Ⅵ. 생명 기술과 미래의 기술.

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1 Ⅵ. 생명 기술과 미래의 기술

2 미래 기술과 통합 체험 활동 2-1. 미래의 기술 동향 2-2. 미래 사회에서 기술의 영향 2-3. 올바른 미래 기술의 방향
2-4. 휴대 전화 충전기 만들기 2-5. 자기 부상 열차 만들기

3 학습 목표 태양 전지의 원리를 설명할 수 있다. 태양광을 이용한 휴대 전화 충전기를 만들 수 있다.

4 태양 에너지를 이용하여 할 수 있는 일들에는 무엇이 있을까?
태양열을 이용한 난방, 태양광을 이용한 축전, 발전 등으로 mp3, 휴대 전화와 같은 다양한 생활 기기 사용 등

5 문제 확인 문제 상황 원근이는 방학을 맞아 부모님과 일본으로 여행을 갔습니다. 그런데 일 본은 우리나라와 달리 100V를 사용하고 있었습니다. 가져온 충전기는 220V용이라서 사용할 수가 없었습니다. 원근이는 휴대 전화로 사진을 찍으려고 사진기도 가져오지 않았습니다. 원근이의 고민을 해결할 수 있는 방법은 무엇일까?

6 태양광 에너지 태양광 에너지의 활용: 태양광 발전 시스템(태양 전지, 모듈, 축전지 및 전력 변환 장치로 구성)을 이용하여 태양광을 직접 전기 에너지로 변환시키는 기술 태양광 에너지의 장단점 장점 단점 청정에너지원이며, 무제한 사용 가능 필요한 장소에서 필요한 만큼 발전 가능 유지 및 보수가 용이하며, 무인 화 가능 전력 생산량이 지역별 일사량에 의존 에너지 밀도가 낮아 넓은 설치 면적 필요 설치 장소가 한정적, 시스템 비용 이 고가 초기 투자비와 발전 단가가 높음

7 목표 설정 교과 통합적 지식을 활용하여, 재생 가능한 청정에너지 원으로 주목 받고 있는 태양광을 이용한 휴대 전화 충 전기를 만들어 보자. 태양 전지의 원리 충전기의 외관 구상 전압과 전류 계산 충전 시간 계산 문제 해결 아이디어 구상 회로도 작성

8 준비물 확인 태양 전지 모듈, 휴대 전화 케이블, 다이오드, 연결 단자, 회로 시험기
시판되고 있는 태양 전지는 1.5V, 3V, 5V 등 이 있다. 실습 시에는 개인이 사용하고 있는 휴대 전화 충전기의 전압을 확인하여 이에 맞는 모듈을 사용하거나, 셀을 직렬로 연결 하여 사용한다. 일반적으로 20핀 단자를 사용한다. 여기에 학생 개인의 휴대 전화에 맞는 케이블(젠더) 을 연결하여 사용한다.

9 준비물 확인 태양 전지 모듈, 휴대 전화 케이블, 다이오드, 연결 단자, 회로 시험기
휴대 전화의 배터리에서 태양 전지로 전류가 흐르는 역전류 현상을 방지하기 위하여 사용 한다. 완성된 휴대 전화 충전기를 태양 아래에 놓 은 후, 전압과 전류를 확인하여 작동 여부를 판단한다.

10 계획 정보 수집 태양 전지의 원리 태양 전지는 P형 반도체와 N형 반 도체로 구성되어 빛에너지를 전기 에너지로 변환한다.
▲ 태양 전지 원리

11 계획 정보 수집 태양 전지 셀 태양 전지를 구성하는 기본 소자 태양 전지 모듈
▲ 셀(왼쪽)과 모듈(오른쪽) 태양 전지 셀 태양 전지를 구성하는 기본 소자 태양 전지 모듈 셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 것, 일반적으로 이 모듈을 태양 전지판이라고도 함

12 전압과 전류의 계산 4 V, 150 mA의 태양 전지 두 개를 직렬로 연결할 때와 병렬로 연결할 때 전압과 전류는 각각 얼마인가? 직렬연결 병렬연결 전압(V) 구분 전류(mA) 8 150 4 300 직렬연결 시, 흐르는 전류가 일정하다. 병렬연결 시, 전체 전압은 태양 전지 한 개의 전압과 같다.

13 태양 전지의 직렬/병렬연결 직렬연결 전류의 세기는 일정하며, 전압 은 직렬로 연결하는 모듈 개수 에 비례한다. 병렬연결
전압의 크기는 일정하며, 전류는 병렬로 연결하는 모듈 개수에 비 례한다.

