미래를 위한 신재생에너지 – 태양광

격변의 시대를 맞은 세계에너지 산업
이현이 기자 eco@ecomedia.co.kr | 2017-12-05 11:18:13

신재생에너지란 신에너지와 재생에너지를 합쳐 부르는 말이다. 이는 기존 화석 원료를 변환해 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 재생이 가능한 에너지로 변환하여 이용하는 에너지를 말한다. 화석에너지의 고갈과 환경 문제가 대두되면서 신재생에너지에 대한 관심은 날로 높아지고 있다.

 

△ 태양광 산업은 미래를 위한 신재생에너지다.

 

 


그렇다면 신에너지와 재생에너지는 뭘까. 신에너지는 기존에 쓰이던 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 새로운 에너지를 의미하는데 수소에너지, 연료전지, 석탄을 액화 혹은 가스화한 에너지가 이에 포함되며, 거기에 수소, 산소 등의 화학반응을 통해 얻은 전기나 열을 이용하는 에너지를 말한다.


재생에너지는 재생이 가능한 에너지로, 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물 유기체 등에 포함된 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말한다. 태양에너지, 수력, 해양에너지, 지열에너지, 바이오에너지가 이에 포함된다. 기술력이 기반이 되면 매우 경쟁적으로 전기를 생산할 수 있으며, 기후 변화 문제와 화석 원료의 고갈 문제 등을 해결할 수 있기 때문에 반드시 필요하고 꾸준히 개발되어야 할 기술이다.


재생에너지들은 깨끗하고 고갈될 염려가 없을 뿐 아니라 무공해 재생이 가능하다는 장점이 있다. 반면 에너지 밀도가 너무 낮아 많은 양의 에너지를 필요로 하는 곳에서는 실용성이 적고, 태양열이나 풍력은 기후에 영향을 받기 때문에 보조 발전 시설이 필요하며, 다른 재생에너지들도 효율성이나 경제성이 적다는 단점을 가지고 있다. 따라서 세계 각국에서는 화석 연료와 원자력을 대체할 수 있고, 환경과 인체에 해를 입히지 않으면서도 장기간에 걸쳐 대량으로 사용할 수 있는 재생에너지 개발에 더 매진하고 있다.

 

△ 빠르게 발전하고 있는 태양광 에너지.

 

 


태양광 에너지발전이란?
태양의 빛 에너지를 이용해 전기에너지를 얻는 것을 태양광 발전이라 하며, 가장 빠르게 성장하고 있는 재생에너지중 하나다. 햇빛을 받을 수 있는 어느 곳에서나 태양광 발전으로 전기를 바로 얻을 수 있다는 점이 가장 큰 매력으로 꼽을 수 있다.


태양에너지는 크게 태양광과 태양열로 구분되는데, 태양열을 난방에 직접 이용하는 태양열발전 기술에서 좀 더 발전된 방식이다. 장점으로는 환경 친화적이며 필요한 전기량의 생산 조절이 가능하다는 점 등이 있다.


현재 태양광 패널이나 기타 설비는 이미 상당한 가격 경쟁력을 갖춘 수준에 이르렀다. 또한, 전기 수급이 어려운 섬이나 낙후 지역에 쉽게 도입할 수 있다는 점도 큰 장점을 가진다. 육지로부터 송전선을 만드는 것보다, 섬에 태양광 설비를 갖추어 놓으면 보다 안정적으로 에너지를 수급할 수 있다.


태양에너지는 가장 무궁무진한 자연 에너지원이다. 태양에너지의 잠재량은 전 세계 에너지 수요의 10,000배에 이른다. 2005년부터 2015년까지의 재생에너지 발전용량은 약 45배 확대됐다. 2005년 5.1GW에서 2015년 227GW를 기록한 것. 특히 2015년도에만 설치한 발전용량은 50GW로 그 증가량은 꾸준히 증가하는 추세이다.


