태양 전지판은 어떻게 작동합니까?
태양열 계산기 또는 국제 우주 정거장에서 태양 전지판은 화학 배터리 또는 표준 전기 콘센트와 동일한 전자 장치 원리를 사용하여 전기를 생성합니다. 태양 전지판을 사용하면 회로를 통한 전자의 자유 흐름이 중요합니다.
태양 전지판이 어떻게 전력을 생산하는지 이해하려면 고등학교 화학 수업으로 빠르게 돌아가는 것이 도움이 될 수 있습니다. 태양 전지판의 기본 요소는 순수한 실리콘이라는 컴퓨터 혁명을 일으킨 것과 동일한 요소입니다. 실리콘이 모든 불순물을 제거하면 전자의 전송을위한 이상적인 중립 플랫폼이됩니다. 실리콘에는 또한 원자 수준의 특성이있어 태양 전지판 제작에 더욱 매력적입니다.
실리콘 원자는 바깥 밴드에 8 개의 전자를 넣을 공간이 있지만 자연 상태에서는 4 개만 가지고 있습니다. 이것은 4 개의 전자가 더있을 여지가 있음을 의미합니다. 하나의 실리콘 원자가 다른 실리콘 원자와 접촉하면 각각 다른 원자의 4 개의 전자를받습니다. 이것은 강한 결합을 생성하지만 8 개의 전자가 원자의 요구를 만족시키기 때문에 양전하 또는 음전하가 없다. 실리콘 원자는 수년 동안 결합하여 큰 순수한 실리콘 조각을 생성 할 수 있습니다. 이 재료는 태양 전지판의 판을 형성하는 데 사용됩니다.
여기 과학이 그림으로 들어갑니다. 순수한 실리콘의 두 판은 양전하 또는 음전하가 없기 때문에 태양 전지판에서 전기를 생성하지 않습니다. 태양 전지판은 실리콘을 양전하 또는 음전하를 갖는 다른 요소와 결합하여 만들어집니다.
예를 들어 인은 다른 원자에 5 개의 전자를 제공합니다. 실리콘과 인이 화학적으로 결합되면, 그 결과로 자유 전자가 추가되어 안정적인 8 개의 전자가 생성됩니다. 다른 인 원자에 결합되어 있기 때문에 떠날 수는 없지만 실리콘에는 필요하지 않습니다. 따라서이 새로운 실리콘 / 인 플레이트는 음전하로 간주됩니다.
전기가 흐르기 위해서는 양전하도 생성해야합니다. 이것은 실리콘을 붕소와 같은 원소와 결합하여 태양 전지판에서 달성되며, 이는 3 개의 전자만을 제공한다. 실리콘 / 붕소 플레이트는 여전히 다른 전자를 위해 남겨진 하나의 스폿을 갖는다. 이것은 판에 양전하가 있음을 의미합니다. 두 개의 판은 태양 전지판에 함께 샌드위치되어 있으며, 그 사이에 전도성 와이어가 연결되어 있습니다.
두 개의 판이 제자리에 있으면 이제 태양 전지판의 '태양'측면을 도입 할 차례입니다. 자연광은 많은 다른 에너지 입자를 방출하지만 우리가 가장 관심있는 것은 광자라고합니다. 광자는 본질적으로 움직이는 망치처럼 작동합니다. 태양 전지의 음 판이 태양과 적절한 각도를 향하게되면 광자는 실리콘 / 인 원자를 공격합니다.
결국, 자유 로워지기를 원하는 9 번째 전자는 바깥 고리에서 떨어집니다. 이 전자는 양극 실리콘 / 붕소 판이 자체 외부 밴드의 열린 지점으로 끌어 당기므로 오랫동안 자유로이 유지되지 않습니다. 태양의 광자가 더 많은 전자를 차단함에 따라 전기가 생성됩니다. 하나의 태양 전지에 의해 생성 된 전기는 그다지 인상적이지는 않지만 모든 전도성 와이어가 자유 전자를 판으로부터 멀어지게 할 때 낮은 암페어 수 모터 또는 다른 전자 장치에 전력을 공급하기에 충분한 전기가 있습니다. 사용되지 않거나 공기 중으로 손실 된 전자는 모두 음판으로 되돌아 가고 전체 프로세스가 다시 시작됩니다.
태양 전지판을 사용할 때의 주요 문제 중 하나는 크기에 비해 적은 양의 전기가 생산된다는 것입니다. 계산기에는 단일 태양 전지 만 필요할 수 있지만 태양열 자동차는 수천 대가 필요합니다. 태양 전지판의 각도가 약간이라도 변경되면 효율이 50 % 떨어질 수 있습니다.
태양 전지판의 일부 전력은 화학 배터리에 저장 될 수 있지만 일반적으로 처음에는 많은 양의 전력이 없습니다. 광자를 제공하는 동일한 햇빛은 또한 더 파괴적인 자외선 및 적외선을 제공하여 결국 패널의 물리적 성능을 저하시킵니다. 또한 패널은 파괴적인 날씨 요소에 노출되어야하며 이는 효율성에 심각한 영향을 줄 수 있습니다.
많은 출처는 태양 전지판을 광전지로 지칭하는데, 이는 전기 전압 생성에서 빛 (사진)의 중요성을 참조합니다. 미래의 과학자들에게는 더 효율적인 태양 전지판을 만드는 것이 실용적 용도로는 충분히 작고 햇빛을 사용할 수 없을 때 초과 에너지를 생성 할 수있을 정도로 강력해야합니다.