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태양, 네가 필요해! - 태양에너지 목록

조회 : 8963 | 2007-01-04

제목




 

한여름 가만히 있기만 해도 이마에 땀이 송글송글, 온몸은 땀으로 범벅되어 끈적끈적한 기억, 여러분들도 가지고 있지요? 심지어 저는 그런 한 여름날 괜히 태양을 원망하려 째려보았다가 눈만 아파 혼난 적이 한두 번이 아니랍니다. 더위를 식혀보려고 물 마시러 집에 왔더니 창 너머로 가득한 태양빛 때문에 눈부셔서 블라인드 확 쳤다가 엄마께 혼나기도 하죠. 화초 햇빛 가리면 죽는다고요. 갑자기 이런 이야기를 왜 하냐고요? 가만가만, 앞부분에서 말한 우리를 짜증나게 만든 건 태양열 때문이고, 뒷부분에서 화초가 필요한 건 광합성을 하느라 필요한 태양빛이었죠. 이제 조금 감이 잡히나요? 네! 오늘 살펴볼 내용은 수소에너지에 이은 신 재생에너지 제 2탄, 태양에너지랍니다.

 

 


태양



태양에너지 하면 떠오르는 이미지로 어떤 것이 있을까요? 많다는 것, 이곳저곳에서 지금도 많이 쓴다는 것, 그리고 지구상의 모든 에너지가 바로 태양에서 시작한다는 것. 특히 이들 중에서 지구상의 모든 에너지가 태양에서 얻어졌다는 것은 과학자들에게 미래의 에너지원으로 태양을 떠오르게 해주었죠. 방금 잠깐 언급했던 것처럼 식물들도 광합성을 통해 에너지를 얻는데, 햇빛은 빠질 수 없는 중요한 요소이죠. 그래서일까요, 많은 사람들이 미래의 에너지원 하면 태양을 떠올리곤 하죠. 태양에너지는 크게 두 가지로 나누어진답니다. 태양열을 모아 이용하는 태양열발전, 빛을 이용한 태양전지와 같은 태양광발전이 바로 그것이지요. 태양광발전의 경우는 태양전지가 반도체의 재료이기도 한 실리콘으로 만들어지기 때문에 가격이 비싸서 특수한 용도에서만(우주탐사, 소규모 발전용 등) 쓰이고 있지요.



여름옷들을 보면 검은색보다 흰색 옷이 훨씬 많지요. 보도블록 위에 있는 것보다 아스팔트 위에 서 있는 것이 더 후끈후끈하고요. 그런가보다 하고 넘겼던 이런 작은 일상에서조차도 과학적인 원리가 숨어 있답니다. 검은색은 모든 빛을 흡수할 때 띄는 색깔이랍니다. 검은색이 빛을 더 잘 흡수하기 때문에 상대적으로 온도 역시 올라가게 되는 것이죠. 근데 왜 난데없이 검은색 타령인가 싶죠? 태양열발전에 꼭 필요한 열을 모을 장치, 즉 집열장치의 가장 기본적인 원리가 바로 그것이거든요. 그림을 보면 알겠지만, 이 집열판 익숙하지 않나요? 이런 모양의 집열판은 평평하게 생겼다 해서 평판형 집열판이라 하지요. 평판형 집열판은 윗부분이 투명한 유리로 덮여 있고, 그 속에는 햇빛을 흡수할 수 있는 장치 - 검은색으로 되어있겠죠? -와 데워진 액체가 흐를 수 있는 관이 들어 있어요. 햇빛이 유리를 통과하여 집열판에 흡수되었다 다시 방출되는데, 이 과정에서 적외선은 방출되지 못하고 집열판에 남아서 열로 축적된답니다. 집열판 내부에서 얻을 수 있는 공기의 최대 온도가 섭씨 180도에 달한다니 상당하죠? 이렇게 모은 열로 집열판 내부에 있는 액체를 데워 펌프로 송풍기까지 보내주면 송풍기가 따뜻한 액체를 더운 공기로 만들어 집이나 건물 전체를 훈훈하게 해줄 수 있지요.