2013년에는 에너지기술 비전 로드맵에 의한 태양광발전 시장규모에 대해 넓고 풍부한 일자리를 예측했다. 국제재생에너지기구(IRENA)에 따르면 2015년 신재생에너지 분야에서 직간접적으로 고용된 사람의 수는 약 810만명으로 추정되고 있다. 그중 가장 많은 일자리를 보유한 부문이 태양광으로, 370만개의 일자리를 만들어내고 있다.


우리나라에서도 또한 태양광산업을 통한 고용이 8천 7백명에 이를 정도로 고용시장에 미치는 영향이 상당히 커지고 있다.

 

△ 지구 건강을 위해 필요한 태양광

 

 


기후변화에 따른 태양광에너지의 필요성
이상기후의 원인이 되는 지구 온난화에 대한 과학적 근거를 두고 논란은 있으나, 북극 및 남극지대 기온상승, 빙하감소, 홍수, 가뭄 및 해수면 상승 등 이상기후 현상에 의한 자연재해가 현실로 나타나고 있다.


빙하감소의 경우 지난 20세기 동안 북극지대 대기온도는 약 5도 증가. 이것은 지구표면의 평균 온도 상승폭보다 5배 빠른 속도이다. 대기 온도 증가로 인하여 빙하감소, 극지방 호수의 피빙 기간 감소 등 직접적 영향이 초래한다.


예로 북극지역에 있는 거의 모든 산지 빙하는 지난 20세기동안 감소하고 있으며, 스위스의 산지 빙하는 1/3까지 줄어들었다. 북반구 극지방에서는 1960년대 이후로 빙하가 10% 감소하며 20세기 동안 호수와 강의 연중 피빙 기간이 약 2주 짧아지고 있다.


홍수 또한 문제가 된다. 지구 온난화의 또다른 영향으로 1966년 및 1997년 라인강 홍수, 1995년 중국홍수, 1998년, 2000년 동유럽 홍수, 모잠비크 및 유럽 홍수, 2004년 방글라데시 우기홍수 등 전 지구적으로 집중호우와 폭풍우에 의한 홍수가 빈발하고 있다.


거기에 지난 20세기 동안에 해수면은 평균 10~20cm 높아졌으며 앞으로도 지속적인 해수면 상승이 예상된다. 만약 이같이 해수면이 크게 상승할 경우 방글라데시와 같이 인구가 해변에 밀집되어있는 국가에서는 바닷물 범람에 의한 심각한 피해가 우려되고 몰디브와 같은 작은 섬나라는 완전히 사라지게 된다. 따라서 해수면 상승은 수십억 인구가 사용하는 물을 오염시킬 뿐만 아니라 대규모 인구의 이주를 유발시킬 것이다.

 

△ 태양전지 구성

 

 


태양광발전의 기본구성과 선택법
태양광발전은 태양광을 받아서 직류전력을 발생시키는 태양전지를 이용한 발전방식이다. 태양광 발전시스템은 태양전지로 구성된 모듈과 축전지 및 전력변환장치로 구성된다.


태양전지는 셀, 모듈, 어레이로 나눌 수 있다. 셀이 모여 모듈이 만들어지고, 모듈이 모여서 어레이가 만들어지는 형식이다. 모듈은 일반적인 태양전지판 하나를 말한다. 지붕이나 토지 등에 설치하는 어레이는 여러개의 모듈을 면적이나 전기시스템에 따라 연결, 설치된다.


모듈(패널)은 장기적인 안목으로 보증 내역 확인을 필히 행하여 선택해야 한다. 태양광 모듈은 25년에서 30년까지 장기적으로 내다보고 설치해야 하는 설비중 하나다. 그러므로 구조적, 화학적으로 안정되고 습도, 온도변화, 진동 등 외부적인 충격에 잘 견딜 수 있도록 설계되어 생산된 것을 선택하는 것이 바람직하다.


또한 초기에 간과하기 쉬운 유지/관리/보수비용 부분에 대한 체크도 이뤄져야 한다. 대부분은 태양광 발전설비를 설치할 때 초기 투자비용에 집중하는 면이 있다. 하지만 지금 당장의 저렴한 비용은 추후 더 많은 유지관리비를 부담해야할 가능성이 높다.


