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파드츄어 박사의 연구팀이 태양 전지의 사용을 위해 광흡수 페브로스카이트 필름들을 만드는 새로운 길을 열었다.
새로운 방법은 현재의 결정화 방법에서 이용된 고속 가열보다 나은 페로브스카이트 결정들을 개발하는데 실온 용매법을 이용한 것이다. ‘Room-Temperature Crystallization of Hybrid-Perovskite Thin Films via Solvent-Solvent Extraction for High-Performance Solar Cells’라는 제목으로 왕립 화학회 Journal of Materials Chemistry A에 게재된 연구는 이 기술이 대면적에 걸쳐 두께를 정확하게 조정하며 고품질 결정 필름들을 제조하고 페로브스카이트 전지를 위해 대량 생산에 대한 방법을 제시할 수 있다는 것을 보였다.
파드츄어 박사의 연구실 대학원생인 유앤유앤 조우는 용매-용매 추출(SSE) 접근법을 적용했다. 페로브스카이트 프리커서들은 NMP라는 용매에 분해되고 기판 상으로 코팅된 이후, 가열하는 대신 NMP 용매를 선택적으로 분해하고 사라지게 하는 두 번째 용매인 디에틸 에테르(DEE) 내에 담그면, 매우 평평한 페로브스카이트 결정들이 남게 된다.
이 방법은 열을 포함하지 않기 때문에 플렉서블 광전지에 사용되는 매우 열에 민감한 폴리머 기판들을 비롯해 어떠한 기판 상에서도 형성될 수 있으며, 전체 SSE 결정 과정이 열처리의 경우 한 시간 이상 걸리는 것에 비해 2분 이내에 끝난다는 장점이 있다. 이는 조립 라인 과정 중에 수행될 수 있기 때문에 대량 생산에 적용되기 쉬울 것으로 예상된다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 새로운 페로브스카이트 태양전지 제작법
:
Posted by 매실총각

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블루레이 디스크는 고밀도 데이터 저장으로 인해 고화질 영화와 텔레비전 드라마를 저장하는 최고의 방법들 중 하나이며 또한 노스웨스턴 대학의 새로운 연구에 따르면 폐기 디스크들에 대한 두 번째 사용으로 태양 전지의 성능을 개선할 수 있다고 한다.

학제간 연구팀은 재키 챈의 수퍼컵이나 만화 페밀리 가이에 상관없이 블루레이 디스크 상에 쓰여진 정보의 패턴이 태양 스펙트럼에 걸친 광흡수를 개선하는데 매우 잘 작동한다는 것을 발견했다. 그리고 연구원들은 왜 이런 현상이 발생하는지 그 이유를 밝혔다.

블루레이 디스크들이 태양전지들을 개선하는데 도움을 줄 것이라는 예감을 가졌고 존재하는 패턴들이 이미 매우 좋다는 것을 발견했다고 맥코믹 공학과 응용 과학 대학에서 재료공학 부교수이며 재료 화학자인 지아싱 후앙 박사가 전했다. 또한 그는 만약 블루레이 기술을 개발하는 전기 공학자들과 컴퓨터 과학자들이 잠재적으로 태양전지에 대한 연구들에 도움을 주는 것처럼 보였다고 덧붙여 말했다.

블루레이 디스크들은 DVD나 CD에 비해 더 큰 밀도의 데이터를 포함하고, 이는 태양전지들의 표면으로 전이될 때 전지의 광흡수와 성능을 개선하기 위한 적당한 거칠기를 제공하는 데이터 저장을 위해 수 십 년 동안 공학자들에 의해 완성된 준 무질서 패턴이다.

맥코믹에서 기계 공학의 부교수인 쳉 선 박사와의 협력으로 후앙과 그의 연구팀은 액션 영화, 드라마, 다큐멘터리, 카툰과 흑백 영상 등 블루레이 디스크들에 저장된 광범위한 영화들과 텔레비전 쇼들을 시험했고 비디오 내용이 어떠한 영향도 끼치지 않는다는 것을 발견했다. 모든 디스크들이 태양 전지 내 광흡수를 증가시키는데 동일하게 잘 작동했다. 이 결과들은 네이처 커뮤니케이션 지에 최근 게재되었다.

태양전지의 영역에서, 만약 거칠기가 태양전지의 표면에 발생하면 전지의 효율을 증가시키도록 광이 더 효과적으로 산란된다는 것은 알려진 사실이다. 과학자들은 합리적인 제조 비용으로 가장 효과적인 거칠기 기법을 오랫동안 찾아왔다.

노스웨스턴 연구원들은 비디오 정보를 저장하기 위해 아일랜드나 핏 (pit)들로 포함된 0과 1 이진 코드들의 블루레이 디스크 줄들이 태양전지에게 넓은 태양광 스펙트럼에 걸쳐 태양 전지의 흡수를 개선시키기 위해 거의 최적화된 표면 거칠기를 제공한다는 것을 실증했다.

