How do solar panels work? - Richard Komp

번역: Jihye Shin 검토: Jihyeon J. Kim

The Earth intercepts a lot of solar power:

지구는 태양열을 많이 받습니다.

173 thousand terawatts.

무려 173,000 TW(테라와트)입니다.

That's ten thousand times more power than the planet's population uses.

지구의 모든 사람이 사용하는 에너지보다 10배 큰 수치입니다.

So is it possible that one day

그렇다면 전 세계 사람들이

the world could be completely reliant on solar energy?

태양 에너지만 쓰는 날이 올까요?

To answer that question,

이 질문에 답하려면

we first need to examine how solar panels convert solar energy to electrical energy.

먼저 태양 전지판이 태양 에너지를 전기 에너지로 어떻게 바꾸는지 알아야죠.

Solar panels are made up of smaller units called solar cells.

태양 전지판은 '태양 전지'라 불리는 작은 장치로 구성됩니다.

The most common solar cells are made from silicon,

태양 전지의 일반적인 재료는 실리콘이며

a semiconductor that is the second most abundant element on Earth.

지구에서 두 번째로 많은 원소인 규소로 만듭니다.

In a solar cell,

태양 전지 안에는

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

두 전도층 사이에 결정질 실리콘이 있습니다.

Each silicon atom is connected to its neighbors by four strong bonds,

각 규소 원자는 네 방향으로 단단히 연결되면서

which keep the electrons in place so no current can flow.

전자들이 제자리에 있기 때문에 전류가 흐르지 않습니다.

Here's the key:

이게 바로 핵심 원리입니다.

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

규소 태양 전지에 두 개의 다른 규소층을 사용하면

An n-type silicon has extra electrons,

n형 실리콘은 전자가 남고

and p-type silicon has extra spaces for electrons, called holes.

p형 실리콘은 전자가 들어갈 '구멍'이라 불리는 공간이 남습니다.

Where the two types of silicon meet,

두 가지 실리콘이 합쳐지면

electrons can wander across the p/n junction,

pn 접합을 따라서 전자들이 돌아다닙니다.

leaving a positive charge on one side

한 쪽은 양극이 되고

and creating negative charge on the other.

다른 쪽은 음극이 됩니다.

You can think of light as the flow of tiny particles

빛은 광자라고 불리는

작은 입자들의 흐름으로 태양에서 나오는 것으로 보면 됩니다.

called photons,

shooting out from the Sun.

When one of these photons strikes the silicon cell with enough energy,

충분한 에너지를 가진 광자가 실리콘 전지와 충돌하면

it can knock an electron from its bond, leaving a hole.

전자들의 결합을 깨면서 구멍이 만들어집니다.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

음전하와 양극을 띤 구멍이

are now free to move around.

이제 자유롭게 움직입니다.

But because of the electric field at the p/n junction,

하지만 pn 접합의 전기장 때문에

they'll only go one way.

오직 한 방향으로만 갑니다.

The electron is drawn to the n-side,

전자가 n형으로 끌려가고

while the hole is drawn to the p-side.

구멍은 p형으로 끌립니다.

The mobile electrons are collected by thin metal fingers at the top of the cell.

움직이는 전자들은 전지 앞쪽 금속판으로 모이고

From there, they flow through an external circuit,

외부 회로로 흐르면서

doing electrical work,

전구를 켜는 것같은 전기적 작용을 하고

like powering a lightbulb,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

뒤쪽에 있는 도체인 알루미늄판으로 들어갑니다.

Each silicon cell only puts out half a volt,

실리콘 전지 하나는 겨우 0.5볼트를 생산하지만

but you can string them together in modules to get more power.

전지들을 한데 엮으면 전기를 더 만들 수 있습니다.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

태양 전지 12개로 휴대폰을 충전할 수 있고

while it takes many modules to power an entire house.

전지판이 더 많다면 집 전체에 전기를 공급할 수 있죠.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

전자들은 태양 전지 안에서만 움직이고

and they all go back where they came from.

나왔던 곳으로 되돌아갑니다.

