태양열 에너지 활용 - taeyang-yeol eneoji hwal-yong

신재생에너지 확장에서 태양에너지는 시대적 요구에 부응해 최근들어 많이 설치되고 있습니다. 이런 태양에너지는 ‘태양광’과 ‘태양열’ 두가지가 있습니다. 태양빛을 이용한다는 점에서 많은 사람들이 이 두가지 용어를 혼용해서 사용하고 있지만 이 두가지 확실히 다른 발전양식을 가진 발전형태입니다.

비슷한 듯하지만 확연히 다른 태양광과 태양열 두 에너지는 어떤 차이점이 있을까요?

1. 태양광에너지란?

먼저 태양광에너지는 말 그대로 ‘광’ 즉 ‘햇빛’을 이용해 전기를 만드는 방식입니다. 태양광 패널에 햇빛이 오면 광전효과로 인해 전기를 발생시키는 방식인데, 태양광 발전 시스템은 ‘태양광 발전 모듈 혹은 패널’을 이용해 빛을 직접 전기로 바꾸고 있습니다. 때문에 별도의 발전기가 필요 없다는 것이 하나의 장점입니다. 뒤에서 설명할 태양열의 경우에는 터빈을 매개로 에너지를 생산하기에 태양광에너지와 다른점입니다.

태양광 발전 사업의 경우 다른 신재생에너지보다 부지의 제약이 적은 것도 하나의 강점입니다. 따라서 일반인들도 쉽게 시작할 수 있다는 특징이 있습니다. 현재는 이런 장점 때문에 특히 전력공급이 어려운 낙도나 오지 혹은 정전이 자주 일어나는 지역으로 빠르게 확산되고 있습니다. 또한 보조금 제도도 많이 운영되고 있어 일반 가정에서도 많이 쓰이고 있습니다.

태양빛을 이용하기에 폐기물이나 대기오염, 연료비는 발생하지 않으며, 자동화가 용이해 운영과, 유지, 관리 비용 비교적 적다는 것도 하나의 장점입니다.

단점이 있다면 빛에너지를 사용하기에 일조량에 영향을 받아 불안정한 측면이 있고 초기 투자비 및 발전 단가도 높은게 단점입니다.

2. 태양열에너지란?

태양광과 다르게 태양열 발전은 태양의 열에너지를 이용한 발전 방식입니다. 태양열은 태양에서 지구로 도달하는 열인데 다른 말로 복사열이라고도 합니다. 이 복사열을 이용하여 전기에너지를 만드는 방식이 태양열 발전입니다. 태양열을 이용해 물을 끓이고 거기서 나온 수증기로 터빈을 돌려 전기에너지를 생산하는 것입니다. 태양열 에너지는 흡수, 저장, 열변화 등을 통해 건물의 냉난방 및 급탕에 활용됩니다. 현재 세계 곳곳에서도 난방과 온수에 태양열 에너지 시스템을 이용하고 있습니다.

이런 태양열 방식의 단점은 태양열 자체가 에너지 밀도가 낮고 계절과 시간에 따라 일사량 조건의 변화가 심하기 때문에 지속적인 수요에 대한 안정적 공급이 힘들다는 점이 있습니다. 또한 대량의 물을 데워야 하는 만큼 소형화하기 힘들다는 점이 있습니다.

태양열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정에서도 에너지 손실이 많다는 것도 하나의 단점입니다. 이렇든 국내 신재생에너지 중 가장 역사가 오래되었지는 신재생에너지 산업으로 태양열 에너지는 각광을 받지는 못하고 있습니다.

◎ 태양광과 태양열에너지, 어떻게 활용할 수 있을까?

태양광과 태양열을 발전 방식을 기준으로 다른 점이 있지만 한편으로는 태양을 이용해 에너지를 생산한다는 점에서는 같은 점이 있습니다. 그렇지만 태양열과 태양광 중 어떤 방식이 더 태양에너지를 효율적으로 활용할 수 있을까요?

설치 비용만 고려한다면 태양열 발전이 단가가 저렴해 유리해 보이지만 태양열 발전은 온수와 난방등으로 용도가 한정되기에 태양광 발전이 전기를 효율적으로 사용하고픈 분들게 적합한 방식이라고 생각됩니다.