그들의 연구에서, 연구원들은 먼저 재키 챈의 영화 수퍼캅을 선택했다. 그들은 폴리머 태양전지의 활성 층 위에 이 패턴을 복제하고 이 전지가 표면에 무질서한 패턴을 가진 비교 태양전지에 비해 더 효율적이라는 것을 발견했다.

후앙 교수는 무질수 패턴이나 거칠기가 패턴이 없는 것보다 더 잘 작동하지만 블루레이 디스크 패턴은 최고의 거칠기를 제공하고 있다는 것을 발견했으며 왜 이런 효과가 발생하는데 그 이유에 대하여 이해하려고 노력했다고 전했다.

후앙 교수는 오랜 동안 이 이유에 대하여 의문을 품었다. 어느날 IBM 데이터 공학자인 그의 아내 샤오롱 리우가 데이타 압축이 이런 효과를 초래할 수 있다고 제안했다. 이는 후앙 교수가 필요했던 통찰력이었다.후앙 교수와 선 교수는 이 아이디어를 조사하기 위해 정보 이론의 전문가인 맥코믹의 동료 교수인 동닝 구어 박사와 이에 대한 연구를 진행했다. 구오 교수는 전자공학과 부교수이다.



출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

연구원들은 블루레이 표준에서 데이터 처리 알고리듬을 자세하게 조사하고 이 알고리듬이 두 가지 주된 목적을 제공한다는 것을 알아차렸다. 이는 0과 1의 균일하게 무질서한 순서로 비디오 신호들을 가능한 한 전환함으로써 압축률을 높게 얻었으며 연이은 0과 1의 수를 제한하는 데이터 순서로 조절된 불필요한 중복을 부가하여 에러 내구성을 증가시키는 것이다.

이 두 목적은 150과 525 나노미터 사이 형태 크기들을 가진 아일랜드와 핏 (0과 1)의 준 무질서 배열을 초래했다. 이 영역에서 전체 태양 스펙트럼에 걸쳐 광 포획 응용들을 위해 꽤 잘 구동했다.

블루레이 패턴된 태양전지의 전체 대역 흡수 증가는 21.8퍼센트로 측정되었다고 연구원들이 보고했다.폴리머 태양전지들의 개선과 함께 시뮬레이션은 블루레이 패턴들이 다른 종류의 태양전지들 내에서 광을 포획하는데 폭넓게 적용될 수 있음을 나타냈다. 이는 정보 이론, 나노포토닉스와 재료 과학의 교차점에서 나온 새로운 과학을 볼 수 있는 기대치 않고 순수하게 흥분되는 것이었다고 후앙 교수가 말했다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 태양전지 성능을 개선하는 블루레이 디스크
:
Posted by 매실총각
2014. 11. 26. 18:54

EPC 전기·전력상식 전기산업특집2014. 11. 26. 18:54

수은건전지?태양전지로 경박단소
 
현대는 경박단소 시대로 전기제품들도 소형화되고 있다.
따라서 그 전기제품에 들어가는 건전지도 종래의 건전지에서 벗어나 여러 가지 전지가 사용되고 있다.
전자계산기나 시계, 카메라 등에는 수은 건전지가 들어간다. 작은 버튼 모양의 전지인 수은 건전지는 ‘버튼(단추)전지’라고도 불린다.
산화제2수은(HgO)을 (+)극으로 하고 소극제로서 수산화칼륨이 포함되어 있다. 
소극제라는 것은 전극의 작용이 떨어지는 것을 방지하는 물질이며, (-)극에는 아연을 수은으로 용해한 합금의 분말이 사용된다. 
전해질로서 수산화칼륨(KOH)이 사용되며 니켈로 도금한 강철제의 통에 봉입되어 있다. 전압은 1.3V이지만 소형이면서도 망간건전지 정도의 용량을 가지고 있다.
요즘엔 충전할 수 있는 건전지도 개발되어 매우 기대를 모으고 있다. 니카드전지는 수산화니켈를 플러스극으로, 카드뮴(Cd)을 마이너스 극으로 사용하고 전해질로서 수산화칼륨(KOH)을 세퍼레이터에 함유시키고 있다. 
건전지처럼 밀폐되어 있으며, 니켈과 카드뮴을 사용하고 있기 때문에 니카드란 이름이 붙게 되었다. 전압은 1.2V로 충전이 가능하며 용량은 망간전지보다 약간 많다.
최근 전자계산기 중에는 솔라 전자계산기라고 하여 태양전지를 내장한 것이 유행이다.
무한히 내려쬐는 태양 빛의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것이 태양전지이다. 이 태양전지는 지금까지의 화학전지와는 다른 구조를 가진 것으로 말하자면 ‘물리 전지’라 할 수 있다.
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수력발전은 어떻게 전기를 만드나?

