태양 전지 작동 원리 : 태양 전지판이 작동하고 작동하는 방식

태양광선을 가정과 기타 시설에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 에너지로 효과적으로 변환하는 것은 많은 녹색 에너지 지지자들의 소중한 꿈입니다.

그러나 태양 전지의 작동 원리와 효율성은 아직 그러한 시스템의 높은 효율성에 대해 말할 필요가 없을 정도입니다. 자신만의 추가 전기 공급원을 갖는 것이 좋을 것입니다. 안 그래? 게다가 오늘날에도 러시아에서는 태양광 패널의 도움으로 상당수의 개인 가구에 "무료" 전기가 성공적으로 공급되고 있습니다. 아직도 어디서부터 시작해야 할지 모르시나요?

아래에서는 태양광 패널의 설계 및 작동 원리에 대해 설명하고, 태양광 시스템의 효율성이 무엇에 달려 있는지 알아보겠습니다. 그리고 기사에 게시된 비디오는 자신의 손으로 광전지로 태양 전지판을 조립하는 데 도움이 될 것입니다.

태양광 패널: 용어

"태양 에너지"라는 주제에는 상당히 많은 뉘앙스와 혼란이 있습니다. 초보자가 처음에는 익숙하지 않은 용어를 모두 이해하는 것이 어려운 경우가 많습니다. 그러나 이것이 없이는 태양 에너지에 참여하고 "태양"전류를 생성하기 위한 장비를 구입하는 것은 불합리합니다.

자신도 모르게 잘못된 패널을 선택할 수 있을 뿐만 아니라 연결할 때 패널을 태워버리거나 패널에서 너무 적은 에너지를 추출할 수도 있습니다.

먼저, 기존의 태양에너지 설비 유형을 이해해야 합니다. 태양광 패널과 태양열 집열기는 근본적으로 다른 두 가지 장치입니다. 둘 다 태양 광선의 에너지를 변환합니다.

그러나 첫 번째 경우 소비자는 출력에서 ​​전기 에너지를 받고 두 번째 경우 가열된 냉각수의 형태로 열에너지를 받습니다. 태양광 패널은 다음 용도로 사용됩니다. 가정 난방.

태양광 패널의 최대 수익은 태양광 패널의 작동 방식, 구성 요소 및 조립품, 그리고 모두 올바르게 연결되는 방법을 아는 경우에만 얻을 수 있습니다.

두 번째 뉘앙스는 "태양 전지"라는 용어의 개념입니다. 일반적으로 "배터리"라는 단어는 일종의 전기 저장 장치를 나타냅니다. 아니면 진부한 난방기가 떠오릅니다. 그러나 태양전지의 경우 상황은 근본적으로 다르다. 그들은 그 자체로 아무것도 축적하지 않습니다.

태양광 패널은 일정한 전류를 생성합니다. 이를 변수(일상생활에서 사용되는)로 변환하려면 회로에 인버터가 있어야 합니다.

태양광 패널은 오로지 전류를 생성하도록 설계되었습니다. 이는 태양이 지평선 아래로 내려가는 밤에 집에 전기를 공급하기 위해 축적되며, 이미 시설의 에너지 공급 회로에 추가로 존재하는 배터리에 축적됩니다.

여기서 배터리는 하나의 전체로 조립된 유사한 구성 요소의 특정 세트와 관련하여 의미됩니다. 실제로 이것은 여러 개의 동일한 광전지로 구성된 패널일 뿐입니다.

태양전지 내부 구조

점차적으로 태양광 패널은 더 저렴해지고 더 효율적이 되고 있습니다.이제 가로등, 스마트폰, 전기 자동차, 개인 주택 및 우주 위성의 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 그들은 심지어 발전량이 많은 본격적인 태양광 발전소(SPP)를 건설하기 시작했습니다.

태양 전지는 태양의 광자 에너지를 전기로 변환하는 많은 광전지(광전 변환기)로 구성됩니다.

