태양광에너지와 태양열에너지

 

 

 

 안녕하세요 시제품 개발 전문기업 디자인웨일입니다.

 

 

오늘은 태양광에너지와 태양열에너지에 대해 알아보겠습니다.

 

태양에너지는 최근 신재생 에너지로 각광받고 있는 에너지 중 하나입니다.

태양에너지는 크게 태양광에너지와 태양열에너지로 나뉘는데요.

태양광에너지는 태양으로 부터 오는 빛을 반도체 소자를 이용하여 전기를 만들어내는 방식.

태양열에너지는 태양의 복사열을 흡수 저장하고 활용하는 것으로 열 자체를 이용하는 방식입니다.

 

태양광에너지

 

태양 전지 패널

 

태양광 전지는 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 장치입니다.

태양광 전지 또는 PV전지라고도 합니다.

광전지 효과를 통해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기 장치로

태양 전지는 빛에 노출될 때 전류, 전압 또는 저항과 같은

전기적 특성이 변하는 장치로 정의되는 광전 전지의 한 형태입니다.

 

이 전기는 휴대폰, 노트북, 자동차 배터리, 독서등, 개인용 선풍기 등의 전기 장치를 충전하는 데 사용됩니다.

태양 전지의 전기를 배터리에 저장하여 후에 슈퍼커패시터를 사용할 수 있도록 합니다.

 

슈퍼커패시터는 충전기를 사용할 때 직사광선 아래에 있지 않더라도

온디맨드 방식으로 장치를 충전할 수 있게 해줍니다.

 

 

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태양광 에너지의 원리

 

 

태양전지는 반도체에 빚을 쬐어 전자가 튀어나옴으로써 전류를 흐르게 하는 광전효과를 이용하여 전력을 생산합니다,



태양전지의 구조는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합하고

그것을 외부의 전기기구와 저항이 작은 회로로 연결한 것으로 볼 수 있습니다.

여기서 두 반도체를 접합한 부분을 p-n 접합이라합니다.

① 햇빛이 없을 때 p-n 접합에서는 농도 차로 인해 확산한 캐리어가 전기장을 형성하고

② 그로 인해 더 이상 캐리어의 확산이 일어나지 않는 공핍 영역을 형성합니다.

③ 이때 태양 빛을 n형 반도체에 쪼이면 광전효과가 발생하여서 과잉캐리어가 생성됩니다.

 

p형 반도체의 전자, n형 반도체의 정공은 앞서 형성된 전기장의 방해를 받지 않고

각각 n형 반도체, p형 반도체로 이동할 수 있습니다.

이를 통해 n형 반도체 쪽에는 전자들이 모이고 p형 반도체 쪽에는 정공들이 모입니다.

이 작용에 의해 p극과 n극 사이에 전위차가 발생하며,

이때 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 됩니다.

 

태양전지의 효율에 영향을 미치는 인자로는

빛의 파장의 전자와 정공의 재결합률, 자연저항, 온도, 반사, 전기저항 등이 있으며

태양전지가 수집한 충전 운반체 수와 태양전지에 입사하는 에너지인 광자 수의 비를 의미하는

양자 효율도 관건입니다.

 

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태양광에너지의 장점

 

 

○ 태양광에너지는 휘발유 같은 화석 에너지에 비해 고갈하지 않고

오염물질이 배출되지 않기 때문에 친환경적입니다.

 

○ 수명이 깁니다. 태양 전지판의 수명은 약 40년입니다.

 

 

○ 태양광이 없을 때 나중에 태양전지에서도 사용할 수 있습니다

 

 

 

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태양에너지의 단점

 

 

○ 에너지를 생성하기 위해서는 햇빛에 지속적으로 노출되어야 합니다.

흐린 날에도 최대한의 성능을 발휘하지 못합니다.

 

○ 초기 비용이 높습니다장기적으로 볼 때는 경제적이지만

초기 비용이 높아 모든 사람이 쉽게 접근할 수는 없습니다.

 

○ 태양광 에너지는 상대적으로 효율성이 낮습니다.