볼타의 전퇴(電堆)에서 발전한 것이 건전지인데, 요즘 가장 손쉽게 전기를 만들 수 있는 것이 바로 이 건전지이다. 몇 십 년 전만 하더라도 건전지는 회중전등에나 이용될 뿐, 활용가치가 적었지만 지금엔 여러 가지 전기제품에 두루 사용되고 있다.
그렇다면 전지 1개에서 나오는 에너지는 어느 정도인가. 1.5볼트짜리 건전지는 외부 저항 5Ω에서 500분간 사용할 수 있는 능력이 있다. 
사용할수록 점점 전압이 떨어지는 특성을 가진 전지는 평균 1.3V의 전압으로 방전했다고 가정하면 역학적 에너지로 환산해 1kg의 물체를 1,000미터 높이로 들어 올1879년 탄소선(炭素線) 전구를 완성시킨 에디슨은 ‘전 세계에 전등을’이라는, 당시로서는 꿈과 같은 캐치프레이즈를 내걸었다. 이 꿈이 실현된 것은 교류전기에 의해서다.
변압기나 송전의 방법도 개량되었고, 그에 따라 큰 발전기도 만들 수 있게 되었으며, 1892년에는 세계 최초로 수력발전소가 2개나 가동되는 것에 이르게 했다. 그 중 하나가 웨스팅 하우스사가 건설한 발전소로 미국의 오레건주에 있는 폭포를 이용한 수력 발전이다. 
다른 하나 역시 수력발전으로 일본의 비파호(琵琶湖) 물을 이용한 교토 시영 발전소였으며, 웨스팅 하우스의 발전소는 3,300볼트의 교류발전기, 일본은 550볼트의 직류발전기로 시작했다.
수력발전소는 높은 곳의 물이 가지고 있는 ‘위치에너지’를 이용해서 전기를 일으킨다. 즉, 물이 떨어지는 힘으로 수차(水車)를 돌리면, 수차의 축에 붙어 있는 발전기가 돌아가게 되어 전기가 발생되는 것이다. 수차에도 여러 가지 종류가 있으나 대부분의 발전소에서는 물의 압력을 이용하는 프랜시스 수차가 쓰이고 있다. 
그러나 물의 낙차가 큰 곳에서는 분출시킨 물의 충동으로 회전시키는 펠톤 수차가 사용된다. 그밖에도 프로펠러를 회전시키는 방식의 카플란 수차나 프로펠러 수차 등도 사용된다. 
한편, 우리나라의 팔당 수력발전소와 같이 흐르는 물의 양의 많으나 낙차가 적은 곳에는 발브(Bulb) 수차가 쓰인다.
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건설비가 싼 화력발전

수력과는 반대로 화력을 이용한 것이 화력발전이다. 중유, 석탄, 천연가스(LNG) 등이 연료로 사용된다. 수력발전은 무공해(無公害)한 클린 에너지(Clean Energy)인 데 비해 화력발전은 배기가스로 인한 공해가 심각한 문제로 꼽힌다. 그럼에도 불구하고 1950년대부터 화력발전소가 급격히 증가해 오랫동안 주류의 위치에 있던 수력발전을 제치고 현재는 전력을 지배하고 있다.
그 이유는 수력에 비해 건설비가 싸고 조기 완성시킬 수 있기 때문이다. 또 화력발전소는 위치의 선정에 유리해 산간벽지에 건설할 필요가 없는 것도 이점 중 하나이며, 연료인 중유나 석탄이 배로 운반되기 때문에 바닷가에 건설되는 경우가 많아 수용가까지의 송전거리가 짧은 것도 큰 이점으로 꼽히고 있다.
화력발전은 터빈의 회전이 매우 빨라서 수력발전의 수차가 1분간에 125회전에서 750회전인데 비해 화력터빈은 3,000회전에서 3,600회전을 한다.
터빈을 회전시킨 후의 증기는 복수기 속에서 냉각수에 의해 냉각되어, 재차 물로 돌아가게 되며, 그 후 급수펌프에 의해 급수로서 공급되어 과열기에서 가열, 다시 보일러로 보내진다.
수력발전기의 경우는 회전자의 지름이 크고 폭이 좁은 데 비해, 회전이 빠른 화력발전기는 회전자의 지름이 작고 폭이 길게 되어 있다. 
실제의 발전기에서는 기전력을 유도하는 전기자 코일을 회전시키는 것이 아니고 고정자 쪽에 설치한다. 그리고 전극(전자석) 쪽을 회전시킨다. 전기자 코일은 자력선(磁力線)을 끊어, 교류의 기전력을 발생한다. 
이 방식의 발전기를 회전계자형(回轉界磁形)이라고 한다.
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※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - EPC 전기·전력상식
:
Posted by 매실총각

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샌디아 국립 연구소 연구원들은 광전 물질의 효율을 획기적으로 증가시키고 다른 에너지원들과 가격경쟁을 할 수 있는 태양 전기를 얻는데 도움을 줄 것으로 믿는 기술을 개발하기 위해 미 에너지부 에너지 선샷 계획에서 1.2백만 달러를 지원받았다.