각 태양전지는 직렬로 연결된 반도체 광전지를 결합한 일정 개수의 모듈 블록으로 설계됐다. 이러한 배터리의 작동 원리를 이해하려면 반도체를 기반으로 만들어진 태양광 패널 장치의 최종 링크 작동을 이해하는 것이 필요합니다.

광전지 결정의 종류

다양한 화학 원소로 만들어진 수많은 FEP 옵션이 있습니다. 그러나 대부분은 초기 단계의 개발입니다. 현재까지 실리콘 기반 광전지로 만든 패널만 산업 규모로 생산되고 있습니다.

실리콘 반도체는 가격이 저렴하기 때문에 태양전지 제조에 사용되지만 특별히 높은 효율을 자랑할 수는 없습니다.

태양광 패널의 일반적인 광전지는 두 개의 실리콘 층으로 구성된 얇은 웨이퍼로, 각 층은 고유한 물리적 특성을 가지고 있습니다. 이것은 전자-정공 쌍이 있는 전형적인 반도체 p-n 접합입니다.

광자가 이들 반도체층 사이의 광전지에 충돌하면 결정의 불균일성으로 인해 게이트 광기전력(Gate Photo-EMF)이 형성되어 전위차와 전자 전류가 발생합니다.

태양 전지의 실리콘 웨이퍼는 제조 기술이 다음과 같이 다릅니다.

1. 단결정.
2. 다결정.

전자는 효율성이 더 높지만 생산 비용은 후자보다 높습니다. 외부적으로는 태양광 패널의 한 옵션이 모양으로 다른 옵션과 구별될 수 있습니다.

단결정 태양전지는 균일한 구조를 갖고 있으며, 모서리가 잘린 사각형 형태로 만들어집니다. 대조적으로, 다결정 요소는 완전한 정사각형 모양을 갖습니다.

다결정은 용융된 실리콘을 점진적으로 냉각하여 얻습니다. 이 방법은 매우 간단하므로 광전지의 가격이 저렴합니다.

그러나 태양광선을 이용한 전기 생산 측면에서 생산성은 15%를 넘는 경우가 거의 없습니다. 이는 생성된 실리콘 웨이퍼와 내부 구조의 "불순물" 때문입니다. 여기서 p-실리콘층이 순수할수록 태양전지의 효율은 높아진다.

이와 관련하여 단결정의 순도는 다결정 유사체의 순도보다 훨씬 높습니다. 그것들은 용융된 것이 아니라 인위적으로 성장한 고체 실리콘 결정으로 만들어졌습니다. 이러한 태양전지의 광전변환계수는 이미 20~22%에 이른다.

개별 광전지는 알루미늄 프레임의 공통 모듈로 조립되며, 이를 보호하기 위해 태양광선을 전혀 방해하지 않는 내구성 있는 유리로 상단을 덮습니다.

태양을 향한 광전지판의 최상층은 동일한 실리콘으로 만들어졌지만 인이 추가되었습니다. pn 접합 시스템에서 과잉 전자의 원인이 되는 것은 후자입니다.

태양 에너지 분야의 진정한 혁신은 비정질 광전지 실리콘을 사용한 유연한 패널의 개발이었습니다.

태양광 패널의 작동 원리

햇빛이 광전지에 떨어지면 비평형 전자-정공 쌍이 생성됩니다. 과잉 전자와 정공은 pn 접합을 통해 반도체의 한 층에서 다른 층으로 부분적으로 전달됩니다.

결과적으로 외부 회로에 전압이 나타납니다. 이 경우, 전류원의 양극은 p층의 접점에 형성되고, 음극은 n층의 접점에 형성된다.

광전지 접점 사이의 전위차(전압)는 n층에 태양광선을 조사한 결과 p-n 접합의 서로 다른 측면에 있는 "정공" 수와 전자의 변화로 인해 나타납니다.

