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ⓒ클립아트코리아

 

태양광 발전은 무한동력 태양을 활용한 친환경 발전 방식이죠. 이러한 태양광에도 치명적인 단점이 있습니다. 태양이 없는 밤이 되면 발전이 불가능하다는 점인데요. 밤에도 태양광 발전이 가능하다면 어떨까요? 오늘은 긴 밤을 효율적으로 이용할 기술인 ‘역 태양전지’, 24시간 가능한 태양광 발전에 대해 알아볼까요?

 

태양전지의 원리

ⓒ한국에너지공단 홈페이지

 

태양전지는 P-N 접합 반도체입니다. P형 반도체와 N형 반도체가 합쳐져 있는 형태로, 각각 P형 반도체에는 정공(+성질), N형 반도체에는 전자(-성질)가 주로 존재합니다. 두 반도체가 만나는 면에는 각각의 양극과 음극의 성질 차이에 의해서 일종의 벽이 형성되는데요, 이때 생기는 벽을 “밴드갭(band-gap)”이라고 합니다. 이 밴드갭으로 인해 P-N접합 반도체는 전기적으로 불균형적인 상태를 유지하게 됩니다.

 

태양에너지가 태양광 패널 판에 도달하게 되면, 전자와 정공이 밴드갭 이상의 에너지를 얻을 수 있게 됩니다. 쉽게 말해 기존의 벽을 넘어갈 수 있을 정도의 에너지를 가져 이 벽을 넘나들 수 있게 되는 것입니다. 이렇게 태양에너지가 있으면 벽(밴드갭)을 넘나들다가 태양에너지가 사라지면 전자와 정공이 다시 원래 자리를 찾아갑니다.

 

P형과 N형 각각의 반도체에 전극을 부착한 뒤, 회로를 형성하면 태양전지가 됩니다. 이때, 자유롭게 움직이는 자유전자가 P형과 N형이 만나는 접합 면이 아닌 회로를 통해 돌아서 우회하게 되는데요. 이런 식으로 자유전자가 움직이면 전자의 움직임으로 인해 전류를 만들게 됩니다. 이 과정을 반복하면서 태양에너지를 통해 에너지를 얻게 됩니다.

 

역 태양전지의 원리

역 태양전지의 동작 원리는 기존의 태양전지와 유사합니다. 낮 동안에 태양 빛을 받은 지구와 그 지구 안에 있는 태양전지는 밤하늘과 비교했을 때, 더 많은 에너지를 가진 상태가 됩니다. 에너지 흐름은 보통 많은 곳에서 적은 곳으로 향하게 되는데, 쉽게 말해 에너지가 더 강한 쪽에서 약한 쪽으로 에너지를 방출하게 됩니다.

 

ⓒ이민주 제작

 

따라서 낮 동안에는 지구가 태양으로부터 에너지를 받았다고 하면, 밤이 되면 지구가 우주보다 더 큰 에너지를 가지기 때문에 우주로 에너지를 보내게 됩니다. 이 과정에서 태양전지 안에 전자와 정공은 낮보다는 다소 적은 움직임이지만, 자유롭게 움직이게 됩니다. 그리고 우주로 에너지를 보내는 과정에서 기존의 태양전지와 같은 원리로 에너지 장벽을 넘나들게 되는데요. 이러한 과정을 반복하면서 회로를 통해 전자와 정공이 다시 제자리로 돌아가면서 전류를 발생시키게 됩니다.

 

역 태양전지의 활용 분야

창문은 역 태양전지를 활용하기 좋은 곳입니다. 어떤 건물에서든 쉽게 발견할 수 있으며, 24시간 전력 생산이 가능할 수 있는 조건이죠. 밤낮 구분 없이 작동하는 태양전지를 통해 친환경적인 생산이 가능해진다면 2025년 제로 에너지 건축물 의무화에 적극적인 참여를 기대해 볼 수 있을 것 같네요. 밤에도 전기를 생산할 수 있는 역 태양전지! 앞으로 많은 관심 부탁드립니다.

 

 

 


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