이 연구는 염료 감응 태양 전지 (DSSC)와 금속-유기 뼈대 (MOF)를 결합하여 MOF 물질들에 대한 샌디아의 최근 성공들로 만들어졌다.

수많은 연구원들이 DSSC들을 연구하고 있지만 MOF의 전문지식은 다른 연구원들이 가지고 있지 않은 방법을 알려주고 있다고 이 연구실에서 태양 전지 조사의 오랜 역사를 함께 한 재료 과학자 샌디아의 에릭 스포에르케 박사가 전했다.

샌디아의 프로젝트는 선샷 목표에 도달하거나 초과하기 위해 광전 전환 개선을 실현하기 위해 물질 특성 수준에서 증명된 유망한 기초 재료 과학을 적용하는 프로젝트들을 지원하는 선샷의 차세대 광전 기술 III 프로그램을 통해 지원된다.

선샷 계획은 십 년 내 일반적인 에너지 원천을 가지고 태양 에너지를 순수하게 가격 경쟁적으로 만드는 목표로 혁신을 강하게 구동시키는 협동적인 국가적 노력이다. 선샷을 통해 에너지부는 킬로와트-시당 6센트까지 태양 전기 가격을 떨어뜨리기 위해 기업, 대학, 국립 연구소들에 의한 노력들을 지원하고 있다.

1980년대 개발된 염료 감응 태양 전지는 태양 스펙트럼 내 빛을 효과적으로 흡수하기 위해 디자인된 염료들을 사용한다. 이 염료는 광학적으로 여기된 염료 내 에너지를 유용한 전류로의 전환을 촉진하는 일반적으로 타이타늄 이산화물인 반도체와 함께 사용한다.

DSSC는 그들이 태양 전지에서 전류를 발생시키는 다양한 과정들로 분리되기 때문에 광전 기술 내 매우 큰 진보로 간주된다. 스위스 로잔 공과 대학 교수인 마이클 그래첼 박사는 최초의 고효율 DSSC를 발명하여 2010 밀레니엄 기술상을 수상했다.

예를 들어, DSSC는 다양하거나 다중의 염료들을 이용하여 실리콘 기반 태양 전지들보다 더 많은 태양의 에너지를 포획할 수 있고 다른 분자 시스템들을 이용할 수 있다.

샌디아 연구팀은 DSSC이 가지고 있는 특정 도전과제들은 MOF와 DSSC가 결합함으로써 극복될 수 있다고 생각한다.

연구원들은 DSSC 효율의 기본적인 한계인 DSSC 내 염료들이 더 많은 태양광을 흡수하는데 도움을 주는데 MOF의 배열된 구조와 다양한 화학을 이용하길 기대하고 있다.

그들의 가정은 타이타늄 이산화물 상부에 MOF 박막을 적층하여 원하는 방법으로 정확하게 염료를 규정할 수 있을 것이라는 것이다. 이는 염료가 MOF의 결정 구조로 구속되기 때문에 염료 뭉침의 효율 감소 문제를 피할 수 있을 것이다.

MOF는 고차원의 다공성를 제공하는 매우 정렬된 물질이다. 새로운 구조들이 쉽게 계획되고 조립될 수 있기 때문에 이 물질을 화학자들을 위한 팅커토이라고 부른다.

MOF의 특이한 다공성은 초기 염료로 포함시키지 못하는 태양 스펙트럼의 부가적인 부분들을 포함할 MOF의 구멍들 내에 위치된 두 번째 염료를 부가할 수 있게 해 준다. 또한 MOF는 현재 불안정성 문제들에 직면한 태양전지의 전체 전하와 흐름을 개선을 할 수 있게 도와줄 것이다.

기본적으로 MOF는 태양전지 내 분자들의 전자구조와 나노구조를 더 효과적으로 체계화할 수 있게 해 준다. 이는 이렇게 조립된 소자들의 효율과 안정성을 개선하려는 긴 여정이 될 수도 있다.

MOF, 염료 감응 태양전지와 원자층 증착의 결합으로 전에 도전해보지 못했던 방법으로 주요 미세 계면들과 재료 원소들 모두를 조절하는 방법을 찾을 수 있을 것이라고 콜로라도-보울라에르 대학의 원자층 증착으로 알려진 박막 기술의 전문가인 스티브 조지 박사가 전했다.

그림 설명: M: 금속 이온; L1,L2: 연결기들; 노란색 구: 게스트 분자. 모듈식의 다중가능 구조는 MOF 내 세 가지 가능한 광 수확 메커니즘들을 제공한다.: A) 뼈대 내부 하나 혹은 더 많은 유리 연결기 형태들 B) 구멍들 내에서 광 흡수 게스트 분자들; C) 격리된 게스트와 연결기의 적색에 새로운 흡수를 발생하는 게스트 분자들과 MOF 연결기들 사이 전하 이동 상호작용들.