태양 에너지를 전기 에너지로 변환 할 때, 효율성은 약 25%입니다.

 

 

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태양광 에너지의 활용

 

태양광도로

태양광 도로는 청정 에너지를 생성하고

야간에 스스로 빛을 발하며 겨울철에 눈과 얼음을 녹일 수 있습니다.

 

태양광 자동차

태양전지판을 통해 얻은 태양광을 전기로 변환해 모터를 구동하는 자동차입니다.

가솔린이나 디젤 차량에 비해 친환경적이고, 전기차나 수소차에 비해 충전이 편리합니다.

 

 

 

태양광 방음 터널

태양광 에너지를 통해 전력을 생산하는 것은 물론

주변지역에 도로 소음을 차단하는 방음기능을 제공합니다.

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태양열에너지

 

태양열 에너지의 원리

 

 

 

 

태양열 발전은 태양으로부터 오는 복사 광선을 집열판으로 흡수해 열에너지를 모은 후

이 열을 이용하여 전기에너지를 만드는 방식입니다.

즉, 태양에너지에서 나오는 열로 물을 끓여 나오는 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.

이용 시스템은 크게 집열부, 축열부, 이용부 등 3가지로 분류할 수있습니다.

 

집열부

태양으로부터 받는 에너지를 모아 열로 변환하는 장치이며 가장 중요한 부분입니다.

일반적으로 집열판은 투명한 유리로 구성되며, 집열온도는 집열기의 열 손실율과 집광 장치의 유무에 따라 결정됩니다.

 

축열부

열저장 탱크로 집열량이 이용시점과 부하량이 일치하지 않기 때문에 일종의 버퍼역할을 합니다.

 

이용부

축열 된 태양열을 효율적으로 수송, 이용하는 기술로써 주택의 냉난방, 급탕 등에 이용하는 것으로

집열된 열을 강제 순환방법으로 이용하는 설비형과 자연형태로 이용하는 자연형,

그리고 이들 두 형태를 조합한 복합형이 있습니다.

 

태양열에너지는 에너지밀도가 낮고 계절과 시간의 영향을 많이 받는 에너지이므로

집열기술과 축열기술은 가장 기본이 되는 기술입니다.

 

 

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태양열에너지의 장점

 

○ 작동 중 이산화탄소 배출이 없습니다.

 

○ 물 가열 에너지는 최대 60% 절감되며

공간 난방 에너지는 최대 35% 절감됩니다.

 

○ 화석 연료 소비가 감소합니다.

 

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태양열에너지의 단점

 

○ 대량의 물을 데워 전기 에너지를 발생 시킬 만큼 증기를 만들어야 해 소형화가 어렵습니다.

 

○ 열에너지에서 전기에너지로 변환하는 과정이 복잡해 에너지 효율이 낮습니다.

 

○ 발전시설을 설치하는 장소와 크기에 제약을 가집니다.

 

 

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태양열에너지의 활용

 

 

 

태양열 바닥 난방

태양열 시스템은 물을 가열하여 바닥 난방에 전력을 공급할 수 있습니다.

 

 

 

산업 공정을 위한 태양열 에너지

일부 산업에서 태양열 에너지는 열을 처리하여 뜨거운 공기와 온수를 제공할 수 있습니다.

섬유, 벽돌 및 식품 가공 산업은 태양열을 사용하는 산업의 예입니다.

 

 

 

수영장 난방

태양열 에너지를 통해 수영장의 난방 및 에너지 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

 

 

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태양광과 태양열에너지는 발전방식의 차이만 있을 뿐 태양에너지를 사용한다는 점은 같습니다.

설치비용은 태양열 에너지 쪽이 더 저렴하지만 가정에서 활용할 경우에는 온수와 난방으로 용도가 한정되어 있습니다.

전기를 더 효율적으로 사용하고 싶은 분들에게는 태양광발전이 더 적합합니다.

 

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오늘은 태양광에너지와 태양열에너지에 대해서 알아봤는데요.

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