지구와 생명체를 살리는 ‘태양광 기술’의 오늘과 내일

태양광 기술이란

태양열 기술은 태양으로부터 오는 복사광선을 흡수해 열에너지로 변환해 건물의 냉난방 및 급탕, 산업공정열, 열발전 등에 활용하는 기술이다. 태양열 이용 기술의 핵심은 태양열 집열 기술, 시스템 제어 기술, 시스템 설계 기술 등이 있다. 전 세계 각국에서 기대하는 미래 산업으로 태양열 기술 산업을 손꼽고 있다. 기후변화협약을 통해 여러 국가에서 화석연료를 줄이기로 한 만큼 태양열을 활용하는 시장은 점차 커가고 있다.

남향 집처럼, 태양의 장점을 살린 태양광 주택

‘남향 집이 좋다’는 말은 널리 알려져 있다. ‘남향 집’이란 곧 ‘빛을 잘 활용할 수 있는 집’이다. 이렇듯 우리는 건축 역사의 시작점에서부터 태양을 활용해 왔다. 고대부터 사람들은 햇빛의 열과 빛을 활용하고자 건물을 남쪽으로 향하게 지어온 것. 세월이 흘러 우리는 이제 태양열을 주택에 적극적으로 활용하는 기술을 일상에 접목시키고 있다. 태양열 주택이란 태양열 설비인 집열기를 지붕이나 옥상 등에 설치하고 이를 활용해 얻은 에너지를 이용해 온수에 우선 사용하고 보조적으로 난방에 이용하는 주택이다. 태양열 주택의 태양열 설비는 집열판을 그림자의 영향을 받지 않는 정남향으로 설치했을 경우 에너지 효율이 가장 좋다. 우리나라의 경우 서울시, 광주시, 대구시, 경기도 등 다양한 지자체에서 자가용 태양열 활용 시스템을 지원하고 있으며, 이를 통해 전기요금 감면의 효과를 볼 수 있다. 특히 전기 요금이 7만 원 이상 발생하는 주택, 빌딩에서 주택용 태양광 발전설비의 효과를 톡톡히 누릴 수 있다.

먹거리와 에너지를 동시에, 영농형 태양광 기술

농업은 처음부터 태양을 근원으로 시작되었다. 농지의 생산성을 향상시킨 기폭제의 원조는 비닐하우스이다. 비닐하우스는 1960년대에 김해에서 최초로 사용하기 시작해 오이, 가지, 고추의 시험 재배에 성공하며 백색혁명으로 불렸다. 현재 비닐하우스를 설치한 농지는 무려 83,000ha로 이는 우리나라 전체 농지 면적의 5.2%에 달한다. 이에 기술을 더해 태양 에너지를 최적화해 활용하며 생산성을 높이는 것이 태양광 기술을 활용한 농업과 원예이다. 영농형 태양광 기술은 자원 효율성과 재생에너지 확산을 동시에 충족시키는 기술로, 농지에 3.5m 정도 높이의 지지대를 놓고 태양광 모듈을 설치해 태양 에너지를 활용하는 기술이다. 영농형 태양광 기술의 기본 원리는, 광포화점 이상의 태양광 빛은 작물이 활용하지 못하는데, 이 태양광을 전력 생산에 활용하는 것이다. 농지 면적 30% 정도에 태양광 모듈을 설치하고 영농활동에 지장을 주지 않도록 태양광 모듈의 높이를 3m 이상, 가로, 세로 기둥을 4~6m 간격으로 설치해 농지에서 농업과 태양광 발전을 동시에 구현하는 방식이다. 작물을 기르면서 태양광 발전 수익까지 내는 일거양득의 기술인 것. 이 기술을 이용해 일본에서는 벼, 땅콩, 야콘, 호박, 고구마, 콩 등의 재배에 성공했고 우리나라에서도 벼, 배추, 감자, 마늘, 참깨, 인삼, 배, 키위, 감귤 등의 재배에 성공했거나 연구와 실험을 진행하는 중이다.

태양광 기술의 미래, 우주 태양광

한편 미국에서는 상상 속에서만 존재하던 태양광 에너지를 지구로 전송하는 우주 태양광 개념을 현실에 구현해내는 중이다. 미국 캘리포니아 공대 응용물리학 연구자들은 2013년 ‘우주 기반 태양광 발전 프로젝트(SSPP)’에 착수했으며 2023년 실제 우주 공간에서 그간 개발한 기술을 적용한 첫 테스트를 할 것임을 공개했다. 우주 태양광은 우주 공간에 펼쳐진 태양전지판으로 발전해 에너지를 지구로 전송하는 진일보한 개념이다. 지구에서 수신한 태양의 마이크로파를 다시 전기에너지로 바꿔 공급하는 방식이다. 우주에서 생산된 전기에너지를 지구에 얼마나 효율적으로 보내느냐에 연구의 성패가 걸려 있다. 우주에서 얻은 태양광 에너지를 지구로 보내는 기술은 2020년 5월 미 해군연구소가 가능성을 입증했다. 우주 태양광 기술이 대규모로 완벽하게 구현되면 신재생 에너지 혁명이 일어날 수 있을 것이며, 핵심 기술인 무선 전력 전송 기술은 광범위한 분야에서 새로운 혁신을 불러올 전망이다.