※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 태양전지와 팅커토이 물질의 결합
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2014. 9. 25. 16:08

태양전지, 이젠 옷감처럼 짜낸다 국내외 뉴스2014. 9. 25. 16:08

태양전지, 이젠 옷감처럼 짜낸다


2020년 대한민국 아프카니스탄 파견부대. 각종 첨단 전자장비로 무장한 한국군은 넓은 작전반경으로 이동시간이 길거나, 많은 장비 이동이 불가능할 경우에도 개별 전자장비 이용에 큰 어려움이 없다. 의복에 부착되거나 천 재질에 삽입돼 짜여진 직조물 구조 유연 태양전지의 첨단기술 덕분이다. 병사들은 작전지역에 설치한 군용막사나 개인 야전텐트, 군모나 전투복을 태양전지로 활용하여 전기를 생산, 작전에 필요한 각종 소형 전자기기를 이용하고 있다.

이와 같은 미래가 현실적으로 가능해져 화제다. 한국전기연구원은 최근 직조물 구조 유연 태양전지를 최초 개발에 성공했다. 가볍고, 다양한 무늬로 제조할 수 있어 의류 등에 삽입이 가능한 이 기술은 향후 텐트, 컨버터블카, 군복 등 레저·국방 분야 외에도 다양한 산업에 활용이 전망되고 있다.




태양전지를 옷감처럼 베틀에서 짜낼 수 있다!


광합성 작용을 본 따 전기를 발생시키는 태양전지를 옷감처럼 베틀에서 짜낼 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 최초로 개발됐다. 

미래창조과학부 산하 전기전문연구기관 한국전기연구원은 최근 나노융합기술연구센터 차승일·이동윤 박사팀이 차세대 태양전지 기술의 하나인 직조형(옷감형) 염료감응 태양전지를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

최근 몸에 착용이 가능한 웨어러블 기기(Wearable Device)가 차세대 핵심 기술 및 산업으로 각광받고 있다. 지난해 구글이 ‘구글 글래스’를 출시한 데 이어 올 초 세계적 가전쇼에서 삼성, 소니, 퀄컴 등이 시계형과 밴드형 기기를 앞다퉈 공개했다. 

스마트안경, 스마트시계, 스마트팔찌, 스마트신발 등이 웨어러블을 대표하는 기기들이다. 응용분야도 군사, 소방 등 특수한 목적을 가진 것부터 생활보조, 건강관리, 인포테인먼트, 인간능력 향상 등으로 점점 확대되고 있다. 

따라서 웨어러블 기기에 필요한 전력을 공급해줄 수 있는 효과적인 전력원의 개발도 주목받고 있다. 이번에 개발된 기술은 이러한 웨어러블 기기의 자체 전력원으로서 하나의 대안이 될 것으로 기대된다.




연료감응형 태양전지 기술 기반, 다양한 형태 제조 가능!


개발된 직조형 태양전지는 염료감응형 태양전지 기술을 기반으로 한다. 

금속과 세라믹 섬유를 이용해 태양전지의 전극(음극과 양극) 구조를 옷감처럼 직조공정을 통해 베틀(직조기)로 짜내고, 스크린 프린팅의 공정으로 광전극과 염료를 프린팅함으로써 옷감 형태의 태양전지를 완성했다. 

직조형 태양전지는 옷감처럼 유연하고 부드러우며, 옷감과 마찬가지로 재봉과 재단이 가능한 특징을 가지고 있다. 

또한 사용 환경과 응용 대상에 따라서 여러 가지 패턴(무늬)을 적용해 제작할 수 있는 특성을 갖는다. 특히 기존의 면, 실크, 팰트 등의 천에 직조 공정으로 제조된 전극을 재봉하여 부착(부착형)하거나, 기존 옷감을 제조할 때 태양전지를 삽입(옷감 삽입형)할 수 있고, 모두 직조로만 제조(직조형)하는 등 다양한 형태로 제조할 수 있어, 응용 범위와 가능성이 높다고 평가된다. 

현재 옷감형태의 태양전지 개발은 선진국에서도 경쟁적으로 시도되고 있다. 그러나 기존의 시도는 직조 공정 중에 섬유들이 필연적으로 겪게 되는 장력(당기는 힘)과 마찰력을 고려하지 않아 실제 직조물을 제조하기가 사실상 불가능했다. 

한국전기연구원 연구팀의 연구에서는 직조 공정으로 태양전지의 전극을 제조하고, 최종적으로 스크린 프린팅을 통한 프린팅 공정을 적용함으로써 직조기를 이용한 태양전지의 제조를 가능하게 했다. 


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IT기반의 생활편의 증진과 군사용 적용 가능성 높아…


개발된 기술은 IT기반의 생활편의 증진에 크게 기여할 것으로 예상된다. 

현재 웨어러블 기기는 대개 구글글라스 등 안경이나 삼성 기어 등 시계의 형태를 취하고 있는데, 안경밴드나 시계줄 등에 이 기술을 적용해 기기 전원으로 활용할 수 있다. 