14 충전 시간 계산 휴대 전화의 배터리 전류 태양 전지의 전류 1000mA 100mA
휴대 전화 배터리의 전력량이 4 Wh, 정격 전압이 4 V라 면 1시간 동안 흐르는 정격 전류는 몇 mA인가? 문제 1 4Wh는 1시간 동안 4W의 전력을 낼 수 있음을 의미한다. 4W＝4V×전류, 따라서 전류는 1A이므로 정답은 1000mA이다. 4 V, 100 mA의 태양 전지로 4 V, 1000 mA의 휴대 전화 배터리를 완전히 충전하는 데 걸리는 시간(10 %의 오차 포함)은 얼마인가? 문제 2 충전시간= = =10시간 10시간에 10%의 충전 오차를 포함하여 정답은 11시간이다. 휴대 전화의 배터리 전류 태양 전지의 전류 1000mA 100mA

15 휴대 전화 배터리 용량 배터리의 용량: 충전이 완료된 상태에서 일정한 부하 전류를 흘려 전 압이 정해진 값으로 떨어질 때까지 흐른 전류의 합을 말한다. 배터리의 용량의 단위: mAh(밀리암페어아워) → 배터리의 용량이 300mAh라면 300mA를 흘려서 1시간 사용할 수 있다는 뜻이다. 100mA의 작동 전류로 10시간 사용하는 경우 배터리의 용량은? 100mA×10h＝1000mAh, 1000mAh인 배터리를 사용한다. 국내 스마트폰의 배터리 용량은 일반적으로 1300~1900mAh이다.

16 외관 구상 태양광 휴대 전화 충전기의 외관 구상 시 고려할 요소 전선이나 부품을 어떻게 처리하여 마무리할 것인가?
전선이나 부품을 어떻게 처리하여 마무리할 것인가? 어디에 두고 어떻게 사용할 것인가? 부가할 다른 기능이 있는가?

17 문제 해결 아이디어 구상 태양 전지의 전압과 전류
태양 전지는 휴대 전화 충전기의 기준 전압을 확인하여 이에 맞는 전 압의 태양 전지를 사용한다. 태양 전지 모듈의 전압이 본인의 휴대 전화 충전기의 기준 전압과 맞 지 않을 경우에는 셀을 직렬로 연결하여 필요한 전압을 얻을 수 있다. 충전기의 안전장치 휴대 전화 배터리에서 태양 전지로 전류가 흐르는 역전류 현상을 방지하 기 위해 쇼트키 다이오드를 사용한다.

18 회로도 작성 태양광 휴대 전화 충전기를 만들기 위해서는 각 부품들을 어떻게 연결 해야 할지 회로도를 그려 보자.

19 실행 압착기를 이용하여 태양 전지 의 전선에 연결 단자를 부착한 다.
태양 전지와 휴대 전화 충전 케 이블을 같은 색의 전선끼리 극 성에 유의하여 연결한다.

20 실행 태양 전지의 (＋)극과 다이오드 의 (＋)극이 연결되도록 다이오 드를 연결 단자에 끼워 넣는다.
(＋)전선과 (－)전선이 서로 닿 지 않도록 절연 테이프 등으로 감는다.

21 실습 시 유의 사항 태양 전지는 휴대 전화 충전기의 기준 전압을 확인하여, 이에 맞는 전압의 태양 전지를 사용한다.
태양 전지는 휴대 전화 충전기의 기준 전압을 확인하여, 이에 맞는 전압의 태양 전지를 사용한다. 쇼트키 다이오드를 연결할 때 극성에 유의한다. 태양 전지와 휴대 전화 충전 케이블을 연결할 때 빨간색 선(＋)은 빨 간색 선끼리, 검은색 선(－)은 검은색 선끼리 연결한다. 전선 또는 부품은 연결 단자에 정확히 연결되도록 주의한다. 만약, 인두를 사용하여 납땜을 할 때에는 화상에 주의하며, 가급적이면 납 땜을 활용하지 않도록 한다. 실습 시에는 항상 주위를 정리·정돈하여 안전사고를 예방한다.

22 1 빛에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자는 무엇인가?
태양 전지 2 태양 전지판에서 얻는 전류를 증가시키기 위한 셀의 연결 방 법은 무엇인가? 병렬연결 3 휴대 전화 충전기의 역전류를 방지하기 위해 사용하는 부품은 무엇인가? 쇼트키 다이오드