정부의 ‘탈 원전’ 정책에 따라 앞으로 친환경 에너지, 그린에너지라는 토픽은 이슈화 될 것이다. 물론 신재생에너지 기술을 개발해 에너지 생산의 효율을 증가시키는 것도 중요한 방안이 될 수 있다. 하지만 기술 개발이전에 우리 삶속에 친환경 에너지가 하루 빨리 친숙해져야 하지 않을까? 태양광판을 보고 신기해하는 것이 아니라 태양광판이 주변 공공시설과 결합되어 있는 것이 당연하게 받아지고, 집에서는 친환경에너지 제품을 많이 사용하며 전력 자급률이 높아져 가는 그런 생활모습이 더 시급하다고 생각된다. 그래서 이번엔 세계 속 공공시설에 적용된 신재생에너지 활용사례를 소개하려한다. 여러 신재생에너지 기술이 존재하겠지만 첫 번째로 우리가 가장 많이 들어봤을 태양전지판을 소개하겠다.

1) 태양열 가로등 ‘solar tree’
Solar Tree는 영국 디자이너 Ross Love grove가 디자인한 공공 가로등이다. 쉽게 설명하면 낮에는 시민들에게 쉴 공간을 제공하고, 밤에는 낮 동안 저장해뒀던 태양열을 이용해 빛을 발하는 것이다. 이 solar tree가 주목받는 것은 시스템마저도 친화적인 방법으로 설계했기 때문이라고 전해진다.

솔라트리는 위에 보는 사진과 같이 나뭇가지처럼 생긴 태양광 전지 패널을 이용해 받아들인 태양에너지를 전원 공급 장치를 거쳐 우리가 사용할 수 있는 전기에너지로 변환시키는 것이다. 다음으로 소개할 것은 태양열 휴대폰 충전 벤치 'Black Tree'이다.

2)태양열 휴대폰 충전 벤치 'Black Tree’

Black Tree는 세르비아 디자이너 Milos Milivojevic가 태양열 휴대폰 충전 시스템을 개발한 세르비아의 태양광 에너지 개발 회사 Strawberry Energy를 위해 디자인한 벤치라고 한다. 사람들로 하여금 도시에서의 태양열 에너지 활용 방법을 생각하게 하려는 의도를 담았다고 제작가는 말했다. 이것 외에도 다양한 시리즈가 나왔는데 세르비아 주요도시 10곳에는 모두 설치되어 있다.

세 번째 사진을 통해 알 수 있듯이 ‘black tree’ 밑에는 휴대폰 충전시설이 설치되어 있다. 공원에 설치된 black tree밑에서 잠시 쉬는 동안 태양광을 통해 생산한 전력으로 휴대폰 충전이 가능하도록 만들어진 친환경 공공시설 중 하나이다.
다음으로 소개할 것은 태양광을 이용한 LED광고판이다. 2009년 강남구청이 강남대로변 2개 건물에 태양광 에너지를 이용한 ‘태양광 LED간판’ 14개를 시범설치 한 것을 계기로 확산되었다

3) 태양광 LED간판

태양광 발전이 LED와 결합을 하는 이유는 무엇일까? 태양광과 LED, 무엇이 둘을 가장 주목하게 하는 것일까? 그 이유는 태양광 발전이 DC로 축전되기 때문에 DC로 동작하는 LED와 최적의 효과를 발휘할 수 있다는 데 있다. 태양광 발전과 LED조명의 접목이 관심을 모으고 있는 것은 이처럼 LED조명이 DC로 동작하는 시스템이 대세를 이루고 있다는 점에서 출발한다. DC방식을 다시 AC방식으로 전환할 필요가 없기 때문에 전환과정에서 생기는 낭비되는 전력을 줄일 수 있는 것이다.

태양열로 구워진 쫀득이는 무척이나 고소했다. 출입문을 들어서는 사람들은 남녀노소가 줄을 지어 쫀득이를 하나씩 받아 들었다. 바로 뒤에 있는 또 다른 집열판에서는 밤이 노릇노릇 익고 있었다.

얼핏보면 흔한 행사장의 먹거리 나눔같았지만, 이는 태양에너지를 실생활에 적용하는 가장 친근한 사례를 보여주는 것이다.

실제로 집열판을 관리하던 직원은 “이는 태양에너지를 이용해 조리가 가능하다는 사실을 보여주는 것”이라며 사람들에게 관련 원리를 설명했다.

집열판 이용, 음식 조리도 가능

이번 행사는 서울산업진흥원, 서울에너지공사, 서울에너지드림센터가 공동으로 주관해 진행한 것이다. 서울시에 따르면 50여 태양광 전문 업체가 참여해 약 160여 종의 신제품을 소개했다.

태양광을 이용할 수 있는 쓰레기통. ⓒ 송찬영 / ScienceTimes

행사에서 특히 인기를 끌었던 것은 다채로운 체험 프로그램이었다.