또한, 최근 레저활동의 대세인 캠핑에서도 유용하다. 현재 캠핑장에서 이용할 각종 전자기기를 위해 무거운 배터리를 따로 들고 가거나 캠핑장의 부족한 전원을 활용했지만, 타프와 텐트 등에 적용된 태양전지를 이용하면 캠퍼들의 짐부담을 줄일 수 있다. 가정에서도 건물 일체형 태양전지나 커튼 등에 적용할 수 있다. 

군사용 적용 가능성도 높다. KERI가 ‘미래 전장 변화 이끌 5대 첨단 전기기술’ 발표에서 전망한 바와 같이 각종 전기전자장비의 사용이 필수적인 미래 전장(戰場)에서는 군사용 휴대용 초경량 전지와 더불어 작전 지역 현장에서 직접 전투나 장거리 이동, 극한 환경에서의 생존 등에 필요한 전기를 현장에서 직접 생산하여 활용할 수 있는 기술이 필요하다. 

이 경우 군용막사, 전투용배낭, 군모 등에 직조형 유연태양전지 기술을 적용, 현장에서 전기를 생산하고 활용할 수 있게 된다. 


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개발된 전지 효율, 상용화에 충분한 5%대


한국전기연구원 차승일 선임연구원은 “이번 개발은 직조 구조를 제대로 활용한 태양전지로는 세계최초의 개발성과로서 아직까지 밀봉 기술, 전해질 기술, 효율 최적화 기술 등 상품화까지 해결해야 할 과제가 남아있지만 가장 핵심인 직조 태양전지 구조 개발에 성공했기 때문에 남아 있는 기술적 문제는 응용 범위와 연계하여 개발해 나갈 예정”이라고 밝혔다.

이어 “우선은 레저용 및 군사용 응용이 가능할 것으로 보이며, 웨어러블 시장이 본격적으로 형성되고 있고, 건물 일체형 태양전지의 요구도 증가하고 있어 다양한 분야의 응용이 가능할 것으로 판단된다.”고 전망했다. 

이번에 개발된 전지의 효율은 당장 상용화에 충분한 5%대에 달한다. 연구팀은 응용분야에 적합한 후속 연구를 진행, 기술이전을 통해 빠른 시일내 상용화할 예정이다. 한편, 이 기술은 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심원천기술개발 사업의 지원으로 개발되었다.





연구결과 문답



Q. 연구를 시작한 계기는.

A. 유연태양전지 및 유연전지 부분에서 내구성이 뛰어나면서도 유연성이 우수한 구조를 개발하고자 연구를 시작했다.



Q. 이번 성과는 기존과 어떠한 점이 다른가.

A. 기존에도 섬유형 및 직조형 태양전지를 개발하고자 하는 시도가 있었으나, 실제 직조기를 이용해 직조구조를 완성시킨 예가 없었다. 본 연구에서는 실제 직조상황의 마찰 등을 모두 고려해 개발했다.



Q. 어디에 쓸 수 있나.

A. 스마트 기기용 전원, 커튼 등 건물 일체형 전력원으로 사용 가능하다.



Q. 실용화까지 필요한 시간은.

A. 현재는 핵심 기술을 개발한 상태이며, 응용처에 따라 관련 상용화 기술을 개발하자면 향후 3년 정도의 시간이 요구된다.



Q. 에피소드가 있다면.

A. 직조기, 편조기 등 옷감 제조에 관련된 기기들을 이용하다 보니, 연구에 대한 오해도 많이 받게 되었다(재봉틀도 실험 장비로 사용).



Q. 꼭 이루고 싶은 목표는.

A. 기술이전 작업 후, 상품화를 완료해 세계시장에서 상품성의 경쟁에서 1등하는 것이다.



Q. 신진연구자를 위한 한 마디.

A. 주변에 오랫동안 사용해온 옛 기술들과 자연이 해답을 가지고 있는 경우가 많다. 더 자세히 둘러보기를 바란다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 태양전지, 이젠 옷감처럼 짜낸다
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태양발전 비용을 절반으로 절감할 수 있는 물질


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미 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency for Energy)가 지원하고 있는 신생기업인 Glint Photonics는 보다 많은 태양광을 포획할 수 있도록 도와주는 광학 물질을 활용한다면 태양발전 비용을 지금보다 절반으로 저감할 수 있다고 밝혔다. Glint사는 적응성 물질(Adaptive Material)을 개발했으며, 이를 통해 일부 태양발전에서 사용되는 태양 추적 시스템의 비용을 크게 줄여줄 것으로 기대된다. 적응성 물질은 집중된 태양광에서 나오는 열에 반응하여 반사율(Reflectivity)을 변화시키며, 이러한 방식을 통해 다양한 각도에서 들어오는 태양광을 포획할 수 있다. 태양광을 집중한다는 것은 지금보다 더 작고 경제적인 태양전지를 사용할 수 있다는 의미이기도 하다. 그러나 일반적으로 이러한 일은 렌즈나 반사경을 통해 이루어지며, 태양광이 태양전지위에 집중된 상태를 유지하기 위해 하늘에 떠 있는 태양이 움직일 때 이를 정확히 추적해야 한다. 이러한 장치가 안정적으로 가동되기 위해서는 대량의 강철과 콘크리트가 필요한데 이는 고비용의 원인이기도 하다. 

