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태양 전지판은 어떻게 작동할까요? |리처드 콤프 (Richard Komp)

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    지구는 태양열을 많이 받습니다.
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    무려 173,000 TW(테라와트)입니다.
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    지구의 모든 사람이 사용하는
    에너지보다 10배 큰 수치입니다.
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    그렇다면 전 세계 사람들이
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    태양 에너지만 쓰는 날이 올까요?
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    이 질문에 답하려면
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    먼저 태양 전지판이 태양 에너지를
    전기 에너지로 어떻게 바꾸는지 알아야죠.
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    태양 전지판은 '태양 전지'라 불리는
    작은 장치로 구성됩니다.
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    태양 전지의 일반적인 재료는 실리콘이며
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    지구에서 두 번째로 많은 원소인
    규소로 만듭니다.
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    태양 전지 안에는
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    두 전도층 사이에
    결정질 실리콘이 있습니다.
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    각 규소 원자는 네 방향으로
    단단히 연결되면서
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    전자들이 제자리에 있기 때문에
    전류가 흐르지 않습니다.
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    이게 바로 핵심 원리입니다.
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    규소 태양 전지에
    두 개의 다른 규소층을 사용하면
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    n형 실리콘은 전자가 남고
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    p형 실리콘은 전자가 들어갈
    '구멍'이라 불리는 공간이 남습니다.
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    두 가지 실리콘이 합쳐지면
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    pn 접합을 따라서
    전자들이 돌아다닙니다.
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    한 쪽은 양극이 되고
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    다른 쪽은 음극이 됩니다.
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    빛은 광자라고 불리는
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    작은 입자들의 흐름으로
    태양에서 나오는 것으로 보면 됩니다.
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    충분한 에너지를 가진 광자가
    실리콘 전지와 충돌하면
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    전자들의 결합을 깨면서
    구멍이 만들어집니다.
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    음전하와 양극을 띤 구멍이
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    이제 자유롭게 움직입니다.
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    하지만 pn 접합의 전기장 때문에
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    오직 한 방향으로만 갑니다.
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    전자가 n형으로 끌려가고
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    구멍은 p형으로 끌립니다.
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    움직이는 전자들은
    전지 앞쪽 금속판으로 모이고
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    외부 회로로 흐르면서
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    전구를 켜는 것같은 전기적 작용을 하고
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    뒤쪽에 있는 도체인
    알루미늄판으로 들어갑니다.
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    실리콘 전지 하나는
    겨우 0.5볼트를 생산하지만
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    전지들을 한데 엮으면
    전기를 더 만들 수 있습니다.
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    태양 전지 12개로
    휴대폰을 충전할 수 있고
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    전지판이 더 많다면
    집 전체에 전기를 공급할 수 있죠.
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    전자들은 태양 전지 안에서만 움직이고
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    나왔던 곳으로 되돌아갑니다.
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    닳거나 소모되는 일이 없죠.
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    그래서 태양 전지는
    몇 십 년간 쓸 수 있습니다.
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    그럼 모든 전기를 태양 에너지로
    만들지 않는 이유가 뭘까요?
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    지금은 정치적인 이유로
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    현재 상태를 유지하기 위한
    로비의 요소는 잠시 제쳐두고
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    우선은 물리적인 것과
    수송의 문제에 집중해 볼까요?
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    너무나 명백하게도
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    태양 에너지는 지구 전체에
    골고루 닿지 않습니다.
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    어떤 지역은 다른 지역보다
    햇빛이 더 많이 내리쬡니다.
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    그 양이 일정하지도 않습니다.
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    흐린 날이나 밤에는
    태양 에너지를 사용하기 힘듭니다.
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    그래서 태양 에너지만 쓰려면
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    맑은 지역에서 흐린 지역으로
    전기를 효율적으로 옮기는 방법과
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    효과적인 에너지 저장소가 필요합니다.
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    전지 자체의 효율성도
    또 다른 문제입니다.
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    햇빛이 흡수되지 않고 반사돼서
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    제자리를 벗어난 전자들이
    회로를 돌기 전에 구멍으로 가면
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    광자의 에너지는 사라집니다.
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    가장 효율적인 태양 전지는
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    햇빛의 46%만 이용가능한
    전기로 바꿀 수 있고
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    현재 상업적으로 가능한 시스템은
    효율이 15~20% 입니다.
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    이런 한계점이 있지만
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    사실 현재의 과학 기술로
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    전 세계에 태양 에너지를
    공급하는 건 가능합니다.
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    기반 시설을 짓는 데 쓸 비용과
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    넓은 부지만 있다면요.
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    필요한 부지는 수 만에서
    수 백만 제곱마일 정도로
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    부지가 많이 필요해 보이지만
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    사하라 사막만 해도 3백만 제곱마일
    (약 482만 제곱킬로미터)이 넘습니다.
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    그동안 태양 전지는
    좀 더 나아지고 저렴해지면서
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    기존에 쓰던 전기와
    비교할 정도로 발전했습니다.
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    혁신적인 태양열 부지는
    풍경을 완전히 바꿀지도 모릅니다.
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    이론적인 사고 실험을 잠시 멈추고
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    한 가지 명백한 사실은
    10억 명이 넘는 사람들이
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    전기 공급을 제대로
    받지 못 한다는 겁니다.
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    특히 햇볕이 많이 내리쬐는
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    개발도상국이 심합니다.
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    이 같은 곳에서
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    태양 에너지는 석유 같은
    다른 에너지보다 싸고 안전합니다.
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    하지만 흐린 날이 많은
    핀란드나 시애틀은
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    효율적인 태양 에너지를
    쓰기가 어려워 보입니다.
Title:
태양 전지판은 어떻게 작동할까요? |리처드 콤프 (Richard Komp)
Description:

전체 강의 보기 : https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

지구는 태양열을 많이 받습니다. 무려 173,000 TW(테라와트)나 됩니다. 지구의 모든 사람이 사용하는 에너지보다 10배 큰 수치입니다. 그렇다면 전 세계 사람들이 태양 에너지만 쓰는 날이 올까요? 리처드 콤프가 태양 전지판이 태양 에너지를 전기 에너지로 어떻게 바꾸는지 알려줍니다.

강의 : 리처드 콤프, 애니메이션 : 글로비즈코
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:59

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