본문내용
1. 태양광 전등의 환경조건에 따른 지속 시간 탐구
1.1. 서론
1.1.1. 연구 동기 및 목적
화석연료는 유한한 자원이다. 언젠가는 바닥을 드러낼 것이고 오늘날까지 화석연료를 사용하였기 때문에 인간에게 큰 손해를 끼쳤으며 지구온난화에도 크게 기여하고 있다. 2050년쯤이면 화석연료가 고갈된다고 한다. 앞으로는 환경에 해를 끼치지 않고 인간에게 도움을 주는 신 재생에너지가 발전하고 있다. 요즘 개인 주택에서는 태양광 패널을 이용하여 태양 에너지를 유용하게 사용하고 있다. 집 앞에 있는 마당에서 태양광 패널이 달린 전등을 보고 나서 '어떤 원리로 태양 에너지를 모으고 태양광 전등이 에너지를 모으는 과정에서 어떤 환경에 더 유리하고 불리할까?'라는 생각이 들었다. 따라서 교과서의 내용을 경험해보고 궁금증을 해결하기 위해 '환경조건에 따른 태양광 전등 탐구'라는 주제를 가지고 탐구하고자 하였다.
1.1.2. 연구 시기 및 방법
본 연구의 시기 및 방법은 다음과 같다.
본 연구는 2022년 2월부터 2022년 6월까지 총 5개월에 걸쳐 실시되었다. 매월 2일, 9일, 16일, 23일, 30일 총 5회에 걸쳐 실험을 진행하였다.
연구 방법으로는 문헌조사와 태양광 전등의 지속시간 측정 실험을 진행하였다. 우선 문헌조사를 통해 태양 에너지 집열에 영향을 주는 요인들을 파악하고 태양광 집열판의 원리를 살펴보았다. 이와 더불어 2월부터 6월까지의 기온, 낮의 길이, 날씨, 미세먼지 농도 등을 조사하였다.
다음으로 태양광 전등의 지속시간 측정 실험을 진행하였다. 태양 에너지가 비치는 마당과 나무그늘 속에 각각 태양광 전등을 설치하고, 매일 저녁부터 새벽까지 전등이 켜져 있는 시간을 관찰카메라로 측정하였다. 실험은 5개월 동안 총 20회에 걸쳐 실시되었으며, 날씨, 기온, 미세먼지 농도, 구름의 양 등을 함께 조사하여 결과와 비교하였다.
이를 통해 환경조건이 태양광 전등의 지속시간에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 태양광 발전의 원리
태양광 발전의 원리는 다음과 같다.
광기전효과라는 미시적 물리 변환 과정을 통해 태양 에너지가 전기 에너지로 전환된다. 태양전지에 빛이 흡수되면 표면에서 전자가 생성되어 전기가 발생하는 원리이다. 현재 상용 태양전지와 모듈의 효율은 약 15~22% 정도이며, 고효율 방식은 50~52% 수준이지만 제조 비용이 매우 비싸다.
태양광 발전 시스템은 태양전지 모듈과 어레이, 인버터, 태양전지 등의 주요 구성 요소로 이루어진다. 태양전지는 실리콘을 가공하여 제작되며, 단결정, 다결정, 비정질 실리콘 등 다양한 구조로 존재한다. 모듈은 다수의 태양전지를 직렬 및 병렬로 연결하여 구성되고, 어레이는 이러한 모듈들이 연계된 형태이다. 인버터는 태양전지에서 발생한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력계통에 연계하는 역할을 한다.
태양광 발전은 화석연료 고갈 및 환경오염 문제에 대한 대안으로 중요성이 높아지고 있으며, 최근 기술 발전과 보급 확대로 보다 효율적이고 경제적인 시스템이 개발되고 있다. 하지만 아직 초기 투자비가 높고 효율이 충분히 높지 않은 과제들이 있어 지속적인 기술 혁신과 보급 확대가 필요한 실정이다.
1.2.2. 선행연구 분석 및 시사점
선행 연구 자료에서는 태양광 발전과 관련된 다양한 환경조건들이 태양광 전등의 발전 성능에 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 우선 조경해(1990)의 연구에서는 태양광 발전의 특성과 향후 발전 가능성을 평가하였으며, 선진국에서 태양광 발전을 많이 활용하는 이유를 제시하였다. 조은철(2009)의 연구에서는 우리나라 태양광 발전의 현황을 가치사슬별로 정리하고, 태양광 에너지 추진체계를 소개하였다.
또한 이재민과 이창성(2009)의 연구에서는 새로운 태양광 발전 시스템을 제안하면서, 해수욕장의 그늘막에 태양광 발전 시스템을 설치하여 전력 생산 능력과 발전 성능을 확인하였다. 김주희(2014)의 연구에서는 태양전지 모듈이 옥외에 장기 노출되면 성능이 점점 저하되는 문제를 해결하기 위한 방안을 모색하였다. 마지막으로 이은석과 정태희(2015)의 연구에서는 온도, 습도, 전압 등 다양한 야외 환경요인이 태양전지 모듈의 성능에 미치는 영향을 실험을 통해 확인하였다.
이상의 선행 연구 결과들은 태양광 발전에 있어서 환경조건이 매우 중요한 요인임을 보여준다. 특히 기온, 일조량, 미세먼지 농도 등 다양한 환경변수가 태양광 에너지 흡수와 변환에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 이러한 선행연구의 시사점을 바탕으로 실제 태양광 전등을 대상으로 환경조건에 따른 지속시간을 심도 있게 탐구해 볼 필요가 있다고 판단된다.
1.3. 실험 과정
1.3.1. 실험 도구
실험 도구는 태양광 패널이 달린 전등 2개와 관찰 카메라, 작은 패널이 달린 조명 2개로 구성되어 있다". 태양광 패널이 달린 전등 2개는 햇빛이 잘 드는 마당과 그늘진 곳에 각각 설치하여 환경 조건에 따른 전등의 지속 시간을 관찰하기 위한 것이다. 또한 작은 패널이 달린 조명 2개는 비교 실험을 위해 함께 사용되었다. 이를 통해 태양광 전등의 지속 시간이 햇빛의 양과 환경 조건에 따라 어떻게 달라지는지 분석할 수 있었다".
1.3.2. 연구과제 실행
연구과제의 실행
태양광 전등의 지속 시간을 탐구하기 위해 실험을 실시하였다. 먼저 문헌조사를 통해 태양광 발전의 원리와 선행연구 결과를 분석하였다. 태양 에너지는 우리가 가장 흔히 볼 수 있는 신 재생에너지 중 하나이며, 태양광 발전은 광기전효과를 이용하여 전기를 생산한다. 선행연구 분석 결과, 환경 요인이 태양광 발전에 영향을 미치는 것으로 나타났다."
다음으로 태양광 전등의...