무작정 시공비가 싼 방향으로 시작할 경우 유지비용 때문에 오히려 수익성이 낮아질 수 있다. 태양광 발전 사업은 설치할 장소의 컨디션, 사업예정자의 자금상황 등 여러조건을 고려해 장기적인 안목으로 사업 타당성을 타진하는 것이 매우 중요하다.


한편, 태양전지에서 생산된 직류를 교류로 변환해 우리가 사용할 수 있는 전기로 바꿔주는 인버터의 역할도 중요하다. 전력 계통에 문제가 생기면 장치를 안전하게 정지시키는 인버터의 기능은 여러 가지가 있다. 직류전력을 교류전력으로 변환하고 교류계통으로 접속된 부하설비에 전력을 공급한다. 그리고 생산전력 전량을 한전의 배전선에 역송전하거나 태양전지의 발전전력을 최대로 이끌어내도록 제어하며 이상시나 고장시에 보호 기능도 가지고 있다.


인버터는 수익성에 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 요소로써 꼼꼼히 살펴보고 선택해야 한다. 높은 효율과 고장이 없는 안정적인 성능이 좋은 인버터의 요건이다. 태양전지와 최적의 호환성을 갖춘 인버터를 선택하고 해외 제품을 선택할 경우 고장시 신속한 부품 조달과 교체 가능 여부도 고려해야 한다. 기존에 단일한 고용량 인버터를 구성하는 방식이 일반적이었다면 고장과 교체로 인한 유지관리 비용을 낮추고 발전효율을 높이기 위해서 인버터의 용량을 분할해 설치할 수 있다. 단 분산형 인버터는 설치 대수가 늘어나 공사비가 더 증가할 수 있다.

 

△ 전기요금 걱정을 줄여주는 태양광 발전

 

 


친환경 에너지 태양광발전으로 전기요금 걱정 끝!
태양광 에너지 발전의 사용으로 이산화탄소 배출은 줄이고 전기 누진요금 잡아 환경은 물론 가게에도 도움이 될 수 있다.


여름의 폭염이 갈수록 심해지는 이유는 사람들이 배출하는 이산화탄소 증가와 무관하지 않다. 한전에 따르면 8월 전기요금이 6월에 비해 두배 이상이었던 가구가 300만 가구에 가까운 것으로 나타났다. 10배 이상 요금이 증가한 가구도 2만 6000가구에 달했다.


정부는 누진제에 대한 불만이 많아지자 7월에서 9월 사이 한시적으로 요금 할인을 시행한 바 있다. 더워서 에어컨을 사용, 그렇다보면 온실가스는 배출되고, 그렇게 배출된 온실가스는 다시 지구를 뜨겁게 하는 악순환이 계속된다.


한 가정에서 3KW의 태양광 발전 설비를 옥상에 설치하고 한달 평균 300KW의 전기를 발생시킨다면 여름철 전기요금은 12만원에서 2-3천원으로 줄일 수 있다. 3KW 태양광 발전 설치비용에 대해 정부 및 지자체의 지원금이 추가된다. 정부지원을 받아 설치를 한다면 본인 부담으로 300만원 정도이며, 4인 가족 기준으로 3-4년 안에 투자비 회수가 가능한 액수다.
태양광 패널 설치는 지구도 사람도 건강하게 하는 지혜로운 방법이다.

 

△ 태양광으로 얻은 전기는 나누거나 판매도 가능하다. 

 

 


태양광 발전설비 설치 및 발전량
태양광 발전소 운영을 잘하기 위해서는 태양광에 대한 기초지식을 잘 알고 준비하는 것이 좋다. 물론 전문 업체에 일을 전부 맡겨놓을 수 있겠지만 스스로 관련 정보와 절차를 잘 파악해두면 큰 도움이 된다.
태양광 발전의 성능을 최대한 높이려면 우선 태양광 발전 장소의 기후 조건을 확인해야 한다.