Glint사의 태양광 집중기는 크게 두 개 부분으로 구성되어 있다. 첫 번째는 얇고 경제적인 렌즈 어레이(Array)로 태양광을 집중하는데 사용한다. 두 번째는 태양광을 최대 500배 이상 더 집중시키기 위해 사용하는 유리 시트(Sheet)이다. 이들을 통해 표면에서 포집된 태양광은 모서리 부분으로 집중할 수 있다. 

유리 시트는 전면부와 후면부에 반사성 물질로 덮여있다. 전면부의 물질은 Glint사가 개발한 새로운 적응성 물질이다. 렌즈 어레이에서 집중된 태양광이 이 물질에 닿으며 시트의 일부가 가열되어 그 부분에 대한 반사특성이 없어진다. 그리고 광은 유리시트로 진입할 수 있다. 다른 어느 곳에 있는 물질은 반사성을 유지하기 때문에 유리시트로 진입한 빛을 포획할 수 있다. 그리고 광은 유리시트의 모서리에 닿을 때까지 산란하게 된다. 이 모서리에는 소형 태양전지가 장착되어 있어 전기를 생산할 수 있다. 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 태양발전 비용을 절반으로 절감할 수 있는 물질
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더 많은 전기를 만드는 태양 전지의 적층


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태양 전지를 적층해 더 많은 태양 에너지를 전기로 변환하는 방법은 없을까? 

한 기업이 이러한 방법을 개발했으며, 이러한 접근방법은 태양 에너지의 이용을 천연가스만큼 값싸게 만들 가능성이 있다고 미국 매사추세츠 공대에서 밝혔다.

아이디어는 광 주파수를 수집하는 서로 다른 반도체 소재를 적층하는 것이다. 이러한 아이디어를 이용하면 여러 개의 서로 다른 조합으로 적층해 더 많은 태양 에너지를 포착할 수 있는 태양 전지를 만들 수 있기 때문에 중요하다. 

이러한 생산 기술은 미국 매사추세츠 공대 테크놀로지 리뷰의 케빈 불리스(Kevin Bullis)에 의하여 토의되었다. 미국 노스캐롤라이나(North Carolina) 주 더럼(Durham)에 본사를 둔 기업인 셈프리우스(Semprius)는 신속하고 경제적으로 적층을 수행하는 기술을 가지고 있다. 

케빈 불리스는 “통상적인 태양 전지가 25퍼센트 미만의 태양 에너지를 전기로 변환하는 반면에 이 기술은 50퍼센트 정도로 높은 효율을 달성할 수 있는 기회를 제공할 것”이라고 말했다.

이 태양전지는 자주 언급되고 있는 50퍼센트의 변환 효율을 가지는 태양전지라는 산업체의 목표에 한 걸음 더 가까이 다가가도록 만들 것으로 업계에서는 예상하고 있으며, 경제학적 규모와 연관된 비용 측면에서 연간 80~100메가와트 규모의 생산시설이 50퍼센트의 효율을 가진 태양 전지를 만든다면 킬로와트시(Kilowatt-Hour)당 5센트 미만의 비용이 가능할 것으로 전망된다.

한편, 미국의 에너지부 산하 에너지 정보국(U.S. Energy Information Administration)은 새로운 천연 가스 발전소가 킬로와트시당 6.4센트의 비용으로 전기를 생산할 것이라고 매사추세츠 공대 테크놀로지 리뷰(MIT Technology Review)에 덧붙였으며, 이는 태양 에너지의 이용을 천연가스만큼 값싸게 만들 가능성을 제시하고 있다. 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 더 많은 전기를 만드는 태양 전지의 적층
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도시바, 태양전지 세계 최고의 에너지변환효율 확보


일본 도시바가 박막 태양전지 세계 최고의 에너지변환효율을 달성하고 본격적인 실용화와 시장선점에 나선다.도시바는 최근 유기박막태양전지 에너지변환효율에서 1㎝각 단층셀로 11.2% 효율을 달성했으며 5㎝각 모듈에서 9.9%를 달성해 세계 최고수준의 효율을 갱신했다고 밝혔다. 

이에 따라 저비용, 저경량의 유기박막 태양전지의 본격적인 실용화가 전망된다.

이번 기술은 일본 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 위탁사업인 ‘태양광 발전시스템 차세대 고성능 기술개발’ 과정에서 이뤄낸 성과다.

최근 일본은 태양광발전 도입량의 대폭적인 증가에 따라 FIT 가격인하도 논의되고 있으며 태양광발전비용의 절감히 강하게 요구되고 있다. 

또한 현재 주류인 실리콘계 태양전지는 무게와 형상의 측면에서 설치장소가 한정되어 있으나 이들 과제를 해결할 수 있는 기술 필요성이 제기되고 있다. 

