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[과학칼럼]이제는 태양광 발전이다

성기홍 전 김해교육장 webmaster@idomin.com 2017년 08월 11일 금요일

현재 인류가 사용하는 전기에너지의 주 공급원은 화력발전과 원자력발전이다. 하지만 화력발전은 석탄과 기름을 태워서 나오는 미세먼지 발생과 지구 온난화에 대한 우려로, 원자력은 방사능 오염이 걱정거리로 대두되고 있다. 그래서 각국에서는 풍력발전과 태양광 발전 등의 청정에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 우리가 매일 호흡하는 공기 중에 포함된 자동차의 매연, 화력발전소 배출 먼지 등 인간이 문화생활을 누리기 위한 대가로 만들어지는 미세먼지 때문에 수많은 사람이 조기 사망한다는 연구 결과도 있지만 인류는 지금도 화력발전소와 원자력 발전소를 계속 건설하여 에너지를 사용하고 있다. 우리나라도 현 정부가 들어서고 나서 탈원전 정책이 가시화하고 있지만 우리나라의 지형상 대규모 풍력 발전을 기대할 수가 없고, 청정에너지라면 태양 에너지를 이용하는 방법이 가장 유력하다.

약 130년 전에 특허를 받은 태양전지의 발달 속도는 현대과학기술의 발달 속도보다 매우 느린 편이다. 태양전지는 1950년대에 지구 주변을 도는 인공위성의 태양전지판에서 이용이 된 이후에 1970년대부터 태양전지판이 우리 주변에서 조금씩 사용됐다. 높은 설치비용에 비하여 태양전지의 효율성이 떨어지기 때문에 일반에 널리 보급되지는 못했었다. 1990년대 이후 지구온난화 문제가 심각해지자 효율이 20% 정도까지 높아진 태양전지판이 개발되고, 태양전지판 제작 단가가 대량생산으로 낮아지고, 설치자금 지원과 세금 감면 등 정부 지원으로 일반에 널리 보급되기 시작했다. 보통 화력발전소의 평균 효율이 약 33%이며, 최근에 지어진 시설이라 해도 48%를 넘어서지 못한다. 2014년 호주에서 에너지 효율이 40%에 달하는 태양전지판이 개발됐다. 태양전지의 효율은 50%가 한계로 알려졌으므로 아주 대단한 성과이다.

태양전지는 낮에만 태양에너지를 받아 전기를 만들기 때문에 태양이 없는 흐린 날씨나 밤에는 사용할 수가 없다. 그래서 현재까지는 태양전지에서 낮에 만들어진 전기를 한국전력공사에 팔고, 밤에는 한전에서 만들어진 전기를 사용하는 방법과 낮에 만들어진 전기를 대용량의 배터리에 저장했다가 필요할 때 사용하는 두 가지 방식을 사용하고 있다. 가정이나 일반인이 태양광 발전으로 생산된 전기를 배터리에 저장했다가 사용하는 후자의 방법을 사용해야 한다. 태양전지 상용화를 위한 두 가지 큰 기술적 문제점은 태양전지판의 효율성 증대와 태양전지판이 생산한 전기를 저장할 큰 용량의 배터리 개발이다. 요즈음에는 실리콘이 아닌 유기물의 조합으로 태양전지를 만드는 새로운 기술도 개발되고 있다. 최근에 개발한 태양전지는 약 25.5%의 효율을 가진 유기물 태양전지가 개발됐다.

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솔라시티를 매입한 전기자동차 제작사 테슬라의 일론 머스크가 일반 가정집 지붕을 태양전지판으로 만들겠다고 발표했다. 현재 지붕보다 내구성이 좋고 단열성도 좋고 보기도 좋고 가격도 싼 그러한 태양전지판이 만들어질 것이라고 한다. 실제로 시제품으로 발표된 것을 보면 태양전지판으로 직접 지붕 타일을 만들어 시공하므로 가격을 낮추고, 미관도 개선할 수 있었다. 이러한 태양전지는 가까운 미래에 개인이 집 지붕뿐만 아니라 유리창이나 벽면 전체를 태양전지판으로 만들 수도 있고, 더 나아가서는 늘 햇빛을 받는 도로 노면에 태양전지판을 깔게 되면 태양전지의 효용성이 훨씬 높아질 것으로 생각이 된다. 첨단 제품 개발과 생산에는 전 세계가 시간을 다투고 있다. 이제는 정부도 청정에너지 개발을 위해 앞에서 끌고나가기보다는 진입 장벽을 낮추고, 규제를 적극적으로 풀어서 산업을 장려하여야 할 때이다.

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