-무한한 에너지 전세계가 관심-
`태양에너지기술은 인류의 마지막 남은 에너지^자원이다 '

1시간 동안 지표면에 도달하는 태양에너지의 양은 전세계 1년동안의 에너지소비량과 동일한 정도로 많은 무한대의 청정에너지원이다.
　이 태양에너지는 다른 대체에너지 기술보다 경제성이 뛰어나며 기술적 완성도가 높다.
　또한 지구온난화 대책으로 탄산가스 배출을 저감할 수 있는 대체에너지원이며 기존의 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적어 최근 각 국가의 미래 에너지원으로 그 중요성이 부각됐다.
태양에너지는 크게 태양열과 태양광으로 구분할 수 있다. 따라서 전세계적으로 공통적으로 태양에너지기술을 다시 태양열과 태양광 분야로 나누어 소개한다면 태양열변환시스템과 태양광발전시스템, 태양광전기화학변환시스템 광합성시스템으로 구분할 수 있다.
태양에너지는 그 활용범위가 태양열 변환 및 태양광 발전으로부터 점진적으로 확대되고 있으며 태양광전기화학분야와 같이 첨단분야의 연구 및 실용화가 활발하게 추진되고 있다.
그러나 에너지 밀도가 낮고 간헐적이며, 단순히 에너지 가격 차원에서 보면 일부 분야를 제외하고는 아직은 기존 화석연료 시스템에 비해 비경제적이라는 면에서는 아직 많은 연구와 개발을 필요로 하는 부분이다.

〈편집자 註



태양열변환 기술
저온 급열기 중심으로 개발
　태양열변환기술은 태양열을 집열·집광하여 열에너지를 얻어서 난방, 냉방, 급탕 및 발전하는 기술을 말한다.
국내 주거건물 에너지 소비량은 국가 총에너지소비의 13.8%이며 이중 77%이상이 난방 및 급탕에 소비된다. 따라서 태양열을 통한 30% 절감만을 가정해도 국가 총에너지소비의 3.2%를 절감할 수 있는 큰 시장성과 절감 잠재력을 갖고 있다.
현재는 저온용 집열기를 중심으로 개발 및 상용화되어 평판형집열기를 생산케 됐으며, 진공관식 집열기, PTC, Dish 형 등은 현재 개발완료 단계이다. 또한 저온축열시스템(수축열), 태양열 급탕 및 난방 시스템이 상용화되었으며 태양열 건물 요소기술 및 시스템 기술과 태양열발전 및 산업이용기술을 연구개발 중이다.
그러나 아직까지도 업계의 시스템 설계 및 최적화 기술이 선진국에 비해 뒤떨어져있으며 냉방 및 산업공정열 분야에 대한 설계기술이 미흡하고, 발전분야는 기초연구단계이다.
선진외국의 경우 평판형집열기는 물론 진공관형, 상변화형집열기, PTC, Dish 형 등 각종 집열기의 개발이 되어 상용화되었다. 미국의 경우 2010년까지 2600만불, 2020년까지 5600만불을 투입하여 100만호의 태양열 에너지자립주택, 2만호의 태양열 학교 및 사무소 건립 진행 중이며 저온 활용 분야는 대규모 온수급탕용으로 활용이 많이 되고 있다.
또한 저온분야는 기 개발된 제품 및 시스템에 대한 지속적으로 효율 및 신뢰성 향상을 위한 연구가 수행되고 있으며, 특히 건물 적용연구가 많이 진행되고 있다. 중·고온 분야는 일사량이 좋은 국가를 중심으로 연구가 수행되고 있다.


태양광 전기화학 변환기술
전기생산^환경정화에 기여
태양광 전기화학 변환기술은 태양광과 반도체 광촉매를 활용하는 전기생산은 물론 수질, 대기, 토양 및 살균 등의 지구환경개선에 응용되는 첨단 과학 분야이다. 이 연구는 화학, 화공, 재료, 금속, 기계 등의 많은 학계 및 산업체에 연관되어 있으며, 따라서 이들 기술이 개발되면 주변의 유기물질을 분해하는 환경정화, 물분해 수소제조, 전자의 외부회로를 통한 전기생산 등의 활용이 가능해 짐으로써 관련 연구 분야 및 응용산업체의(환경정화 기술) 발전에 많은 기여를 할 것이다.
현재는 자외선 영역의 빛에너지를 활용하는 연구와 병행하여 태양광의 44% 이상을 차지하는 가시광선을 활용하는 연구들이 진행 중인데, 이는 태양광 중에는 자외선이 3% 정도만이 포함되어 있어 활용에 문제점들이 있으며, 궁극적인 대체/청정에너지는 가시광선 영역을 활용하는 것이 경제성 면에서 장점이 발생될 수 있기 때문이다.
환경정화 부문(특정 조건의 폐수, 실내공기정화, UV차단 및 자정, VOC처리, 대기 SOx/NOx처리 등)은 많은 진전이 이루어진 상태며, 일부 상용화가 이루어지고 있다.
그러나 습식태양전지 및 수소제조 기술 분야는 상대적으로 미비하지만, 연구 기간의 차이로 인한 것으로 볼 수 있으며, 안정성 및 효율증대 노력이 가속화 되고 있다.
현 단계에서는 전기/수소를 생산하는 다른 기술과 비교하여 매우 낮은 효율을 나타내고 있으나 환경/에너지 문제 해결이 인류생존의 궁극적인 열쇠가 되어 있는 상황에서 객관적인 측면에서 가장 이상적인 방법인 이 기술의 확보 노력이 국가 주도로 필요하다.
지금까지 국내에서 일부 상용화가 이루어졌거나 아직 연구가 진행되고 있는 분야는 환경분야이며, 전지 및 수소제조 분야는 필요성으로나 공급/수요측면에서의 관심에도 불구하고 여전히 경제성이나 제조가격 등의 문제점이 해결되지 못하여 실용화나 상용화가 활발하지 못하고 있다.
이러한 상황 하에서도 광촉매 또는 반도체 금속산화물과 관련한 기술에 대한 관심이 증대하고 있으며, 이에 대한 기반기술이 축적됨에 따라서 이를 활용한 광화학태양전지 및 수소제조에 대한 관심이 나타나고 있다.
외국의 경우 광촉매활용의 근간인 고효율 광촉매 제조 및 고정화, 시스템분야에는 미국, 독일, 일본, 이스라엘, 캐나다 등 전 세계적으로 연구되어지고 있으며, 연간 1회 실시되는 국제학회에 200여명의 전문가들이 참석하는 등 매우 활발한 연구가 진행 중에 있다. 유럽이나 미주지역은 수처리/기상처리가 중심이 되어 효율증대 및 태양광활용이 연구되고 있으며, 일본에서는 실내공기 및 타일/유리 등에의 친수자정코팅 등의 방향에서 연구가 활발하다. 일부분은 실용화 되어있으며, 실용화 준비단계인 것들도 많이 발생하고 있다.