 
태양열에너지



이제 햇빛을 이용한 태양광 발전 시스템에 대해 알아볼까요? 태양광 발전은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이예요. 친구들이 mp3 player로 음악을 들으려고 할 때 전기 대신에 건전지나 기계 자체 내에 있는 배터리가 필요하죠? 태양광 발전에서도 이와 비슷한 전지가 필요해요, 바로 태양 전지라는 것이죠. 모든 물질은 원자라고 불리는 작은 입자로 구성되어 있어요. 원자란 녀석은 크게 음의 성질을 가진 전자와 양의 성질을 가진 양성자, 그리고 중성자로 나뉠 수 있지요. 물론 태양 전지를 구성하는 반도체 속에도 어마어마하게 많은 전자가 들어있어요. 햇빛이 태양 전지를 비추면 반도체 속에서 묶여 있던 전자가 반도체 내부를 돌아다닐 수 있게 된답니다. 햇빛이 갇혀 있던 전자들을 풀어준 셈이죠. 전기를 만든다면서 난데없이 어려운 전자 이야기를 왜 꺼냈냐고요? 그럼 전기가 무엇인지 살펴볼까요? 전기라는 말은 너무 친숙한데, 뭐냐고 물어보면 참 대답하기 난감하지 않았었나요. 우리 생활에서 많이 쓰이고 중요하다는 것은 아는데, 전기는 어떤 것을 말하는 건지 잘 몰랐을 거예요. 전기는 앞서 설명한 전자들의 흐름을 말하는 거예요. 그러니까 앞서 햇빛이 해방시켜 준 전자들을 잘 옮겨주면 전기로 만들 수 있겠죠?

 

 


원리





햇빛 덕분에 해방된 전자들을 잘 옮기는 데에는 반도체가 한몫 한답니다^^ 2가지 종류의 서로 다른 반도체를 붙여주면 그 둘이 만나는 곳에서 +극과 -극을 띤 부분이 생긴답니다. 자석 2개를 붙일 때 같은 극끼리 가져다 대면 서로 밀어내고, 다른 극끼리 가져다 대면 달라붙는 사실은 모두 알고 있지요? +극과 -극도 마찬가지랍니다. 아까 전자는 -극을 띤다고 했던 것, 기억하지요? 그럼 전자를 -극 쪽으로 넘어가게 해주면 자연스럽게 +극 쪽으로 넘어가려고 하겠네요. 이제 +극쪽의 반도체에 전기줄을 연결하면 전기줄을 따라 전자가 흐를테니.... 전기가 만들어지겠네요! 이렇게 태양 전지에서 전기가 만들어지면 우리가 사용하는 형태로 바꾸어 주고, 축전지 - 즉 배터리 -에서 이렇게 만들어진 전기를 모아서 햇빛이 약할 때 사용하면 된답니다.

  

 
전자의 흐름



 

무한정을 자랑하는 태양에너지 - 이 친구를 잘 써먹을 수 있다면 지금 모두가 걱정하는 석유 부족도 해결할 수 있을 듯 싶나요? 태양에너지는 다른 분야에 비해 연구 시작이 빨라 많은 부분이 햇빛이 잘 비춰주는 지역을 중심으로 실제 쓰이고 있답니다. 날씨가 흐리면 어떻게 하냐고요? 축전기에 저장하거나, 혹은 지난번에 배운 수소의 형태로 바꾸어 저장해도 되기 때문에 날씨 걱정은 좀 덜 수 있지요. 가장 큰 문제는 아무래도 비용 문제예요. 아직은 개인이 이런 장치를 마련하기에는 너무 비싸거든요. 그래서 지금도 저렴한 가격에 뛰어난 품질을 가진 장치에 대해 연구하고 있답니다. 적어도 여러분들이 어른이 되었을 때, 옆에 보이는 그림의 집이 여러분의 소중한 보금자리가 되어있지 않을까요?

 

 

★KAIST 무학과 신선
이미지


주제!
자기장 ,에너지 ,태양
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