SC-9547-9 (A-Si 박막형 태양전지 실내 발전가능) 테스트

 

 

안녕하세요.

 

 실내용으로 사용할 수 있다고 해서 소형 태양전지를 테스트해 보았습니다. 집에서도 아두이노 하나 붙여놓고 IoT처럼 작동할 수 있는 무언가가 가능할까 생각하면서 말이죠. 결국 무한동력처럼 ^^

 

 결론을 말씀드리면 태양전지를 엄청 많이 붙이면 실내에서도 가능하다 ;;; 아니면 초저전력 MCU가 있으면 가능할 것으로 보입니다. 그러나 매번 켜져 있으면서 동작하기에는 박막형 태양전지도 부족해 보입니다. 아래 내용을 참고하시면 좋을 듯합니다.

 

Mini Solar

 

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1. A-Si 박막 태양전지에 관해서

 

 1)  A-Si 박막 태양전지란?   Amorphous Silicon Thin Film Solar Cell, -薄膜太陽電池 [반도체]

 

  비정질 실리콘을 유리기판 사이에 주입해 만드는 박막형 태양전지. 가장 일반적인 재료인 실리콘을 사용하며, TFT-LCD 생산기술을 기반으로 하고 있어 기술적 안정성, 공정 구현의 용이, 다양한 형태로 제작이 가능하다는 장점이 있으나 전환효율이 낮다는 단점이 있다.

 

 그리고 박막 실리콘은 크게 비정질 실리콘(a-Si)과 미결정 실리콘(uc-Si)의 2종류 가 있다. 비정질 실리콘의 밴드-갭은 약 1.7eV으로, 결정 실리콘의 1.1eV보다 크다. 따라서 비정질 실리콘이 흡수할 수 있는 광의 파장은 700㎚ 이하이다. 또한 비정질 실리콘은 광 열화라는 문제를 가지고 있다. 통상 광 열화에 의한 변환효율의 저하는 초깃값의 20% 정도이며, 반대로 열을 가하면 초깃값까지 회복하는 것으로 알려졌다.

 

  비정질 실리콘은 파장 700㎚ 이상의 적외선 영역에서는 감도가 없으나, 미결정 실리콘은 파장 1,100㎚까지의 광을 흡수할 수 있다. 따라서 태양전지에서 나오는 최대 전류(단락 전류밀도)는 비정질 실리콘보다 미결정 실리콘이 크게 된다. 그러나 태양전지에서 나오는 최대 전압(개방 전압)은 밴드-갭이 큰 비정질 실리콘이 미결정 실리콘보다 크다.

 

  예전 자료라 조금 내용이 달라진 점이 있을 수 있으니 참고 정도로 보시면 좋을 것 같습니다.

 

참고 : Paul Maycock (PV energy), 33 rd IEEE PVSC (2008)

 

 

2) Si 태양전지의 특성( Armorphous Silicon solar cell)

 

  A-Si 박막형 태양전지는 태양 전등, 충전기, 잔디 등, 램프 등 일반적인 용도로 널리 사용되고 있습니다.

일반 폴리 실리콘 태양전지가 강한 태양 빛을 받아야 하지만, A-Si 태양전지는 반사되는 빛, 구름에 가려진 빛에도 작동을 하는 우수한 특성을 보이고 있습니다.

 

맑은 날씨 발전량

 

  가로축이 충전 전압(V)이고 세로축이 발전량(mW)입니다.

 

 

2. 스  펙

 

  - 크기 : 95mm x 47mm x 1.1mm

  - 정격용량 : 150mW

  - 최대 전압 : 5.0V

  - 최대 전류 : 30mA

  - 개방전압 : 7.1V

 

  

3. 병렬연결하기

 

    + 로 표기된 것끼리, - 표시된 것끼리 연결하면 병렬연결이 되어 전류량을 조금 더 확보할 수 있습니다.

   ( 다르게  +, - 로 연결해 주면 직렬연결이 되어 10V로 출력되는 것을 확인할 수 있습니다.)

 

병렬연결

 

 

4. 작동 테스트

 

  실내에서 태양전지 셀 한 개를 가지고 하니 5V LED에 불도 들어오지 않아서 두 개를 병렬로 연결했습니다.

 

2개 태양전지 전압측정

 

 

  실내에서 작동 시에도 전압은 5V가 나오는 것을 확인할 수 있었습니다. 그러나 전류는 1mA 미만으로 나았습니다.

 

  그래서 오후 맑은 날 창밖에 나가서 테스트해 보았습니다.

  출력 전압은 7.27V 정도 나왔고, 측정 전류는 41.2mA까지 나왔습니다. 그런데 태양전지가 2개였으므로 반 나누면 한 태양전지당 20mA 전류를 생성한다고 알 수 있습니다.

 

 

 

6. 사용 후기

 

  실내에서도 5V 전압을 얻을 수 있는 태양전지입니다. 그러나 생산되는 전류가 작다 보니, 실제로 5V LED 하나 구동하기가 힘들었습니다. 그래서 병렬로 몇 개를 붙이거나 5mA 아래로 작동하는 칩을 사용해야 가능하지 않을까 합니다.

 

  아두이노 나노 등은 20mA~80mA로 동작하기 때문에 전류를 고려해서 계획을 짜야할 것으로 보입니다. 실제로 사용 시는 배터리와 연결해서 사용하겠지만, 소비전류와 충전 전류량을 고려해서 설계해야 할 것으로 보입니다. 그리고 최소 4개 이상 태양전지가 되어야 맑은 날에 밖에서도 아두이노 나노와 각종 모듈에 장착해서 사용할 수 있지 않을까 합니다.

 

 현재 제품이 품절되거나 많이 판매되지 않는 것으로 보입니다. 유사한 형태의 태양전지는 알리 등 유통망에서 검색할 수 있습니다. 태양전지를 사용할 때 발전효율, 소비전력, 충전 등 조금 넉넉히 계산하셔서 제품을 개발하면 좋지 않을까 합니다.

 

감사합니다.

 

 

<참고 자료>

1) a-Si 박막 태양전지

http://www.tta.or.kr/data/weeklyNoticeView.jsp?pk_num=2850&nowSu=435&search=&data=&totalSu=1&ag_code=0000100005

2) IT-에너지: 박막 태양광에너지 기술 동향 및 전망, 2008. 김제하, ETRI

3) 박막 실리콘 태양전지 -재료․기술동향과 과제, 한국 과학기술정보연구원(KISTI)

4) EM Tech ( SC-9547-9 )

http://www.wgmsk.com/

5) 아두이노 등 MCU의 소비 전류량 측정

https://blog.naver.com/twophase/220984878969   

 

 

박막 실리콘 태양전지-재료&middot;기술동향과 과제.pdf

0.34MB

SC-9547-9.pdf

0.41MB