전시회장 한복판에서는 태양광을 이용한 각종 만들기 놀이가 진행됐다. 관람객들은 남녀노소 할 것 없이 작은 집열판을 이용해 손 선풍기, 장난감 자동차 등을 만들었다. 넥타이를 맨 점잖은 신사도 어릴 적 기억을 되살려 자동차 조립에 집중했다.

이는 태양광에 대한 시민들의 이해를 높이기 위한 프로그램이었다. 행사 진행자는 “무한하고 깨끗한 에너지인 태양광이 실제 생활에서 활용될 수 있다는 것을 시민들이 체험할 수 있도록 하기 위에 자리를 마련했다”고 밝혔다.

한편 체험장 근처에는 장난감이 아닌, 진짜 태양광 자동차가 전시돼 있었다. 한 사람이 들어갈 정도의 크기에 태양광을 받기 위해 만든 넓고 평평한 차체가 특징적이었다.

‘태극’이라는 이름의 이 자동차는 국민대학교에서 제작한 것이다. 세계 태양광 자동차 대회(WSC)에도 출전한 바 있다.

관계자는 “2015년 제작된 ‘백호’라는 자동차보다 26% 가볍게 만들어 193kg밖에 되지 않는다. 솔라셀 효율을 크게 향상시켰으며, 공기저항도 적게 받는다”고 설명했다.

태양광과 버려지는 빗물을 이용한 식물재배 기술. 식물에게 적용할 경우 도시 미세먼지 제거 기능을 발휘할 수 있다. ⓒ 송찬영 / ScienceTimes

태양광과 빗물을 활용한 미세먼지 제거

이외에도 실생활 속에 적용된 태양광 제품들이 의외로 많이 보였다.

태양광 패널을 붙인 모자, 가방, 손목시계도 있었다. 관련 업체에 따르면 태양광 패널을 통해 걸어다니면서 바로 스마트 폰 충전이 가능하다.

쓰레기통, 벤치, 보도블록에도 태양광 패널이 활용되고 있었다. 이를 통해 스마트폰을 충전하거나 조명, 공기청정기 등의 에너지원으로도 사용 가능하다.

이밖에 태양광등, 태양광 경광등, 태양광부표, 태양광 잔디등, 벽부등을 비롯 실생활에서 현재 쓰고 있는 제품들을 볼 수 있었다.

빗물과 연결해 도시농업에 활용할 수 있는 기술도 선보였다. 이 기술은 빗물저장장치를 설치하고, 태양광을 이용한 전기로 자동으로 식물에게 물을 주는 시스템이었다.

녹색드림협동조합의 진수성 씨는 “현재 한남동 찰리스빅레드하우스 유치원에서 빗물어항을 시범적으로 사용하고 있다” 며 “실내 지하 도시농업 및 텃밭조성, 미세먼지를 제거하기 위한 도시 벽면녹화, 스마트 팜 등 다양한 곳에 적용할 수 있는 기술”이라고 말했다.

가장 인기를 끈 기술은 일반 건물 벽면에 태양광 셀을 부착하는 것이었다.

제품을 선보인 KR솔라(주) 최충기 대표는 “기존에는 건물 지붕에만 태양광 설치가 가능했지만, 이 기술을 적용하면 건물 외벽에 그냥 붙이기만 하면 된다”라며 “스위스가 원천기술을 가지고 있는데, 우리는 여기에 색상을 입혀 건물을 아름답게 할 수 있는 기능을 부과했다”고 설명했다.

태양광을 이용해 여러 대의 스마트폰 보조 배터리를 충전할 수 있는 제품도 눈에 띄었다. 요크라는 중소기업에서 제작한 이 제품은 개도국 지원을 위해 만들어졌다.

직원 이정희 씨는 “전기가 부족한 개도국의 사람들이 태양광을 이용해 스마트폰 배터리를 충전할 수 있도록 하기 위한 제품”이라고 설명했다.

이 씨에 따르면  지난 8월부터 케냐 현지 학교에 이 제품을 설치했으며, 많은 호응을 얻고 있다고 한다.

이 씨는 “케냐에서는 농사일을 이유로 아이들을 학교에 잘 보내지 않는다. 그런데 이제는 학부모들이 보조배터리를 충전하기 위해서라도 학생들을 학교에 보낸다”며 “보조 배터리는 스마트폰 충전뿐만 아니라 간단한 불을 밝히는데도 활용돼 일석 3조의 효과를 보고 있다”고 밝혔다.