기후변화 때문에 태양광 등 신재생에너지가 각광받고 있는 요즘, 태양광 셀에 대해서 정리해 봤습니다.
[1] 태양광 셀 원리
태양전지라고도 하고 태양광 셀, 태양광 모듈, 어레이, 시스템 등 다양한 명칭으로 표현되는데요. 본질은 햇빛을 전기로 변환해 주는 반도체 소자에 있습니다.
태양광 셀은 태양전지의 가장 기본이 되는 소자를 말하고요. 이 셀을 모아서 만든 것이 태양광 모듈이고, 1장 또는 여러 장의 모듈을 햇빛을 받을 수 있게 거치대에 설치한 것을 태양광 어레이라 칭합니다. 그리고 태양광 어레이에 전기 에너지를 변환, 송전, 저장하는 장치 등을 장착하여 만든 전력 시스템을 태양광 시스템이라고 부릅니다.
쉽게 말해 cell → module → array → system이라고 할 수 있죠.
태양광 셀의 원리를 알려면 먼저 원자의 구조와 성질에 대해 알아야 합니다.
원자란 물질을 이루고 있는 가장 작은 단위를 일컫는데요. 원자는 다시 양성자, 중성자와 전자라고 하는 작은 입자들로 구성되어 있습니다.
양성자, 중성자는 양극의 성질을 가지고 원자의 중심(핵)을 이룹니다. 아래 그림의 중간에 떡하니 있는 빨간 원처럼요. 반면, 전자는 음극의 성질을 가지고 있어 아래 그림의 검은색 점처럼 원자의 핵 주위를 맴돌게 됩니다. 자석의 N극과 S극처럼 양극(+)의 성질을 가진 핵과 음극(-)의 성질을 가진 전자가 서로를 끌어당겨 원자를 구성하는 것이죠.
그런데 원자 주위에 특정한 다른 원자가 접근하게 되면 핵 주위를 돌고 있던 전자가 그쪽으로 옮겨갈 수 있습니다. 이렇게 전자가 이동하면서 발생하는 것이 바로 전기입니다.
태양광 셀은 이러한 전기의 원리를 n형 반도체와 p형 반도체의 접합으로 구현해 낸 소자라고 보시면 됩니다.
태양광 셀에 존재하고 있는 전자는 앞서 말했듯 원자핵이 끌어당기는 힘에 의해 고정되어 있는 상태에 있는데요. 빛 에너지가 들어오면 전자는 그 빛을 받아 핵이 끌어당기는 힘으로부터 벗어나 자유로운 상태가 됩니다. 족쇄가 풀린 전자는 pn접합에서 발생한 전기장의 힘을 받아 p형 반도체에서 n형 반도체로 이동하게 되고 전기가 생산되는 것이죠.
[2] 태양광 셀 hs코드
관세율표에서는 이러한 것을 "감광성 반도체 디바이스"라고 표현하고요. 8541호에 분류됩니다.
*감광(感光) : 빛 에너지를 인식하여 어떠한 변화를 일으키는 현상
8541호에 분류되는 물품은 크게 네 가지로 구분되고 그 중 하나가 바로 감광성 반도체 디바이스입니다.
감광성 반도체 디바이스를 영어로 하면 Photosensitive semiconductor device입니다.
감광성 반도체 디바이스는 터미널이나 도선(leads)를 가지고 있는 등 장착했거나 패키징 되어 있는지 여부에 관계없이 8541호에 분류되고요. 모듈 조립, 패널로 구성된 것인지 여부에 따라 HS코드 10 단위가 아래와 같이 달라집니다.
태양광 셀은 8541.42-0000호이고 셀을 모아서 만든 태양광 모듈, 어레이 등은 8541.43-0000호에 분류되겠네요.
아래 8541호의 해설 내용도 참고하시기 바랍니다.
감광성 반도체 디바이스(photosensitive semiconductor device)
이 그룹에는 가시광선, 적외선, 자외선의 작용이 내부 광전효과에 의해 저항을 변경하거나 기전력(起電力)을 발생하는 감광성 반도체 디바이스를 포함한다....
감광성 반도체 디바이스의 주요 형태는 다음과 같다.
(1) 광전도 셀(photoconductive cell)[광저항체(light dependent resistor)]
보통 두 전극 사이에 반도체 재료(황화카드뮴·황화납 등)가 들어 있는 것으로, 반도체 재료의 전기저항은 셀에 들어오는 빛의 강도에 따라 변화되는 것이다. 이러한 것들은 화염검출기·자동카메라용 노출계·이동 물체의 계수용 노출계·자동정밀측정 장치용 노출계·자동문 개폐장치 등에 사용한다.
(2) 광전지(photovoltaic cell)
이는 외부 전원을 요하지 않고 빛을 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것이다. 셀레늄(selenium)을 기본 재료로 한 광전지는 주로 조도계와 노출계에 사용하며, 실리콘을 기본 재료로 한 광전지는 고도의 출력을 가져 특히 제어나 조절장치에 사용하며, 광섬유 등을 사용하는 통신장치에 있어서는 빛의 임펄스(impulse)를 검출하기 위한 것이다.
광전지의 특수한 종류는 다음과 같다.
ⓐ 태양전지(solar cell)
이는 태양광선을 직접 전기적 에너지로 변환시키는 실리콘 광전지이다. 이들은 보통 집합하여 로켓과 우주탐사용 위성이나 산악구조용 송신기 등의 전원으로 사용한다.
이 호는 또한 모듈(modules)에 조립되었거나 패널(panels)로 구성되었는지에 상관없이 태양전지를 포함한다. 그러나 이 호에는 동력을 전동기·전해조에 직접 공급하는 것과 같은 소자[예를 들면, 전류의 방향을 제어하기 위한 다이오드(diode)와 같이 단순한 것일지라도]를 부착한 패널(panel)이나 모듈(module)을 제외한다(제8501호).
ⓑ 포토다이오드(photodiode)(게르마늄·실리콘 등)
본 물품의 특징은 광선이 pn접합(junction)을 두들길 때 저항이 변경되는 것이다. 이들은 자동자료처리공정(저장자료를 읽는 것)에 있어서 특정의 전자 관속에 광전관(photocathode)으로 사용하거나, 방사고온계 등에 사용한다. 포토트랜지스터(phototransistor)와 포토사이리스터(photothyristor)는 광전수신기의 부류에 속한다.
이 범주에 해당하는 디바이스는 빛이 통과할 수 있도록 이들의 하우징(housing)이 부분적으로 투명하게 포장되어 있어, 앞에서 설명한 (A) 부분의 다이오드(diode)·트랜지스터(transistor)·사이리스터(thyristor)와 구별한다.
ⓒ 포토커플(photocouple)과 포토릴레이(photorelay)
이는 포토다이오드(photodiode)·포토트랜지스터(phototransistor)·포토사이리스터(photothyristor)를 결합한 전계발광 다이오드(electroluminescent diode)로 구성되는 것이다.
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