자는 추가 에너지를 받게 되는데, 이는 해당 원자에서 실리콘을 떼어내기에 충분합니다. 결과적으로 "구멍"이 그 자리에 남아 있습니다. 방출된 전자는 전류의 전달자로서 결정 격자 주위를 돌아다닙니다. 그들은 또 다른 “구멍”을 만나면 그 구멍을 채웁니다.

그러나 순수한 실리콘에는 결정 격자에 있는 원자의 강한 결합으로 인해 그러한 자유 전자가 너무 적습니다. 인이 혼합된 실리콘은 완전히 다른 문제입니다. 인 원자에서 결합되지 않은 전자를 방출하는 데 훨씬 적은 에너지가 필요합니다.

이들 전자의 대부분은 자유 캐리어가 되어 효율적으로 전달되어 전기를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 물질의 화학적, 물리적 특성을 향상시키기 위해 불순물을 첨가하는 과정을 도핑이라고 합니다.

인 원자로 도핑된 실리콘은 n형 전자 반도체가 됩니다(전자의 음전하로 인해 "음성"이라는 단어에서 유래).

실리콘은 또한 외부 껍질에 전자가 3개만 있는 붕소로 도핑됩니다. 그 결과 자유 양전하를 띤 "정공"이 나타나는 p형 반도체("양성"에서 유래)가 탄생했습니다.

태양전지 장치

n형 반도체와 p형 반도체를 결합하면 어떻게 될까요? 첫 번째에는 많은 자유 전자가 형성되었고 두 번째에는 많은 구멍이 형성되었습니다. 전자는 가능한 한 빨리 정공을 채우고 싶어하지만, 이런 일이 발생하면 두 반도체는 모두 전기적으로 중성이 됩니다.

대신에 자유 전자가 p형 반도체에 들어가면 두 물질의 접합 부분이 전하를 띠게 되어 쉽게 넘을 수 없는 장벽을 형성하게 됩니다. pn 접합의 경계에서 전기장이 발생합니다.

햇빛의 각 광자의 에너지는 일반적으로 하나의 전자를 방출하기에 충분하므로 하나의 추가 구멍을 형성합니다. p-n 접합 근처에서 이런 일이 발생하면 전기장은 n 측으로 자유 전자를 보내고 p 측으로 정공을 보냅니다.

따라서 평형은 더욱 방해받고, 외부 전기장이 시스템에 가해지면 자유 전자가 p측으로 흘러 정공을 채워 전류를 생성하게 됩니다.

불행하게도 실리콘은 빛을 아주 잘 반사합니다. 이는 광자의 상당 부분이 낭비된다는 것을 의미합니다. 손실을 줄이기 위해 광전지는 반사 방지 코팅으로 코팅되어 있습니다. 마지막으로 태양광 패널을 비와 바람으로부터 보호하기 위해 유리로 덮는 것도 관례입니다.

세계 최대 태양광 선박 플래닛솔라(PlanetSolar)

©PlanetSolar/필립 플리슨

현대 태양광 패널의 효율은 그다지 높지 않습니다. 대부분은 자신에게 닿는 햇빛의 12~18%를 효과적으로 처리합니다. 최고의 샘플은 40% 효율성 장벽을 넘었습니다.

가스로 집을 난방하는 데 비용이 많이 드나요? 아니면 다차의 불을 계속 끄시나요? 아니면 전기 요금을 초과 지불하는 데 지쳤습니까? 태양광 패널을 설치하면 전기뿐만 아니라 난방도 제공할 수 있어 도움이 될 것입니다. 이번 글에서는 태양전지의 작동 원리와 태양열 집열기와의 차이점을 살펴보겠습니다.

태양전지 작동원리의 핵심은 무엇인가요?

광전지라고도 알려진 태양 전지는 햇빛의 영향으로 개별 부분의 전도성을 변경하는 사진 판입니다.

이를 통해 이러한 전이 에너지가 전기 에너지로 변환되어 즉시 사용되거나 축적될 수 있습니다.
태양전지의 작동 원리를 이해하려면 몇 가지 사항을 알아야 합니다.

그렇다면 태양전지판은 어떻게 작동하나요?

햇빛은 음전하를 띤 패널에 떨어집니다. 이는 추가적인 음전하와 "정공"의 활성 형성을 유발합니다. p-n 접합에 존재하는 전기장의 영향으로 양전하와 음전하를 띤 입자가 분리됩니다. 전자는 상위 레이어로, 후자는 하위 레이어로 전송됩니다. 따라서 전위차, 즉 정전압(U)이 나타난다. 이를 바탕으로 하나의 포토컨버터가 배터리의 원리로 동작함을 알 수 있다. 그리고 부하가 연결되면 회로에 전류가 발생합니다. 현재 강도는 다음과 같은 매개변수에 따라 달라집니다.

태양전지에는 다결정, 단결정, 비정질 등 여러 유형이 있습니다.
단결정은 생산성이 가장 낮지만 동시에 가장 저렴합니다. 이와 관련하여 중앙 집중식 전원 공급 장치에 오류가 발생한 경우 추가 에너지 원으로 사용하는 것이 정당화됩니다.
다결정은 이 두 매개변수의 중간 위치를 차지하므로 중앙 집중식 전원 공급 장치 없이 원격 지역에서 사용할 수 있습니다.

비정질 태양전지는 효율이 높지만 가격도 매우 비쌉니다. 이는 비정질 실리콘을 기반으로 합니다.

이러한 개발은 아직 산업 수준에 도달하지 않았으며 실험 단계에 있습니다.

태양전지에 컨트롤러가 필요한 이유는 무엇입니까?

위에서 설명한 작동 원리의 태양전지는 태양전지의 충전 정도를 모니터링할 수 있는 컨트롤러가 장착되지 않으면 중앙 전원 공급 시스템을 효과적으로 대체할 수 없습니다.

컨트롤러를 사용하면 태양광 패널에서 받은 에너지를 재분배하여 필요한 경우 직접 소비원으로 보내거나 배터리에 저장할 수 있습니다.
태양광 패널 컨트롤러에는 태양광 패널 시스템의 전체 효율을 높이는 정도에 따라 여러 유형이 있습니다.

대체 에너지원 사용에 동참하기 위해 값비싼 태양전지를 구입할 필요가 전혀 없습니다. 전기를 생산하기 위해 태양 에너지를 사용하는 더 접근 가능한 예가 있습니다. 우리는 현재 인기 있는 태양열 정원 조명에 대해 이야기하고 있습니다.

이러한 손전등을 사용하면 추가 전기를 소비하지 않고도 밤에 정원을 밝힐 수 있습니다.

이러한 손전등의 작동 원리는 손전등 상단에 장착된 식물판을 통해 태양 에너지를 포착하고 변환하여 손전등 바닥에 있는 작은 배터리에 축적하는 것입니다. 축적된 에너지의 소비는 어둠 속에서 발생합니다.