차세대 에너지원, 태양광 발전

작성 2008.10.28 21:49 수정 2008.10.29 00:34 조회수

경기도 가평, 홍천과 맞닿은 곳에 콩, 고추를 심던 밭에 태양광 발전소가 생겼습니다. 30가구 정도밖에 공급할 수 없는 작은 규모지만, 곳곳에 태양광 발전소가 들어서는구나 싶더군요. 전남 신안엔 세계 최대 규모 태양광 발전소가 가동을 시작했습니다.

요즘들어 부쩍 태양광이나 태양전지에 대한 이야기가 자주 나오는데요. 태양광 발전이 어떤 것인지 간단하게 소개할까 합니다.

현재 사회 시스템은 '석유'를 빼놓으면 이야기할 수가 없습니다. '석유'야 말로 현대 문명을 돌리는 원동력입니다. 모든 것이 '석유'와 밀접한 관련을 맺고 있습니다. 여러가지 에너지원이 있지만, '석유'는 그들 가운데 제왕으로 군림하고 있습니다.

하지만, 얼마 전부터 '석유'가 만든 세계의 위험성에 대해 경고 목소리가 높습니다. 석유의 매장량이 고갈에 가까워졌다는 게 가장 큰 이유입니다. 또, 석유를 태워 에너지를 얻는 과정에서 나오는 달갑지 않은 부산물도 무시할 수 없는 문제가 됐습니다. 환경 문제와 기후 변화에 대한 우려 때문이죠. 결국, 석유의 대안을 찾는 게 이젠 시급한 과제가 돼버렸습니다.

전기를 생산할 때 원자력 발전은 이미 상당수 화력 발전을 대신하고 있습니다. 하지만, 핵분열 방식의 원자력 발전은 '방사능 폐기물'이란 치명적인 문제가 있습니다. 그래서 끊이지 않는 논란거리지요. 예전 포스트에서 핵융합을 소개한 적이 있는데요. 열심히 연구중이지만 아직은 실용화 단계라고 보긴 어렵습니다.

그래서인지 요즘 들어 부쩍 '신재생에너지'에 대한 관심이 높습니다. 자연의 에너지 원을 이용해 전기를 만드는 방법입니다. 국가에서도 차세대 성장 동력으로 지정해 지원하고 있고, 지자체에서도 지역에 맞는 대체 에너지 산업 유치에 열심입니다.

이 가운데 태양광 발전은 태양이 존재하는 한 연료 걱정을 할 필요없고, 태양빛을 그대로 전기로 바꾸는 것이기에 폐기물이란 불청객도 없어 주목받고 있습니다. 태양빛을 어떻게 전기로 바꾸는 걸까요?

태양광 발전의 핵심은 '태양전지'입니다. 태양전지에 있는 반도체에 햇빛을 쪼이면 전자가 튀어나오면서 전류가 흐르게 되는 겁니다. 좀더 자세히 알아보면, '광전효과'란 놈 때문에 이런 일이 일어납니다.

광전효과는 아인슈타인에게 노벨 물리학상을 안겨준 건데요. 금속에 전자기파인 빛을 쪼여줄 때 금속에 있는 전자가 튀어나오는 현상입니다. 금속에 있는 전자들은 전기력에 의해 원자 안에 갇혀있는데요. 입자 성질을 가진 빛의 알갱이가 와서 전자에 부딪히면 빛 알갱이가 갖고 있는 에너지를 전자가 받게 되고, 이 에너지가 전자를 금속에 잡아두고자 하는 에너지보다 커질 경우 튀어나가게 됩니다.

전자에게 가해지는 에너지는 빛의 진동수에 비례합니다.(E=hν) 그런데, ν=1/λ 이니까 특정한 파장보다 짧은 파장을 쪼여줘야 전자가 튀어나오겠죠. 전자가 움직인다는 건 전류가 흐른다는 뜻이니까 회로를 구성하면 전기 에너지를 사용할 수 있게 되는 겁니다. 여기서 가장 중요한 건 태양전지가 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 효율입니다.

효율이 높아야 실용성이 있겠죠.

빛의 파장 대역별로 알맞는 반도체를 사용하는 등 개선을 거듭해 이론적으론 발전 효율이 40%를 넘기도 하는데요. 현재 상용화된 기술로는 효율이 15% 남짓합니다. 화력발전이나 원자력 발전의 변환 효율이 35% 남짓하니까 아직 갈 길이 멀죠?

태양광 발전소를 세울 경우 그 투자비 회수 기간도 10년 정도가 걸린다고 합니다. 이 때문에 현재는 태양광 발전을 통해 만든 전기를 한국전력에서 비싼 값이지만 사주는 정책적인 지원을 하고 있습니다.

유엔에 CDM(Clean Development Mechanism)이란 사업으로 등록하는 것도 수익 모델로 꼽힙니다. CDM은 온실가스 감축을 위해 추진하는 건데요. 태양광 발전 같은 친환경 기술로 전기를 생산해내면 석유를 사용해 이만큼 생산했을 때 배출했을 온실가스의 양만큼 온실가스를 배출할 수 있는 권리를 유엔으로부터 받는 겁니다. 이걸 판매할 수 있으니 수익을 낼 수 있죠. 하지만, 아직은 다른 발전에 비해 경제성이 좋다고 보기 어려운 게 사실입니다.

그렇지만, 태양광 발전은 빛에서 바로 전기를 뽑아낼 수 있다는 장점 때문에 세계적으로 관심을 끌고 있습니다. 현재는 독일이 세계 시장의 절반 이상을 장악하고 있고요. 일본과 미국도 앞서가고 있습니다. 현재 태양전지는 반도체에 쓰이는 실리콘을 사용해 만들고 있습니다.

원재료인 실리콘을 가공해 웨이퍼 형태로 만든 뒤 셀을 만들고 이걸 모듈로 집약합니다. 이 공정이 반도체나 LCD 공정과 거의 비슷합니다. 아직은 태양전지용 웨이퍼와 셀 제조 기술이 독일이나 일본 등에 많이 뒤쳐져 있지만 반도체와 LCD 제조 공정기술은 우리나라도 높은 수준에 있기에 발전을 기대할 수도 있을 것 같습니다.