태양광 충전기, 직접 사용해보니..잉?

처음엔 호기심에 상품을 바라보고 있었습니다.
태양광 충전기... 이름과 원리는 대략적으로 들은 것 같지만 실제로 생활에 점목해서 써본적이 없으니까 말입니다.

'이게 과연 얼마나 큰 성능을 낼 수 있을까..?'

'태양광으로 정말 소형 가전기기들의 충전이 가능할까?'

이러한 의문을 품으면서 말이지요.

사실 태양광 발전이라고 하면 이름만 친근할 뿐이지 우리생활에서 활용하는 사람들은 얼마 없기 때문입니다.
물론 집에 태양광 설비가 되어있는 곳은 제외하고요^^

그래서 호기심을 채워주기 위한 지름신이 강림을 하여 물건을 주문하였습니다.




#1. 기다리던 태양광 충전기!!! 과연 잘 될까?

몇일 후...
저의 손에 도착한 태양광 충전기!!

상당히 작은 사이즈라 성능이 의심되기는 했지만 번지르르 하죠?
열어보니 많은 컨넥터들이 들어 있고 그 컨넥터들은 다양한 모양의 단자에 맞도록 5가지 형태로 되어 있었습니다.

그럼 이제 찬찬히 한번 살펴볼까요?

위쪽에 검은 부분이 다들 아시다시피 태양광을 받을 수 있는
Cell 부분입니다. 그리고 뜯어보면 알 수 있겠지만 저 충전기 내부에는
충전이 가능하도록 400mhA 짜리 베터리가 내장되어 있습니다.
태양빛을 받아서 전기로 만든 후 베터리에 저장하는 원리이지요.

크기를 줄이기 위해서 Cell도 소형이고 베터리 용량도 작은것이
마음이 걸리긴 합니다만, 이 제품만 그런 것이고 다른 제품들 중에서는
Cell도 크고 내장 베터리도 큰 것들이 많이 있습니다.




악세서리용도와 함께 급할때 유용하게 사용할 수 있다는 점에서 이 태양광 충전기에 점수를 주고 싶네요^^;
자 그러면 아기다리고기다리던 태양광 충전기를 직접 사용해 보도록 하겠습니다.

물론 이 실험을 위해서 저는 태양광 충전기 내부의 베터리를 모두 방전 시키고
(충전한 적도 없습니다만^^; 혹시 몰라서 다른 기기에 전류가 흐르도록 꼽아두었습니다. )
핸드폰 베터리도 베터리 표시가 깜빡일 때 까지 충분히 방전시켜 주었습니다. (덕분에 사이버 고객센터와 베스트 프랜드가 되었습니다.)

                                                        <베터리 표시가 안보이죠?^^ 깜빡이고 있는 중입니다.>

이 상태를 만든 후 태양광 충전기와 핸드폰을 연결하고 햇빛이 잘 드는 오후 2시경부터 창가에 두기 시작하였습니다.
과연 잘 될까 굉장히 궁금했습니다..^^

                                                              <일광욕을 즐기고 있는 태양광 충전기와 핸드폰>

자 그럼 이제 세상에서 가장 어려운 기초산수 공부를 해보도록 하겠습니다.
제 핸드폰 베터리는 800mAh 이므로 태양광 충전기(400mAh) 가 완충되어 핸드폰으로 에너지를 넘겨주어도 제 핸드폰은
절반밖에 충전되지 않을 것입니다. 
저의 핸드폰 베터리 충전 칸수는 4칸에 깜빡이는 모양까지는 총 5칸, 결국 1칸에 160mAh가 필요합니다.
이제 계산은 접고 지켜보도록 하겠습니다.

충전모습은 센스 있게 동영상으로 감상해보도록 하겠습니다.

  

                                                       ( 회사에서 열심히 실험해봤습니다..ㅜ_ㅠ )

깜빡이던 베터리 표시가 깜빡이지 않게 되고..... 해가 졌습니다.ㅠ_ㅜ

설명서에는 14시간을 태양빛에 충전해야 400mAh가 완충된다고 쓰여 있습니다.....
이는 곧 1시간에 28mAh를 충전할 수 있다는 소리이므로 제가 3~4시간 실험을 진행하였으니
114mAh가 충전되었기 때문에 파란 베터리 표시까지 충전이 도달하지 못하였습니다.

파란 베터리 표시를 보기위해서 기다리다 제 속이 먼저 뒤집어 질 듯 하여^^ 그냥 다시 충전을 하였습니다.


