태양광 패널은 어떻게 전기를 만들까?

태양광 패널은 햇빛을 먼저 열로 만든 뒤 터빈을 돌리는 장치가 아니라, 빛을 전기로 바로 바꾸는 반도체 장치입니다. 패널 속의 많은 태양전지에는 보통 실리콘 같은 반도체가 들어 있습니다. 햇빛이 전지에 닿으면 빛 에너지가 물질 속 전자에 전달되고, 전자가 움직일 수 있는 상태가 됩니다.

하지만 전자가 단지 들뜬다고 해서 저절로 쓸 만한 전기가 생기지는 않습니다. 전지는 서로 다른 성질을 갖도록 처리한 반도체 층의 경계와 내부 전기장을 이용합니다. 이 구조가 전자와 그 반대 전하를 서로 다른 방향으로 밀어 주어, 전지의 앞면과 뒷면 사이에 전압 차이가 생깁니다. 이것이 광기전 효과의 핵심입니다.

전지 표면의 가는 금속 접점은 이동한 전자를 모아 외부 회로로 보냅니다. 회로가 연결되어 있을 때 전자가 흐르며 직류 전기가 만들어집니다. 작은 전지 하나의 출력은 크지 않기 때문에 여러 전지를 묶어 패널로 만들고, 여러 패널을 다시 배열로 연결해 지붕이나 발전소에서 필요한 양을 얻습니다.

가정과 전력망은 대개 교류를 쓰므로, 태양광 시스템에는 보통 인버터가 들어갑니다. 인버터는 패널이 만든 직류를 사용 가능한 교류로 바꿉니다. 햇빛이 약하거나 밤이 되면 패널의 발전량은 줄거나 멈추므로, 전력망 연결이나 배터리는 전기를 언제 쓸 수 있는지와 별개의 역할을 합니다.

그래서 태양광 패널은 햇빛을 저장하는 배터리도, 빛을 전부 전기로 바꾸는 장치도 아닙니다. 빛의 세기와 파장, 전지의 재료와 온도, 그늘과 설치 방향이 출력에 영향을 줍니다. 핵심은 빛이 반도체 안의 전하를 움직이게 하고, 전지의 구조가 그 움직임을 한 방향의 전류로 이끈다는 데 있습니다.