전력연구원, 태양광발전 고효율화 위한 당찬 도전
전력연구원, 태양광발전 고효율화 위한 당찬 도전
  • 조강희 기자
  • 승인 2017.06.05 11:00
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[창간특집] 염전에서 건물 외벽에서…고효율 태양광발전 기술 선도

[한국에너지신문] 전력연구원(원장 배성환)이 태양광발전의 고효율화를 위한 다양한 연구에 도전하고 있다. 전력연구원은 염전용 수중태양광발전시스템을 개발해 소금과 전력을 동시에 생산하는 시도를 하고 있다. 또한, 실리콘 태양전지보다 효율을 2배 이상 끌어올릴 수 있는 건물 일체형 페로브스카이트 소재 태양전지도 개발하고 있다. 

>>염전용 수중태양광발전시스템 모듈

세계 첫 염전용 수중태양광발전시스템 개발
염전 1200만평에 설치시 4GW급 부지 확보
해수의 모듈 냉각효과로 발전 효율 5% 늘고
모듈 열이 해수 증발 촉진…소금 생산량 25%↑

▲ <염전 태양광 개념도>

전력연구원은 염전 증발지에 수중태양광 모듈을 설치해 소금생산량도 증대시키고 전력도 생산할 수 있는 염전용 수중태양광발전시스템을 세계 최초로 개발하고 있다. 

염전은 해수의 염도에 따라 저수지, 증발지, 결정지로 구성되는데 염전용 수중태양광발전시스템은 수심 5cm 내외의 염전 증발지 바닥에 수중태양광 모듈을 설치하는 것이 이 시스템의 핵심이다. 염전에서 소금을 생산하는 기능을 유지하면서 추가적으로 태양광발전을 할 수 있는 시스템이다. 

태양광발전과 소금생산을 동시에 할 수 있는 이유는 일조량이 많고, 그림자가 없으며, 바람이 풍부해야 하는 태양광발전과 소금을 생산하는 염전의 사업환경이 유사하기 때문이다. 

한전이 이번에 개발하는 염전용 수중태양광발전시스템을 국내 염전 증발지 1200만 평에 모두 설치할 경우 약 4GW의 수중태양광발전소 부지를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

정부의 전력수급계획에 따르면 태양광발전은 현재 4.1GW 수준에서 2025년까지 15GW까지 규모를 확대해 나갈 예정이다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 약 5500만 평의 태양광발전소 부지를 추가로 확보해야 한다. 

하지만 친환경을 목적으로 설치되는 태양광발전이 오히려 녹지 축소에 따른 환경 훼손이 일어나고 있다는 시각이 많다. 민원도 증가하면서 부지확보에 어려움이 많은 상황에서 염전용 수중 태양광발전시스템은 기존의 염전 기능을 유지하면서 추가적인 태양광 전력생산을 할 수 있다는 점 때문에 태양광발전소 부지확보에 크게 기여할 것으로 예상된다. 

전력연구원은 지난해 11월에 ‘100㎾급 염전용 수중태양광발전시스템 개발 및 실증’ 연구과제를 시작해 2019년 종료한다. 이 과제는 방수와 내염성이 보장되는 수중태양광 모듈 개발, 염해 대응을 위한 방수 및 패키징 기술 개발, 소금 생산과 발전량이 최대가 될 수 있는 통합관리시스템 개발, 100㎾급 실증단지 구축 운용 등의 연구가 합쳐진 것이다. 

염전을 이용한 태양광발전 확보량은 4GW 정도로 추산된다. 또한, 해수는 태양광 모듈 냉각 효과를 볼 수 있어 기존 지상 태양광발전시스템보다 발전효율이 5% 정도 증가할 수 있다. 태양광 모듈에서 발생하는 열은 해수의 증발작용을 촉진시켜 소금 생산량도 약 25% 증가할 것으로 연구진은 예상하고 있다.

전력연구원 관계자는 “이 연구는 새로운 개념의 태양광발전 비즈니스 모델을 발굴하기 위한 것으로, 과제가 성공적으로 개발되면 친환경 태양광발전 부지 확보와 소금생산량 증가를 동시에 이룰 수 있을 것으로 본다”고 말했다.  

>>건물 일체형 페로브스카이트 태양전지

▲ 페로브스카이트 태양전지 시스템 활용 예, 왼쪽부터 타일, 지붕, 커튼월, 슬레이트지붕, 파사드

외장재 기능 갖춘 ‘페로브스카이트 태양전지’ 연구
실리콘 보다 효율 2배 이상·원가 최대 1/8 절감
색상 선택도 자유로워…2020년까지 원천기술 개발

전력연구원의 연구분야는 여기에 그치지 않는다. 직접 건물에 붙일 수 있고, 효율이 높으면서 원가가 낮은 태양전지를 개발하고 있는 것이다. 이러한 태양전지를 개발하면 주택용 태양광 시장을 더 확장할 수 있을 뿐만 아니라, 기후변화 대응과 온실가스 감축을 직접 도시에서 수행할 수 있어 효과적이다. 

전력연구원이 연구하고 있는 ‘건물 일체형 페로브스카이트 태양전지’는 전기를 생산하는 태양광 모듈의 기능에 건물 외장재 기능을 추가했다. 창호나 벽면, 발코니 등 건물 외관에 태양광발전 모듈을 장착해 자체적으로 전기를 생산할 수 있다. 

▲ 페로브스카이트 태양전지 페로브 결정

페로브스카이트(Perovskite)는 기존의 실리콘을 적용한 태양전지보다 에너지변환 효율이 2배 이상 높고, 패널 원가를 최대 1/8까지 절감할 수 있다는 점 때문에 새로운 태양전지 소재로 주목받고 있다. 

전력연구원은 2020년까 지 건물 일체형 태양전지에 적용할 반투명 고효율 페로브스카이트 태양전지 설계·제작 원천기술을 개발하기로 했다. 이 기술을 확보한 뒤에는 팹리스(fabless) 방식의 사업화를 추진할 계획이다.

고효율, 고내구성 전극 소재 개발과 대면적 소자 제작, 평가 기술 개발을 통해 유리창호로 사용 가능한 건물 일체형 태양전지용 페로브스카이트를 개발할 예정이다. 

실리콘 태양전지는 건물 지붕이나 외벽 등 설치 공간에 제약이 있고, 색 구현이 불가능해 사업에 제한이 있었다. 이번 연구로 빌딩, 유리온실 등 설치 가능 공간을 확대하고 투과성 및 수요자 맞춤형 색상 선택이 가능하여 자동차에 적용 등 새롭게 사업 영역을 확대할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 

전력연구원 측은 “개발된 유리창호형 태양전지를 20층 빌딩에 설치할 경우, 200㎾급 이상의 규모로 연간 210톤의 이산화탄소 저감 효과가 있을 것”이라며 “대도시 빌딩의 태양광발전 사업에 의한 도심형 에너지 수요에 대한 솔루션 제공으로 국가 온실가스 감축 목표 달성에 기여하겠다”고 밝혔다. 

 


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