가장 풍부한 대체에너지
기술은 세계적 수준 시장은 바닥

태양에너지는 원료가 공짜다.
즉 무한한 태양에너지를 무제한적으로 사용할 수 있다는 것이다.
태양이 만들어내서 지구에 도달하는 에너지는 연간 1304×1021 kcal의 막대한 양으로 세계에너지 수요량의 약 3000배나 된다.
이 무한한 에너지를 이용하기 위한 연구 및 개발노력이 지난 20여년 동안 지속돼 오고 있고 현재는 태양광 발전, 태양열 이용 측면에서 큰 성장을 거두었다.
태양에너지를 이용하는 기술은 태양열과 태양광 등 크게 두 가지 분야.
이미 건물의 냉난방, 온수공급 기술은 실용화가 이뤄져 대중화 수준에 이르렀으나 아직 금액이 비싼 편이고 국내의 경우 2만기 정도 설치가 돼 있어 일본의 300만 미국, 유럽의 수십만 기와 비교할 때 현저히 낮은 편이다.
태양열온수기는 최근 심야전력이용 전기보일러, 온수기 등의 출시로 수요가 급감해 99년도엔 4.8천대에 불과하고 있고 태양열이용기기 제조업체의 영세성과 품질 및 A/S미흡으로 소비자들이 이용을 기피하고 있는 형편이다.
1차 석유파동 이후 세계적으로 지속적 연구가 이뤄진 태양광발전은 80년대 중반이후 보급이 시작된 이래 현재 낙도전화, 통신용, 가로등, 비상전화 및 도로표시 등의 용도등으로 사용되고 있다.
91년까지 1,248kW의 설치용량이 꾸준히 증가 지난 99년까지 총 3,710kW가 보급됐지만 아직도 보급이 요원한 상황이다.
'88년 이후 96년까지 태양광분야 연구·개발 투자는 정부와 민간합쳐 210억원으로 미국, 일본 등의 1개 대형과제에 해당하는 금액에 불과하다.
세계적으론 태양전지의 고효율화 및 저가화를 위한 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있고 주변장치 및 시스템부문에 있어서도 고효율 연축전지 및 건물 일체형 태양광발전 시스템도 개발중에 있고 국내에선 삼성SDI 이수홍박사 연구팀이 단결정 실리콘 태양전지를 국산화하기도 하는 등 민간업계를 중심으로 300kW 생산라인을 구축하고 있으며, LG산전, 삼성전자 핵심화학등은 태양전지의 조립, 생산이 가능한 상태지만 태양광발전의 발전단가가 상용계통전력과의 경쟁력이 미약해 산업기반 확보에 애를 먹고 있다.
민간기업들도 산학연 공동으로 연구개발에 참여하고 있기는 하나 단기적 수익성이 떨어진다는 이유로 적극적인 투자에는 부정적이다.
전문인력 또한 부족한 실정으로 전문인력 양성 및 활용을 위한 제도적 뒷받침도 필요한 실정이다.
그러나 차후 청정에너지기술 확보와 거대한 세계시장의 잠재시장을 선점하기 위해서라도 태양광발전의 내수 시장을 국가 차원에서 정책적으로 창출해야한다는 중론이다.
특히 태양광발전은 제조기술이 태양전지와 비슷한 반도체 및 TFT-LCD산업의 국내 기술이 세계시장을 선도하는 등 산업인프라가 양호해 전자산업과의 효율적인 활용이 가능할 것이다.
이용보급을 위해서는 지금 연평균 10억 정도인 예산을 대폭 늘리고 일관성 사업에 그치던 사업을 홍보, 교육과 연계해 체계적으로 이뤄야 하며 보급된 태양광발전시스템에 대해선 사후관리를 철저히 해야한다.
보급이 확대되기 위해서는 정부의 책임있는 이용, 보급 촉진을 위한 관련법 보완이 필요하다.
미국 전력연구소(EPRI)와 에너지부(DOE)는 주택용 시스템의 경우 2010년 kW당 3.05달러, 2030년에 1.77달러까지 시스템 단가가 하락할 것으로 전망하고 있다.
무한한 태양광발전 시장을 선점하기 위해서 정부 및 민간기업이 해야할 일은 분명해졌다.
<서민규 기자>


<기고/ 태양열 기술동향>
백남춘 박사(한국에너지기술연구원 태양열이용연구팀)