물론 Cell이 더 크고 베터리 용량도 많은 제품이 있으므로 구매하고 싶으신 블로거 분들께서는 사용 목적에 맞는 제품을
구매하시는 것이 좋겠지요?^^


그럼 여기서!!!! 간단 과학공부를 시작해 보겠습니다. 
어떻게  태양 빛이 전기에너지로 바뀌었을까요?


#2. 태양빛이 어떻게 전기로 전환되었을까?

먼저 기본적으로 Solar Cell (빛 받는 부분)이 어떤 것으로 되어 있는지 부터 알아야 되겠지요?

Solar Cell은 우리가 잘 알고 있는 반도체의 원리를 기본으로 합니다.
반도체는 잘 아시다시피 에너지를 받았을 때는 전류를 흘려주는 전도체로  평소에는 전기를 흘려주지 않는
부도체의 성질을 가지고 있는 물질입니다.

그럼 Solar Cell은 어떤 반도체로 만들어 졌을까요..

그것은 바로 P-N 접합 반도체 입니다. 물론 다양한 종류의 반도체가 존재하지만

가장 기본적인 Solar Cell을 이루는 P-N 접합 반도체만을 예로 들겠습니다.

여기서 P-N 이 도대체 뭘까? 라고 의문이 드실겁니다^^
P는 (+)성질을 가지고 있고 (Hole :  정공) N은 (-) 성질을 가지고 있는 (Electron : 전자)
물질입니다.

머리 아프시다구요?^^ 아닙니다. 중학교 수준의 과학상식이면 쉽게 이해하실 수 있으니
걱정마세요.^^

P-type :  B       Accepter (Hole 제공)    Si에 도핑함    P 타입이 됨
N-type : P, As  Donor (Electron제공)    Si에 도핑하면 N 타입이 됨

그럼 이 두가지 성질을 가진 물질을 서로 붙이게 된다면 어떻게 될까요!?

이것으로 기초 과학시간은 끝났습니다!


#3. 태양전지의 원리, 이제는 쉽게 설명할 수 있다!

"엄마, 태양에너지가 어떻게 전기로 변해?"

"응~ 그건 아빠한테 물어봐~"

자, 이제 이 부분만 읽으시면 이렇게 안하셔도 됩니다^^; (아마 아빠도...^^;;.)

위에서 제기한 대로 P-Type(+) 과 N-type(-) 이 붙어있습니다.
여기에 태양광 에너지를 맞게 된다면 자유전자가 생성되게 됩니다.
"아니 없던 자유전자가 태양광 에너지때문에 생긴다구요!? " 예~ 맞습니다.
원래는 자유전자가 아니었으나 태양에너지가 고정된 전자에 땅~ 하고 부딪히는 순간 자유전자가
생성되는 것입니다.

이렇게 태양광으로부터 생성된 자유전자들은 신나게 움직이기 시작합니다.



그러다가 전자(-)와 정공(+)이 이동하면서 접합된 부위에 생성된 전기장 때문에 전자와 정공은 아래 사진처럼 이동이 됩니다.

P타입과 N 타입 두개의 접합 부위에서는 공핍층이라는
층이 생기는데 그 부분에서는 아무런 정공도 전자도
없는 곳입니다.^^ 전자와 정공이 이동하면서 전기장이 형성되고
공핍층 내에 전자와 정공이 있더라도 전기장에 의해서
공핍층에서 빠져나가 전자는 N형 실리콘으로 홀은 P형 실리콘으로
이동됩니다.  이것은 모르셔도 됩니다. ^^;

좌측 사진을 보시면 전자(-)는 위로 정공(+)은 아래로 이동한걸 알 수 있습니다.


그러면 여기서 추가될 중학교 과학 상식!!!

전자(-)의 이동방향과 전류(I)의 이동방향은 반대!!! 라는 것이죠...^^


그림처럼 전선을 연결했을 때 태양광에 의해 생성된 전자들은 N형 실리콘에 모여있다가
전선을 타고 열심히 이동하게 되고 전자가 이동하는 방향의 반대방향으로 전류가 형성 되게 됩니다.
(전류는 +극에서 -극으로 이동하죠?^^ 전자(-)의 이동방향은 그 반대라는 뜻입니다.)

참 쉽죠잉?^^ 물론 세부적으로 들어간다면 굉장히 복잡하고 다양한 학문들이 접목된 기술입니다만
그것은 전공자의 몫!!!^^ 이정도면 충분하겠지요?

(저도 오랫만에 보니 가물가물 합니다^^)

#4. 앞으로 나아가야 할 태양전지의 방향!