이에 따라 도시바는 향후 태양광발전비용을 더 낮추기 위해 변환효율, 내구성 향상 및 제조비용 절감을 위한 연구개발을 지속적으로 추진할 계획이다.

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높은 효율을 유도하는 태양전지 구조 변화


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프라운호퍼 태양광 에너지 시스템 연구소 연구진은 집중기 표준 검사 조건(Concentrator Standard Testing Conditions) 하에서 36.7%의 태양전지 모듈 효율을 달성하는 새로운 태양전지 구조를 발표했다. 이것은 새로운 태양전지 구조를 집광 렌즈에 적용함으로써 달성된 결과이다. 연구진은 다중접합 태양전지 위에 태양광을 집속시키는데 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 사용해 지난 몇 년 동안 집광형 태양광발전 기술을 개발해왔다. 이들이 개발한 다중접합 태양전지는 빛을 전기로 전환시키는 데에 높은 효율을 달성했다. 다중접합 태양전지 속의 서브-셀은 특정 영역 빛을 흡수하여 전환하게 되며, 각 서브-셀은 적층형으로 구성되고, 가장 높은 밴드갭을 가진 서브-셀이 최상부에 존재하게 된다. 

이를 토대로 연구진은 집광형 태양광발전을 위한 4-접합 태양전지를 새롭게 개발하는 성과를 거두기도 했다. 웨이퍼 본딩 기술을 기반으로 탄생한 4-접합 태양전지는 연구소의 FLATCON 모듈 개념으로 최근에 구현되었다. 모듈 개구 면적(Aperture Area)은 832cm2에 이르는데 이 개구 면적은 빛에 노출되는 표면적을 의미한다. 빛은 52.16cm2의 프레넬 렌즈의 도움으로 52.7mm2 소형 태양전지 위에 집속되었다. 

연구진의 성공적인 실험은 새로운 4-접합 태양전지의 높은 효율이 모듈까지 전달될 수 있다는 것을 증명해냈다. 연구진은 “이 기술의 핵심은 태양전지 효율과 집속 광학의 적용”이라며, “새로운 4-접합 태양전지는 ORAFOL Fresnel Optics GmbH of Apolda Germany의 프레넬 렌즈와 결합되었다”고 주요 내용을 전했다. 또한 연구진은 “상용 제조 모듈을 이런 높은 효율의 모듈로 전환하는 것은 1~2년에 가능할 것으로 예상된다”며 향후 상용화에 대한 기대를 높였다.


※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 높은 효율을 유도하는 태양전지 구조 변화
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슈나이더, 국내 태양광 인버터시장 본격 진출 


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슈나이더 일렉트릭 코리아(대표 김경록)가 국내 태양광 인버터 시장에 본격 진출한다.

슈나이더 일렉트릭 코리아는 한국시장 진출을 위해 한국전기연구원으로부터 500kW 이상급 대용량 인버터 모델인 ‘Conext Core XC 시리즈’의 시험을 완료했다고 밝혔다. 

태양광 인버터는 태양전지 모듈에서 발생한 직류(DC) 전기를 가정이나 산업현장에서 사용 가능한 교류(AC)전기로 바꿔주는 전류변환장치를 말한다. 

이번에 인증을 통과한 슈나이더 일렉트릭의 Conext Core XC 시리즈는 출력 전력에 따라 XC540, XC630, XC680의 총 3가지 모델로 나뉘어진다. 태양광패널의 종류와 설치방식에 관계없이 높은 효율을 낼 수 있도록 설계됐다. 

슈나이더 측은 인버터 효율(DC입력량 대비 AC출력량)이 최고 98.9%에 달해 세계 최고수준이며, 글로벌 시장의 전력 설비 요구사항을 충족시키는 최신 전력망 관리 기능과 원격 진단을 위한 알림 및 문제해결 도구를 갖추고 있는 것이 특징이라고 밝혔다. 

또 슈나이더 일렉트릭 미국 태양광 인버터 공장과 연구소에서 진행된 전기연구원 시험과정에서 0.5초 이내에 고장제어가 이뤄지는 단독운전방지 기능시험을 통과해 우수한 기술력을 증명하기도 했다고 회사 측은 설명했다.

슈나이더 측은 국내에서는 특히 파워플랜트용 대용량 인버터 공급에 주력할 예정이며, 이를 통해 국내 플랜트의 해외 진출에도 힘을 보탠다는 계획이다. 

슈나이더 일렉트릭은 세계 태양광 인버터 시장에서 기술력과 서비스 네트워크의 우수함을 인정받고 있으며, 지난해 미국 시장조사업체 GTM리서치가 발표한 ‘2013년 가장 경쟁력 있는 10대 태양광 인버터 회사’ 순위에서 독일 SMA 솔라, 미국 파워원과 함께 3대 업체로 꼽히기도 했다. <출처: 슈나이더일렉트릭>

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 슈나이더, 국내 태양광 인버터시장 본격 진출
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