[대한민국 희망 프로젝트]태양광발전, 태양전지

글자 작게 글자 크게 인쇄하기

고속도로를 달리다가 넓은 들판에 촘촘히 들어선 태양전지를 본 적 있나요. 굳이 멀리 나가지 않아도 건물, 가정집 지붕에 설치한 태양 전지를 한번쯤은 본 경험이 있을 겁니다. 과거에 비해 태양전지를 이용해 전기를 생산하는 사람들이 늘었기 때문이죠. 여러분이 부모님 나이쯤 되면 지금보다 더 많은 태양광 발전소를 주변에서 볼 수 있을 거라고 확신합니다. 태양전지가 자동차 외장재, 옷·가방 소재로 변신해 햇빛이 있는 곳이면 어디서나 전기를 생산할 수 있는 날도 머지않은 것 같습니다.

LG전자가 LG화학 오창1공장 지붕에 준공한 3㎿급 태양광 발전소 모습.
<LG전자가 LG화학 오창1공장 지붕에 준공한 3㎿급 태양광 발전소 모습.>

장담할 수 있냐고요? 세계 각국, 여러 기업이 치열하게 태양전지 기술을 개발하고 있다는 사실을 알게 되면 여러분도 충분히 가능하다고 생각하게 될 겁니다.

Q. 태양광발전, 태양전지는 무엇인가요.

A. 태양광발전은 말 그대로 태양이 방출하는 빛을 전기로 전환하는 발전 방식을 말합니다. 태양광발전은 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 태양전지가 필요합니다. 여러분이 본 직사각형 모양의 넓은 판은 작은 태양전지 수십개가 모여 있는 태양광모듈이라는 장치입니다. 태양전지는 전기 성질이 다른 n형 반도체와 p형 반도체 결합체입니다. 태양전지가 충분한 빛에너지를 받으면 내부 전자가 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자가 됩니다. 이를 광전효과라고 합니다. 자유전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 전자의 흐름으로 전류가 발생합니다. 전류가 발생하면 전기가 생산된 것이고요.

Q. 태양광발전의 장점은 무엇인가요.

A. 집에서 전구를 밝히고 TV를 보려면 전기가 필요합니다. 전기는 멀리 발전소에서 만들어져 긴 송전선을 타고 각 가정까지 배달됩니다. 발전소에서는 석탄·석유·가스·우라늄 등을 원료로 뜨거운 수증기를 만들어 터빈이라는 장치를 돌려 전기를 만듭니다.

아시다시피 발전소에서 사용하는 대다수 연료는 언젠가는 없어지는 유한한 자원입니다. 숨어있는 자원을 계속 발견해도 사용할 수 있는 시간이 조금 길어질 뿐입니다. 반면 거대한 발전소인 태양은 지구의 운명이 다하는 날까지 햇빛을 계속 방출합니다. 태양은 지구로부터 1억5000만㎞ 떨어진 곳에서 수소를 연료로 핵융합 반응을 일으키고 있습니다.

지구 표면에는 1㎡당 700W 에너지가 도착합니다. 1시간의 일사량으로 인류가 1년간 사용하는 에너지를 공급할 수 있습니다. 태양광선을 전기로 제대로 전환할 수 있다면 인류의 에너지 걱정은 사라질 것입니다. 더욱이 전기를 생산하는 과정에서 오염 물질도 배출하지 않으니 무공해 청정에너지라고 불러도 손색이 없습니다.

Q. 장점이 많음에도 태양광발전이 원자력, 화력발전에 비해 미진한 이유는 무엇인가요.

A. 가격과 크기 측면에서 태양전지 단점이 아직 분명하기 때문입니다. 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 태양전지를 설치하려면 넓은 공간이 필요합니다. 가스로 전기를 생산하는 발전기 한 대와 같은 양의 전기를 만들기 위해서는 여의도 공원만한 땅을 태양전지로 덮어야 합니다. 빛에너지를 전기로 전환하는 효율도 아직은 낮습니다. 현재 판매하는 태양전지의 효율은 20% 전후입니다. 100이라는 빛에너지를 쏘이면 전기는 20밖에 만들어지지 않습니다. 날씨가 흐리거나 비가 오면 효율은 더욱 낮아집니다. 이 때문에 태양광발전은 안정적인 전력을 생산하는데 한계가 있습니다.

무엇보다 현재 태양광발전 보급을 가로막는 것은 높은 설치비입니다. 1㎾h의 전력을 생산하는데 원자력은 약 40원, 석탄(유연탄)은 70원, 액화천연가스(LNG)는 200원의 비용이 들어갑니다. 하지만 태양광발전은 무려 600원의 비용이 들어갑니다. 아무리 무한한 자원이라고는 하지만 경제성을 비교하기엔 무리입니다.

태양전지 수명도 25년에 불과하고 매년 효율이 떨어지는 등 보완해야할 점이 여전히 많은 것이 현실입니다. 하지만 반대로 태양전지 기술이 발전해 이러한 단점을 보완한다면 태양광발전은 크게 각광을 받을 것입니다. 태양광발전의 미래는 태양전지 기술개발 속도에 달려있다고 해도 과언이 아닙니다.

Q. 태양전지의 종류, 사용처에 대해 알고 싶습니다.

A. 태양전지는 원료, 특성에 따라 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등으로 분류합니다. 가장 널리 사용되는 결정질 실리콘은 폴리실리콘이라는 일종의 모래가 원료입니다.

지금은 결정질 태양전지가 주류를 이루지만 미래는 아무도 예측할 수 없습니다. 만약 쉽게 휘어지는 얇은 화합물 반도체 태양전지가 생산되고 가격도 낮아진다면 상황은 급변할 것입니다. 필름 형태의 태양전지를 건물 유리, 외벽에 쉽게 붙일 수 있다면 지금의 공간 문제를 해결 할 수 있겠죠. 또 언급한대로 옷이나 가방, 자동차 등에 적용해 전기를 생산할 수도 있습니다. 태양전지 기술개발에 추이에 따라 다양한 형태의 응용제품이 개발될 수 있습니다.

주최:전자신문 후원:교육부·한국교육학술정보원

[책 소개]

◇`태양광 발전, 친환경 청정 에너지의 시대` 일본 뉴턴프레스 지음, 뉴턴코리아 펴냄

이 책은 태양광 발전이 탄생한 시대적 배경은 물론이고 태양전지의 원리와 특성을 소개한다. 초반부에는 태양광 발전의 기본적인 특징을 살펴보면서 반드시 알아 두어야 할 키워드를 정리한다. 이와 더불어 발전차액지원(FIT)제도 등 태양광으로 생산한 전기 구매제도를 소개하는 데도 지면을 할애했다.

이후에는 태양광 발전의 메커니즘과 태양광 발전의 핵심인 다양한 종류의 태양 전지 특징을 정리한다. 특히 후발 주자로서 중국, 미국 등 태양광강국의 대기업과 경쟁을 펼치는 우리나라 태양광 기업의 현황도 점검한다.

◇`신재생에너지` 윤천석 지음. 인피니티북스 펴냄.

이 책은 지구온난화, 에너지안보 관점에서 신재생에너지의 필요성을 강조한다. 신재생에너지 시장 전망은 물론이고 태양광·풍력·지열·해양·바이오매스·연료전지 등 다양한 신재생에너지원의 개념과 원리를 소개하는 데 초점을 맞췄다. 특히 기계공학과를 졸업한 저자는 각 신재생에너지 설비 기계적 특징까지 자세하게 소개하고 있다.

최호기자 snoop@etnews.com