배터리 형태로 외부 부하에 연결된 광전지는 악순환을 형성합니다. 결과적으로, 태양전지판은 전자가 단백질 사이에서 함께 "이동"하는 일종의 바퀴처럼 작동합니다. 그리고 배터리는 점차적으로 충전됩니다.

표준 실리콘 광전지 변환기는 단일 접합 셀입니다.전자의 흐름은 광자 에너지가 제한된 이 전이 영역이 있는 하나의 p-n 접합을 통해서만 발생합니다.

즉, 이러한 각 광전지는 좁은 스펙트럼의 태양 복사에서만 전기를 생성할 수 있습니다. 다른 모든 에너지는 낭비됩니다. 이것이 바로 FEP의 효율성이 매우 낮은 이유입니다.

최근 태양전지의 효율을 높이기 위해 이를 위한 실리콘 반도체 소자를 다중접합(캐스케이드)으로 만드는 일이 시작됐다. 새로운 태양전지에는 이미 몇 가지 전환이 이루어졌습니다. 또한, 이 캐스케이드의 각각은 자체 햇빛 스펙트럼에 맞게 설계되었습니다.

이러한 광전지에 대해 광자를 전류로 변환하는 총 효율은 궁극적으로 증가합니다. 그러나 그들의 가격은 훨씬 더 높습니다. 여기에는 저비용 및 저효율로 제조가 용이하거나, 높은 비용과 함께 높은 수익이 결합됩니다.

태양 전지판은 여름과 겨울에 모두 작동할 수 있습니다(열이 아닌 빛이 필요함). 구름이 덜하고 태양이 더 밝을수록 태양 전지판이 더 많은 전류를 생성합니다.

작동 중에는 광전지와 배터리 전체가 점차 가열됩니다. 전류를 생성하는 데 사용되지 않은 모든 에너지는 열로 변환됩니다. 태양광 패널 표면의 온도는 종종 50~55°C까지 상승합니다. 그러나 이것이 높을수록 광전지의 작동 효율이 떨어집니다.

결과적으로 동일한 모델의 태양전지는 추운 날씨보다 더운 날씨에 더 적은 전류를 생성합니다. 광전지는 맑은 겨울날 최대 효율을 보여줍니다. 여기에는 두 가지 요소, 즉 많은 태양과 자연 냉각이 작용합니다.

게다가 패널에 눈이 내리더라도 계속해서 전기를 생산할 수 있습니다.더욱이, 눈송이는 가열된 광전지의 열로 녹아서 그 위에 누울 시간조차 없을 것입니다.

태양전지 효율

맑은 날씨의 정오에도 하나의 광전지는 LED 손전등을 작동할 만큼만 전력을 생산합니다.

출력 전력을 높이기 위해 여러 개의 태양 전지를 병렬 회로로 결합하여 DC 전압을 높이고 직렬 회로로 결합하여 전류를 증가시킵니다.

태양광 패널의 효율성은 다음에 따라 달라집니다.

• 공기 온도와 배터리 자체 온도;
• 부하 저항의 올바른 선택;
• 햇빛의 입사각;
• 반사 방지 코팅의 유무;
• 광속 전력.

외부 온도가 낮을수록 광전지와 태양전지가 전체적으로 더 효율적으로 작동합니다. 여기에서는 모든 것이 간단합니다. 그러나 부하 계산을 사용하면 상황이 더욱 복잡해집니다. 패널에서 공급되는 전류를 기준으로 선택해야 합니다. 그러나 그 가치는 날씨 요인에 따라 달라집니다.

태양광 패널은 12V의 배수인 출력 전압으로 생산됩니다. 24V를 배터리에 공급해야 하는 경우 두 개의 패널을 병렬로 연결해야 합니다.

태양전지의 매개변수를 지속적으로 모니터링하고 작동을 수동으로 조정하는 것은 문제가 됩니다. 이를 위해 사용하는 것이 좋습니다 제어 컨트롤러, 최대 성능과 최적의 작동 모드를 달성하기 위해 태양광 패널의 설정을 자동으로 조정합니다.