태양광 발전
태양에너지기술의 핵심
　태양광발전은 태양의 빛에너지를 이용하는 태양광 발전분야에서는 이미 다수의 연구가 실용화되었거나 시범사용되고있다.
청명한 날 지상에 내리쬐는 태양빛에너지는 약1,000W/㎡로서 지구의 표면적으로부터 계산하면 지상에 도달하는 에너지는 127조kWh라고 하는 막대한 양으로서 1994년도 세계 에너지 소비 총량이 92조kWh라는 것을 생각하면 지구전체에 내리쬐는 태양에너지 1시간의 양은 세계의 연간에너지 소비량을 초과하는 양이다.
태양광발전기술은 크게 태양전지제조기술과 Power Conditioner 제조기술, 기타 구성요소기술 및 시스템의 매칭기술 등의 3분야로 분류할 수 있으며, 종합기술의 융합이라고 할 수 있다.
전세계의 태양전지 생산은 미국, 일본, 유럽의 선진국이 거의 대부분을 차지하고 있으며, 그림에서 확인할 수 있는 것처럼 '93년 이후에는 신장세가 더욱 두드러져 15% 이상을 기록하고 있다.
특히 1997년에는 40% 이상의 폭증 현상을 보였는데 이런 폭발적 신장세가 일시적 현상으로 그치지 않을 것이라는 전망이다. 선진국들은 21세기의 태양광발전 시장을 대단히 낙관적으로 전망하고 있으며, 미래 시장을 선점하기 위하여 기술 개발과 시장 창출을 위한 개발 투자를 아끼지 않고 있다.
미국, 일본, 유럽 등 선진국의 태양광발전 기술 개발은 주로 핵심 소자인 태양전지의 저가화 및 고효율화와 파워컨디셔너기술의 소형경량화 및 기능의 다양성으로 잠재능력향상 및 부가가치 향상에 집중되어 있다. 이것은 태양광발전시스템 저가화를 위해서는 태양전지 제조기술 개발만으로는 한계가 있다고 사려되어 핵심기술중의 하나인 Power Conditioner기술과 기타 구성요소 및 시스템 기술의 연구개발을 동시에 추진함으로서 신뢰성 향상 및 저가화를 기대할 수 있기 때문이다


인터뷰/　이진석 박사〈한국에너지기술연구소 바이오메스연구팀 책임연구원〉

태양에너지 보급^확산 위해
정부 법적강제력 필요

- 현재 대체에너지 중 태양에너지가 갖는 비중은.
▲ 정부에서는 대체에너지를 총에너지대비 3%까지 대체할 수 있도록 정책수립과 아울러 연구지원을 하고 있다. 이 중 현재까지 가장 가시적인 성과를 보이면서 실용화 된 부분이 태양에너지기술이며, 이는 태양열변환기술, 태양광발전기술, 태양광전기화학변환기술로 구분한다.
대체에너지 중 태양에너지의 비중은 위와 같은 분야를 총괄하여 총 10%이다.
- 태양에너지관련기술의 수준은 어디까지 왔는지.
▲ 온수기 및 태양전지 등은 이미 실용화되었거나 일부 오지 및 낙도에서 시범적으로 사용되고 있다. 또한 태양광전기화학변환기술분야인 태양광화학전지는 현재 연구가 진행중이다.
-태양에너지의 확산에 필요한 부분은.
연구소에서 확산방안까지 생각한다는 것은 어폐가 있다. 그러나 내 스스로의 생각으로는 에너지 절감 및 환경오염부분과 관련지어 정부의 법적 강제력이 필요하다고 생각한다. 현재는 보급률이 낮기에 생산률 역시 낮아 고가의 상품으로 취급되고 있으나 정부의 개입이 현실화된다면 이 문제는 해결될 것이며, 더불어 가속적인 확산이 이루어질 것이다.
- 앞으로의 연구는 어떻게 진행될 것인지?
각 분야별 연구에 있어 업그레이드를 위한 연구는 계속 진행될 것며 특히 실용화 가능 대상 연구품목을 대상으로 제품 개발 연구가 이루어진다.
그러나 이 역시 정부의 정책결정에 따라 변화될 가능성이 많다.
- 한국에너지기술연구소에서 태양에너지와 관련된 연구팀 및 연구원의 수는.
▲ 현재 본 연구소에는 태양열이용연구팀 및 태양광발전연구팀, 태양에너지응용연구센타 등 7개 부서와 60여명의 연구진들이 태양에너지기술개발을 위해 노력하고 있다.