실험 5 예비(태양광에너지)

소개글

실험 5 예비(태양광에너지)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

※ 실험이론
1. 신재생에너지
2. 태양광 발전
3. 태양열 VS 태양광
4. 태양광의 특징
5. 구성
6. 태양광 발전 원리
7. 태양전지
8. 태양발전의 종류

본문내용

에 의해 자연스럽게 개발됨
- 태양전지는 전기적 성질이 다른 N(negative)형의 반도체와 P(positive)형의 반도체를 접합시킨 구조를 하고 있으며 2개의 반도체 경계부분을 P-N접합(PN-junction)이라한다.
- 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양 전지 속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체내에서 정공(+)과 전자(-)의 전기를 갖는 입자(정공과 전자)가 발생한다.
- 정공과 전자의 전기를 갖는 입자들은 각각 자유롭게 태양 전지 속을 움직이게 되지만, 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로, 정공(+)은 P형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위가 발생.
- 이 때문에 앞면과 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는 데 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리
대표적인 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘에 붕소를 첨가한 P형 실리콘반도체를 기본으로 하여 그 표면에 인을 확산시켜 N형 실리콘 반도체 층을 형성함으로서 만들어짐. 이 P-N접합에 의해 전계가 발생함
이 태양전지에 빛이 입사되면 반도체내의 전자(-)와 정공(+)이 여기되어 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 됨
자유로이 이동하다가 P-N접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게 됨. P형 반도체와 N형 반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전류가 발생됨
7. 태양전지
- 솔라셀(Solar Cell)이라고도 한다.
- 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면또는 반도체의 p-n접합에 빛을 조사하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것
- 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 p-n접합을 사용한 것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있음
- 태양전지는 비, 눈 또는 구름에 의해 햇빛이 비치지 않는 날과 밤에는 전기가 발생하지 않을 뿐만 아니라 일사량의 강도에 따라 균일하지 않은 직류가 발생.
● 태양전지로 전기를 생산할 때 전력비
-
- 태양 전지로 전기를 생산 할 때 태양 전지의 제작 비용을 고려해야함.
- 효율이 높더라도 제작 비용이 많이 들면 실용성 부족.
- 효율이 낮고 제작비가 저렴하면 경제성만 만족.
- 현재 여러 가지 물질의 형태와 방식의 태양 전지 개발 중.
● 태양전지 회로에서의 특성
- 태양전지에서 발생되는 전압과 전류의 관계는 비선형성이 매우 강하다.
의 식을 통해 태양 전지의 I-V 특성 곡선을 얻을 수 있다.- 태양 전지의 전압, 전류, 전력특성은 특히 온도와 광량에 따라 심하게 변한다.
- 태양 전지의 출력은 온도 및 광량에 따라 심하게 변함
- 태양전지의 출력은 일사량 및 온도 등의 주변 환경에 따라 변하게 되고, 부하상태 또한 변화
- 태양전지의 전압-전류 특성의 MPPT점과 부하에 의해 결정되는 점이 항상 일치는 거의 불가능하다
- MPPT : 태양의 고도가 시간에 따라 변하는 것을 감안하여 자동으로 태양빛을 추적하여 솔라셀 각도를 제어하는 시스템
- 출력전압의 증가에 따라 현 출력이 최대 출력점에 비하여 좌측에 위치해 있으면 전력이 증가하게 되고, 반대로 우측에 위치하면 전력이 감소하게 된다.
● 태양전지의 종류와 특징
- 만들어지는 재료의 원료에 따라 종류가 나누어진다.
- 크게 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양 전지 등으로 나뉜다.
- 기판을 실리콘 웨이퍼로 사용하느냐 유리 등 다른 기판을 사용하느냐에 따라 BULK형과 박망형으로 나뉜다.
① 단결정질
- 단결정 실리콘 재료.
- 재료 내부의 원자 배열의 방향이 균일한 상태
- 태양전지의 전력변환효율이 우수.
- 고가의 제조가격
② 다결정질
- 다결정 실리콘 재료
- 재료 내부의 원자가 규칙적으로 배열되어 있는 방향이 서로 다른 부분으로 구성
- 원자 배열의 불연속면이 존재하게 되고 이러한 불연속면 때문에 전력변환효율이 단결정에 비해 낮다.
- 제조공정이 간단하고 대량 생산이 가능
- 가격이 저렴
구분
단결정 실리콘
다결정 실리콘
순도
높다.
낮다.
결정 결함 밀도
낮다.
비교적 낮다.
효율
높다.
비교적 낮다.
효율의 도달 한계치
35%
19%
제조 방법
초크랄스키법, 플로팅존법
캐스트법, 리본법
원가
고가
상용화 가능한 낮은 비용
특징
변환 효율(15%~25%)은 높지만 제조 온도가 높아(1500도) 대량의 전력 소모.
단결정 실리콘보다 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 적다.
재료
Si, GaAs*
Si,CulnSe2*, CdTe*
③ 방막형
- 얇은 막 형태로 제작
- 낮은 효율
- 표면이 불규칙한 곳이나 장치하기 어려운 곳에 수비게 사용 가능
- 말아서 운반하거나 보관 가능
- 보통 마이크로(μm) 정도 두께의 물질을 1mm 정도 두께의 유리 등에 코팅하여 제작
- 단결정 GaAs의 경우에는 단결정 Ge 위에 코팅
④ 비정질
- 분자가 무작위로 배열되어 규칙이 없는 상태
- 결정구조가 아니므로 비교적 쉽게 얇은 막 제작 가능
- 소량의 실리콘 사용.
- 결정질 실리콘 태양전지에 비해 대량, 연속 생산 및 저가화가 가능
- 사용에 따라 효율이 감소하는 초기 열화현상 발생
- 생산량이 비교적 많은 편
- 기판의 종류를 다양하게 사용 가능
- 결정질 실리콘 태양전지에 비해 수명이 비교적 짧다.
- 제조 재료는 Si*
8. 태양발전의 종류
① 독립형 시스템
- 태양광 발전만으로 전기를 만들어 자급자족하는 형태
- 등대나 섬과 같이 전력 계통이 정비되지 않은 지역에서 이용
- 현재 가장 많이 쓰이고 있는 종류
- 순수 태양광으로 사용 가능한 시간 짧음.
- 발전된 전기를 저장하는 기능이 필수적
- 큰 용량의 축전지를 사용.
② 계통 연계 시스템
- 태양광 발전으로 만든 전기와 함께 다른 전기를 같이 사용하는 형태
(전력회사에서 공급하는 전기를 같이 사용)
- 태양광으로 발전되지 않는 시간에는 전력 계통으로부터 전력을 공급
- 태양광으로 발전하여 전기를 사용하고도 남는 경우에는 전력 계통에 전송

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전기공학실험,   태양광에너지,   실험 5 예비(태양광에너지)