태양전지에 태양광선이 입사하는 이상적인 각도는 직선이다. 그러나 수직에서 30도 이내로 벗어나면 패널의 효율은 약 5% 정도만 떨어진다.그러나 이 각도가 더 커지면 반사되는 태양 복사의 비율이 증가하여 태양 전지의 효율이 감소합니다.

배터리가 여름에 최대 에너지를 생산해야 하는 경우 봄과 가을에 춘분점에서 차지하는 태양의 평균 위치에 수직으로 방향을 지정해야 합니다.

모스크바 지역의 경우 이는 수평선에서 약 40~45도입니다. 겨울에 최대값이 필요한 경우 패널을 보다 수직 위치에 배치해야 합니다.

그리고 한 가지 더 - 먼지와 오물은 광전지의 성능을 크게 저하시킵니다. 광자는 그러한 "더러운" 장벽을 통해 도달하지 않습니다. 이는 전기로 변환할 것이 없음을 의미합니다. 패널은 정기적으로 세척하거나 먼지가 비에 의해 스스로 씻겨 나가도록 배치해야 합니다.

일부 태양광 패널에는 방사선을 태양전지에 집중시키는 렌즈가 내장되어 있습니다. 맑은 날씨에는 효율성이 향상됩니다. 그러나 무거운 구름에서는 이러한 렌즈가 해를 끼칠 뿐입니다.

이러한 상황에서 기존 패널이 더 작은 볼륨에도 불구하고 계속해서 전류를 생성하면 렌즈 모델이 거의 완전히 작동을 멈춥니다.

태양은 광전지 배터리를 이상적으로 고르게 비춰야 합니다. 해당 섹션 중 하나가 어두워지면 조명이 꺼진 태양 전지가 기생 부하로 변합니다. 이러한 상황에서는 에너지를 생성하지 않을 뿐만 아니라 작동 요소에서 에너지를 빼앗아갑니다.

태양 광선의 경로에 나무, 건물 또는 기타 장애물이 없도록 패널을 설치해야 합니다.

주택 태양광 발전 공급 다이어그램

태양광 발전 시스템에는 다음이 포함됩니다.

1. 태양 전지 패널.
2. 제어 장치.
3. 배터리.
4. 인버터(변압기).

이 회로의 컨트롤러는 태양광 패널과 배터리를 모두 보호합니다. 야간 및 흐린 날씨에 역전류가 흐르는 것을 방지하는 한편, 과도한 충방전으로부터 배터리를 보호합니다.

태양광 패널용 충전지는 수명과 용량이 동일하게 선택되어야 합니다. 그렇지 않으면 충전/방전이 고르지 않게 발생하여 수명이 급격히 단축됩니다.

12, 24, 48V의 직류를 교류 220V로 변환하려면 다음이 필요합니다. 인버터. 자동차 배터리는 빈번한 재충전을 견딜 수 없기 때문에 이러한 회로에서는 사용하지 않는 것이 좋습니다. 돈을 쓰고 특수 헬륨 AGM 또는 침수 OPzS 배터리를 구입하는 것이 가장 좋습니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

작동 원리 및 태양 전지 패널 연결 다이어그램 이해하기 그리 어렵지는 않습니다. 그리고 아래에 수집한 비디오 자료를 사용하면 태양광 패널의 기능 및 설치에 대한 모든 복잡성을 훨씬 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

광전지 태양전지의 작동 방식을 모든 세부 사항에 대해 접근하고 이해할 수 있습니다.

다음 비디오에서 태양광 패널이 어떻게 작동하는지 확인하세요.

광전지로 DIY 태양광 패널 조립:

의 각 요소 태양광 발전 시스템 별장은 올바르게 선택되어야합니다. 배터리, 변압기 및 컨트롤러에서는 불가피한 전력 손실이 발생합니다. 그리고 그것들은 최소한으로 줄여야 합니다. 그렇지 않으면 이미 다소 낮은 태양광 패널의 효율성이 0으로 줄어들 것입니다.

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