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태양열 배터리 충전기를 만드는 방법

에드몬드 베크렐은 빛에 노출된 물질에 의해 전류와 전압이 생성되는 광기전 효과를 최초로 발견했습니다. 이 발견은 1893년 Charles Fritts가 최초의 태양전지를 발명하는 계기가 되었습니다.

오늘날 우리는 다양한 응용 분야와 발전 용량을 갖춘 크게 향상된 태양광 패널을 보유하고 있습니다. 오늘날 태양전지판은 소형 계산기부터 가정, 심지어 우주선까지 다양한 장치에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

지구와 우주의 태양전지판

태양광 패널의 작동 원리

태양광 패널 내부에서는 N형 반도체 재료층이 P형 반도체 재료층과 접촉하여 접촉점에서 반도체 접합을 형성합니다. N층과 P층의 각 측면에 전도성 판이 부착되어 전원 출력 리드에 연결됩니다. 아래 다이어그램은 구성 방법을 보여줍니다.

반도체 접합이 어떻게 작동하는지에 대한 자세한 설명은 트랜지스터에 관한 기사를 확인하세요.

N형 물질의 자유 전자는 접합부에서 P형 물질의 전자 정공과 결합하여 전하층을 형성합니다. 이 시점에서는 전류가 흐르지 않습니다.

태양 에너지의 광자가 접합부에 충돌하면 결합이 끊어지고 전자와 전자 정공이 터미널을 향해 해당 층으로 다시 강제로 이동합니다. 단자가 회로에 연결되면 전류가 흐릅니다.

태양열 배터리 충전기를 만드는 방법

이 프로젝트에서는 휴대폰이나 Arduino 프로젝트와 같이 5V USB 케이블로 전원이 공급되는 모든 장치에 원격 전원을 공급할 수 있는 태양열 배터리 충전기를 구축할 것입니다. 다음은 프로젝트 다이어그램입니다.

회로 배선

태양광 패널에서 생성된 전력을 저장하기 위해 3.7V 2600mAh 리튬 배터리 2개를 사용합니다. TP4056 배터리 충전 모듈을 사용해 태양광 패널에서 전력을 가져와 배터리를 안전하게 충전해보겠습니다. TP4056 배터리 충전기는 4.5~6V의 입력을 수용하고 배터리에 대한 출력 충전을 조절합니다. 이제 6V 출력이 가능한 태양광 패널을 선택하는 일만 남았다.

저는 6V 4.5W 태양광 패널을 선택했습니다. 이에 대한 출력 전류는 4.5W / 6V = 750mA입니다. 효율을 85%로 가정하면 640mA가 됩니다. 병렬로 연결된 두 개의 배터리의 총 용량은 5200mAH이므로 최소 5200mAH / 640mA = 8.1시간 동안 충전해야 합니다.

배터리는 3.7V에서 작동하므로 USB 충전을 위해서는 전압을 5V로 올려야 합니다. 이를 위해 3.7V~5V 스텝업 컨버터 모듈을 사용할 수 있습니다. 하지만 이 모듈은 2A의 전류를 소비할 수 있지만 TP4056 배터리 충전기의 최대 전류는 1A에 불과합니다. 2A를 소비할 수 있는 장치를 충전하는 경우 TP4056 배터리 충전기가 소진될 위험이 있습니다.

완성된 회로는 다음과 같습니다.

빨간색과 검정색 선은 태양광 패널에 연결됩니다. 오른쪽 상단에는 사용하지 않을 때 모듈을 끌 수 있는 빨간색 슬라이드 스위치도 있습니다.

가정 및 산업용 태양광 설치

태양열 배터리 충전기도 좋지만, 가정에 전력을 공급하는 등 더 큰 프로젝트에 태양에너지를 사용하고 싶다면 어떻게 해야 할까요?

태양광 패널을 직렬로 연결하면 각 패널의 전압이 더 높아져 전압이 높아집니다.

태양광 패널을 병렬로 연결하면 전압은 동일하게 유지되지만 각 패널의 전류가 더 큰 전류에 추가됩니다.

따라서 직렬 및 병렬 조합을 현명하게 사용하면 필요한 시스템 전압과 전류를 얻을 수 있다는 것이 분명합니다.

위의 태양열 배터리 충전기 프로젝트와 마찬가지로 충전 컨트롤러와 배터리의 최대 전압 및 전류 정격도 고려해야 합니다.

태양광 패널 크기 계산

작은 휴가용 방갈로에 태양광 패널을 추가한다고 가정해 보겠습니다.

먼저 일일 예상 kWh 사용량을 계산해야 합니다. 이렇게 하려면 방갈로에 있는 모든 가전제품의 정격 전력량을 찾으세요. 그런 다음 각 가전제품이 하루 평균 몇 시간 사용될 것인지 추정해 보십시오. 이제 다음 공식을 사용하여 각 기기의 와트시(Wh)를 계산합니다.

와트시 = 와트 * 사용된 시간

예를 들어, 하루 12시간 작동하는 500W 냉장고의 와트시는 500W * 12시간 = 6,000Wh입니다.

30%의 손실과 비효율성을 고려하여 와트시를 1.3으로 곱하면 6000Wh * 1.3 = 7,800Wh가 됩니다.

이제 온라인으로 검색하여 해당 위치의 “일일 평균 태양 시간”을 찾아보세요. 이제 위에서 계산한 와트시를 제공하는 데 필요한 태양광 패널의 크기(와트)를 계산할 수 있습니다.

이렇게 하려면 일일 와트시를 평균 일일 태양 시간 수로 나눕니다. 예를 들어, 위의 예에서 하루 5시간의 태양광을 사용하는 경우 태양광 패널의 크기는 다음과 같아야 합니다.

7,800Wh / 5시간 = 1,560W

따라서 필요한 전력을 공급하려면 1,560W 이상의 태양광 패널이 필요합니다. 하지만 여러 패널로 나눌 수 있습니다. 예를 들어, 100W 태양광 패널을 구입한다고 가정하면 최소 16개의 패널이 필요합니다.

이 기사가 귀하의 프로젝트에서 태양광 패널을 설치하고 사용하는 방법을 배우는 데 도움이 되었기를 바랍니다. 궁금한 점이 있으면 아래에 의견을 남겨주세요.

태양열 배터리 충전기를 만드는 방법

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