태양열 냉방 1중 효용 흡수식 개발
태양열 발전 상업발전 단게 진입

태양열 기술은 저밀도의 태양복사에너지를 고밀도의 열에너지로 변환해서 사용하는 제반 기술로서 집열매체의 순환장치의 유무에 따라서 설비형 태양열시스템(Active solar system)과 자연형 태양열시스템(Passive solar system)으로 구분된다. 설비형 태양열시스템 기술은 국내에서는 건물의 온수급탕 및 난방, 골프장, 양어장, 수영장, 목욕탕 등 저온의 온수를 사용하는 시설에 주로 사용되고 있으며, 선진외국에서는 건물의 냉난방을 비롯한 비교적 온도가 높은 산업공정열분야와 고온분야인 태양열 발전 등에까지 적용되고 있다. 국내에서는 현재까지 태양열 온수기 18만여대를 비롯해 저온분야에 약 130만㎡의 집열면적이 보급되었다. 자연형 태양열시스템은 건물의 창문, 온실 등 건물의 구조물 자체를 활용하여 태양열을 집열 및 이용하는 기술로 최근에 저 에너지 소비형 건물이나 에너지 자립형 건물 및 실내환경 개선 차원에서 적극적으로 활용되고 있는 기술로 우리 나라에서는 주택, 우체국, 학교 등에 시범, 설치되었다. 이들 태양열 시스템들은 가장 핵심기술인 태양열 집열기술, 집열된 열의 여분을 저장할 수 있는 열저장 기술, 시스템의 작동을 제어하는 제어기술, 집열 및 저장된 열을 목적에 맞게 이용하는 이용기술로 대분 된다. 이중에서 가장 핵심이되는 집열기술과 축열기술, 적용분야 등을 온도를 기준으로 해서 <표 1>에 나타내었다.
집열기술은 태양열 기술중에 가장 핵심이되는 기술로서 현재까지 개발된 집열기 종류는 집열온도순으로 분류할 수 있다.
평판형 집열기는 전세계적으로 가장 많이 사용되는 집열기로 국내에 설치된 태양열시스템 대부분이 이 집열기를 사용한 것이다. 투과체(유리), 흡열판, 단열재 및 케이스로 구성되었고 진공관식 집열기는 태양열 흡열부와 투과체 사이가 진공인 집열기로 집열기의 열손실을 줄이기 위해 개발된 집열기로 유리관과 흡열판으로 구성되며, 주로 냉난방 및 온수급탕용으로 사용된다.
CPC(Compound Parabolic Concentrator) 집열기는 낮은 집광비로 집열되는 선(線) 집광식 집열기로, 집열관과 반사판으로 구성되어 있으며, PTC(Parabolic Trough Concentrator) 집열기는 주로 동서 수평축을 중심으로 남북으로 태양을 추적하는 선 집광식 집광형 집열기로 청명도가 좋은 곳에서 사용이 효과적인 집열기임이다. 파라보릭형태의 집광판, 유리관 및 그 내부에 집열관 등으로 구성된다.
Dish 형 집열기는 수백도 이상의 고온을 얻을수 있는 접시형태의 집광장치와 태양열 집적장치(집열부), 태양을 추적하는 추적장치로 구성되며, 주로 발전용으로 사용된다.
축열기술을 살펴보면 태양열 축열은 주로 물을 사용하는 현열축열방식이 대부분이나 최근 축열밀도가 높은 잠열축열, 화학축열 및 금속수소화합물을 이용한 축열기술에 대한 연구가 수행되고 있다.
태양열 시스템은 전술한 집열기 및 축열장치와 이외에 제어장치, 집열열교환기, 펌프 등으로 구성되는데, 시스템 효율을 극대화시키기 위한 시스템 최적화 설계기술이 중요하다.
온수급탕에 요구되는 적정온도는 40~60℃ 정도의 저온이고 년중 사용기간이 길기 때문에 전세계적으로 가장 많이 보급된 시스템이다. 난방은 년중 사용기간이 짧고 최저 이용가능온도 온수급탕에 비해서 높기 때문에 시스템 효율 및 경제성 측면에서 온수급탕 분야보다는 효과가 떨어지고 있다. 그래서 저온의 태양열을 효과적으로 사용할 수 있는 태양열원식 히트펌프 시스템 등의 사용이 기대된다.
냉방은 여름철 전력 첨두부하(peak load)의 감소와 냉방 수요의 필요성이 증가되면서 태양열 냉방의 필요성이 점차 높아지고 있다. 특히 태양열 냉방은 일사강도가 높은 하절기 부하가 없어 집열기 과열로 인한 문제를 해결하는 데에도 도움을 줄 수 있기 때문에 효과적이다. 현재 개발된 태양열 냉방은 90~100℃의 태양열을 열원으로 하는 물/리듐보로마이드(H2O/LiBr)를 작동매체로 하는 1중효용 흡수식 냉방시스템이다.
산업공정열은 국내에서 연구가 수　된바는 있으나 보급은 전무한 실정이다. 주로 공정열수, 건조탈수, 공정증기 등의 분야에 태양열이 효과적으로 사용될수 있다.
태양열 발전시스템을 위해서는 고온 태양열 흡수제, 반사경(heliostat), 태양열 추적장치, 축열장치 등의 구성요소에 대한 기술이 필요하다. 우리나라에서는 이 분야에 대한 기술은 전무하나 미국, 독일, 스페인, 이스라엘 등 선진 각국에서는 실제 발전소 건설을 통한 파일럿 또는 상업발전의 단계로 옮겨가고 있다.
태양열 기술개발은 80년대에 주로 집열기술, 축열기술 등 요소기술과 이를 통합화하는 시스템기술 개발에서 90년대 이후 현재까지는 신뢰성 및 경제성 향상을 기술 보완연구가 수행되어왔다(표 2 참조). 특히 최근에는 Zero 또는 Low Energy 건물 개발과 관련한 연구가 수행되고 있다. 우리나라는 청명도가 높지 않기 때문에 지금까지는 직달일사 만을 이용하는 고집광 보다는 산란일사까지 이용할 수 있는 평판형 집열기를 이용한 기술개발이 중점적으로 수행되어 왔다.