광전지 또는 태양전지
정의
광전지(PV) 셀은 빛을 전기 에너지로 변환하는 반도체 장치입니다. PV 셀에 의해 유도되는 전압은 입사 빛의 강도에 따라 달라집니다. "광전지"라는 용어는 빛("photo")을 통해 전압("voltaic")을 생성할 수 있는 능력에서 유래되었습니다.
반도체 재료에서 전자는 공유결합으로 결합되어 있습니다. 전자기 복사는 광자라고 불리는 작은 에너지 입자로 구성됩니다. 광자가 반도체 재료에 충돌하면 전자가 활성화되어 방출되기 시작합니다.
이 활성화된 전자를 광전자라고 하며, 전자 방출 현상을 광전효과라고 합니다. 광전지 셀의 작동은 광전효과에 의존합니다.
광전지 셀의 구조
비소 화합물, 인듐, 카드뮴, 실리콘, 셀레늄, 갈륨 등 반도체 재료가 PV 셀 제작에 사용됩니다. 주로 실리콘과 셀레늄이 셀 제작에 사용됩니다.
다음은 실리콘 광전지 셀의 구조를 예로 들어 설명합니다:
단일 PV 셀은 단결정 또는 다결정 반도체 재료로 만들어집니다.
단결정 셀은 단일 결정 잉곳에서 슬라이스되며, 다결정 셀은 여러 결정 구조를 가진 재료로 제작됩니다.
단일 셀의 출력 전압과 전류는 매우 낮으며, 일반적으로 각각 약 0.6V와 0.8A입니다. 효율성을 향상시키기 위해 셀들을 다양한 구성을 통해 결합합니다. PV 셀을 연결하는 세 가지 주요 방법이 있습니다:
PV 셀의 병렬 연결
병렬 구성에서는 셀 사이의 전압은 변하지 않지만, 전체 전류는 두 배(또는 셀 수에 비례하여 증가) 됩니다. 병렬 연결된 PV 셀의 특성 곡선은 아래와 같습니다.
PV 셀의 직렬-병렬 연결
직렬-병렬 구성에서는 전압과 전류가 모두 비례하여 증가합니다. 태양광 패널은 일반적으로 더 높은 출력을 달성하기 위해 이러한 셀의 조합을 사용하여 제작됩니다.
태양 모듈은 개별 태양광 셀을 연결하여 만들어집니다. 여러 태양 모듈의 조립은 태양광 패널이라고 합니다.
PV 셀의 작동 원리
빛이 반도체 재료에 충돌하면 통과하거나 반사될 수 있습니다. PV 셀은 완벽한 도체도 절연체도 아닌 반도체 재료로 만들어져 있어 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 매우 효율적입니다.
반도체가 빛을 흡수하면 전자가 방출되기 시작합니다. 이는 빛이 광자라고 불리는 작은 에너지 패킷으로 구성되기 때문입니다. 전자가 광자를 흡수하면 활성화되어 재료 내에서 움직이기 시작합니다. 내부 전기장은 이러한 입자들이 한 방향으로 움직이도록 강제하며, 이를 통해 전류가 생성됩니다. 반도체 위의 금속 전극은 전류가 흐르게 합니다.
아래 그림은 저항 부하에 연결된 실리콘 PV 셀을 나타냅니다. 셀은 P형과 N형 반도체층을 결합하여 PN 접합을 형성합니다.
접합은 p형과 n형 재료 사이의 경계입니다. 빛이 접합에 충돌하면 전자가 한 영역에서 다른 영역으로 이동하기 시작합니다.
태양광 발전소에서 태양광 셀은 어떻게 설치됩니까?
최대 전력점 추적기(MPPT), 인버터, 충전 조절기, 배터리 등의 장치가 태양복사를 전기 전압으로 변환하는 데 사용됩니다.
최대 전력점 추적기 (MPPT)
MPPT는 태양의 위치를 추적하는 특수한 디지털 컨트롤러입니다. PV 셀의 효율은 일조량에 따라 달라지며, 지구의 자전으로 인해 일조량은 하루 중에 변동합니다. MPPT는 패널의 방향을 조정하여 빛 흡수와 출력을 최대화합니다.
충전 조절기
충전 조절기는 태양광 패널로부터의 전압을 조절하고 배터리의 과충전이나 과전압을 방지하여 안전하고 효율적인 에너지 저장을 보장합니다.
인버터
인버터는 패널로부터의 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하여 일반 가전제품이 요구하는 AC 전력을 제공합니다.