There's nothing to get worn out or used up,

닳거나 소모되는 일이 없죠.

so solar cells can last for decades.

그래서 태양 전지는 몇 십 년간 쓸 수 있습니다.

So what's stopping us from being completely reliant on solar power?

그럼 모든 전기를 태양 에너지로 만들지 않는 이유가 뭘까요?

There are political factors at play,

지금은 정치적인 이유로

not to mention businesses that lobby to maintain the status quo.

현재 상태를 유지하기 위한 로비의 요소는 잠시 제쳐두고

But for now, let's focus on the physical and logistical challenges,

우선은 물리적인 것과 수송의 문제에 집중해 볼까요?

and the most obvious of those

너무나 명백하게도

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

태양 에너지는 지구 전체에 골고루 닿지 않습니다.

Some areas are sunnier than others.

어떤 지역은 다른 지역보다 햇빛이 더 많이 내리쬡니다.

It's also inconsistent.

그 양이 일정하지도 않습니다.

Less solar energy is available on cloudy days or at night.

흐린 날이나 밤에는 태양 에너지를 사용하기 힘듭니다.

So a total reliance would require

그래서 태양 에너지만 쓰려면

efficient ways to get electricity from sunny spots to cloudy ones,

맑은 지역에서 흐린 지역으로 전기를 효율적으로 옮기는 방법과

and effective storage of energy.

효과적인 에너지 저장소가 필요합니다.

The efficiency of the cell itself is a challenge, too.

전지 자체의 효율성도 또 다른 문제입니다.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

햇빛이 흡수되지 않고 반사돼서

or if dislodged electrons fall back into a hole before going through the circuit,

제자리를 벗어난 전자들이 회로를 돌기 전에 구멍으로 가면

that photon's energy is lost.

광자의 에너지는 사라집니다.

The most efficient solar cell yet

가장 효율적인 태양 전지는

still only converts 46% of the available sunlight to electricity,

햇빛의 46%만 이용가능한 전기로 바꿀 수 있고

and most commercial systems are currently 15-20% efficient.

현재 상업적으로 가능한 시스템은 효율이 15~20% 입니다.

In spite of these limitations,

이런 한계점이 있지만

it actually would be possible

사실 현재의 과학 기술로

to power the entire world with today's solar technology.

전 세계에 태양 에너지를 공급하는 건 가능합니다.

We'd need the funding to build the infrastructure

기반 시설을 짓는 데 쓸 비용과

and a good deal of space.

넓은 부지만 있다면요.

Estimates range from tens to hundreds of thousands of square miles,

필요한 부지는 수 만에서 수 백만 제곱마일 정도로

which seems like a lot,

부지가 많이 필요해 보이지만

but the Sahara Desert alone is over 3 million square miles in area.

사하라 사막만 해도 3백만 제곱마일 (약 482만 제곱킬로미터)이 넘습니다.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

그동안 태양 전지는 좀 더 나아지고 저렴해지면서

and are competing with electricity from the grid.

기존에 쓰던 전기와 비교할 정도로 발전했습니다.

And innovations, like floating solar farms, may change the landscape entirely.

혁신적인 태양열 부지는 풍경을 완전히 바꿀지도 모릅니다.

Thought experiments aside,

이론적인 사고 실험을 잠시 멈추고

there's the fact that over a billion people

한 가지 명백한 사실은 10억 명이 넘는 사람들이

don't have access to a reliable electric grid,

전기 공급을 제대로 받지 못 한다는 겁니다.

especially in developing countries,

특히 햇볕이 많이 내리쬐는

many of which are sunny.

개발도상국이 심합니다.

So in places like that,

이 같은 곳에서

solar energy is already much cheaper and safer than available alternatives,

태양 에너지는 석유 같은 다른 에너지보다 싸고 안전합니다.

like kerosene.

For say, Finland or Seattle, though,

하지만 흐린 날이 많은 핀란드나 시애틀은

effective solar energy may still be a little way off.

효율적인 태양 에너지를 쓰기가 어려워 보입니다.