온도, 강우량, 일사량 조건이 태양광에 불리하지 않은지 확인해야 하며, 방향은 정남향일수록 좋은데, 동향이나 서향으로 설치하면 정남향에 비해 효율이 15% 가량 떨어지기 때문이다.


그리고 일사량이 많은 날씨와 서늘한 기온이 태양광발전에 적합한 기후다. 흐리거나 비가 오는 날이 많으면 일사량이 부족해 태양광발전에 좋은 조건이 되지 않는다. 반대로 여름철 뜨거운 햇볕으로 태양전지의 온도가 올라가면 발전 효율이 떨어지게 된다.


또한 수평면으로부터 경사각을 30도 내외로 맞추는 것이 가장 효율적이라고 전문가들은 지적한다. 필요한 면적은 태양광 1KW당 평면 기준으로 대략 8~12㎡다.


고도가 높거나 바람이 세게 부는 곳이라면, 강한 풍압을 견딜 구조물을 설계에 반영해햐 한다. 옥상이나 지붕에 설치할 경우 태양광 전체 구조물의 무게를 견딜 수 있어야 하며, 빗물이 새는 옥상이라면 태양광 설치가 상황을 오히려 악화시키지 않도록 방수대책을 우선한다.


거기에 태양광 전지판에 그림자가 생기지 않도록 해야 하는데, 태양 궤적에 따라 그림자의 방향과 크기가 달라지니 장애물이 없는지 주의깊게 관찰하는 것이 좋다.

 

△ 태양광 발전의 확대가 필요하다.

 

 


태양광 설치 종류와 방식
태양광을 설치할 때 전력망에 연결할지 혹은 독립적으로 구성할지 설치 형태를 선택할 수 있다.
주택 태양광의 경우 낮시간대에 태양광에서 생산된 전기를 우선 소비하고 부족한 전기는 전력망을 통해서 추가로 받는 방식이 일반적이다. 햇빛이 사라져 태양광이 전기를 생산하지 못하는 저녁부터 새벽까지의 시간에는 필요한 전기를 모두 전력망으로부터 공급받게 된다. 우리가 흔히 보는 대부분의 태양광은 전력망과 연결된 계통연계형 태양광이다.


계통연계형 태양광 발전 시스템 구성은 태양광모듈 인버터, 전력망, 소비전력 등이다. 전력망과 무관하게 태양광으로 전력을 공급하는 형태도 가능하다. 섬이나 산간 지역에서 태양광을 비롯한 재생기능 에너지 발전시설을 도입하면 장거리 송전선 연결로 인한 높은 비용이나 생태계 훼손을 피할 수 있다.


독립형 태양광은 낮에 생산한 전기를 흐린 날이나 밤에도 쓸 수 있도록 저장하기 위한 배터리를 포함하게 된다. 계통연계형 태양광에 배터리를 보조 전원으로 결합시키는 하이브리드형 태양광 시스템도 가능하다.


태양광발전 설비가 늘어나면서 구조물의 종류 또한 발전하고 있다. 재질이나 형태, 방법도 점차 발전하고 있다. 태양광발전 설비를 설치할 때 설치대상이나 용도에 따라 설치 방식을 정하게 된다. 일반적으로 고정형을 많이 선택하는데, 그 밖에 경사각이나 고도를 움직일 수 있게 가변형을 채택하기도 하며, 방향이나 각도 변화에 따라 최적효율을 추적하는 추적식도 있다.


고정형의 경우 초기 설치비가 낮고 하부공간 활용이 가능하며 구조적 안전으로 사고 가능성이 낮다. 가변형은 발전효율 고정형 대비 5% 이상이며, 고정형 대비 태풍 피해가 낮은 장점을 가졌다. 추적형은 발전효율 고정형 대비 10% 이상이며, 추적장치 병렬제어로 운전효율이 높고 고정형 대비 태풍피해가 낮고 경사지 설치가 가능하다.

[환경미디어 이현이 기자]

 

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