태양전지는 광만 있으면 언제라도 어디서도 증기를 꺼내쓸 수 있기 때문에 석유, 석탄등의 연로에
대체에너지 공급시스템으로서 주목받고 있습니다.

또한 태양전지는 광이 닿으면 전기를 발생시키고, 유해 폐기물, 소음등을 발출하지 않으며,
사이즈나 규모에 제한이 없고(제 충전기를 보면 아시겠지요?^^), 일정한 효율로 전기를 생산할 수 있습니다.
이것이 바로 태양전지의 큰 장점이지요.

사실 위에 설명한 실리콘 태양전지는 전기로 변환할 수 있는 광의 파장이 제한되어 있습니다.
특히나 제가 사용한 태양광 충전기도 아마 Si(실리콘) 태양전지 Cell을 사용했을 것이라
생각이 드는데요. 그렇기 때문에 15시간정도를 충전해야 400mAh 정도 충전이 되지요.
(물론 Cell의 크기도 너무 작습니다. 상용화 태양전지들의 평균효율은 7~11% 정도 밖에 안되지요.
실험실에서 측정시 최고 14.8% 정도라고 알고 있습니다.)

이런 변환효율을 높이기 위해서 이산화티탄에 색소를 넣은
색소증감 태양전지(습식태양전지)가 주목을 받고 있습니다. 
어렵다구요?^^ 빛의 파장이 많다는 사실은 알고 계실텐데요.
저런 색소를 넣어줌으로써 다양한 파장을 받아들일 수 있게 만들어 주는 것이지요.


이 태양전지는 재료가 싸고 프로세스가 쉽고 큰 설비가 필요하지 않아서 값싼 태양전지로 기대되고 있습니다.

물론 현재에도 대기업에서 효율이 20% 이상 나오는 태양전지들을 개발하고 있습니다.
(I-PERL, I-PERC)



#6. 과연 미래에는?

아직도 태양전지의 발전 가능성은 무궁무진 합니다.
작년에 코엑스에서 2008 에너지 대전에서 가장 감명깊게(?) 보게 된 태양전지가 하나 있었는데요
바로 염료감응 태양전지입니다.

이건창호에서 전시했던 기술이었는데 좌측에 보이는 것이
바로 염료감응 태양전지 입니다.

위에 태양전지와는 다른 원리로 화학적인 기술 또한 가미된
새로운 개념의 태양전지였는데요.
(이것을 설명하자면 엄청나게 길어질 것 같아요^^ 검색 고고싱!)


저런 타일을 사용하여 건물 외벽이나 유리창에 붙여놓는다면
에너지 절약과 자연환경의 보존, 건물의 미적인 요소까지
두루두루 갖출수 있겠지요.

(물론 일반 태양전지판보다 효율은 조금 떨어지지만
적은 빛에너지에서도 전기를 만들수 있는 장점을 가지고 있습니다!!)


    <염료감응 태양전지 - 출처 : 이건창호>

 또한  오른쪽에 보시는 자동차는 토요타의 프리우스인데
썬루프에 태양 전지판을 장착하여 에어컨이 가동되는 전기는
태양전지판에서 받은 전기에너지를 사용한다고 합니다.

물론 차량의 단가는 높아지겠지만 지구온난화에 따른 친환경 차량에
관심이 높아진 현실을 반영하고 있다고 생각합니다.


앞으로도 태양전지의 기술이 계속 개발되어 미래에는
고효율의 태양전지가 많이 개발되었으면 하는 바램입니다.^^

<토요타 프리우스 썬루프 사진 - 출처 : 토요타>


제 설명 이해하기 쉬우셨나요?^^; 어.. 어려웠다구요!?;;

저의 재미있는 실험과 태양광 충전에 대한 설명이 조금이나마 도움이 되셨기를 바랍니다^^

그럼 어려울때 도움이 되는 한줄요약!!

한줄요약 : 태양광을 받으면 자유전자가 생기고 전자와 정공들이 전선을 타고
               이동하며 전기에너지가 생긴다!


입니다^^


덧글.
전기 전자적 지식이 풍부한 분들께서 보신다면 부족한 부분이 많을 것이라 생각이 듭니다.
물론 반도체에 대한 정확한 과학 설명과 다양한 원리 및 지식을 포스팅 하는 것도 중요하지만 그렇게 되면
대학 전공수업처럼 너무 어려워 질 듯 하여 과감하게 삭제하였으므로 너그러히 양해해 주시길 바랍니다^^