[취재파일] 미세먼지, 태양광 발전량 최고 20% 이상 떨어뜨린다

요즘 전국 어디를 가든 눈에 띄는 것은 태양광 발전 시설이다. 미국 서부 사막지역에 설치된 태양광 발전 시설처럼 자동차를 타고 한참 동안이나 이동할 정도로 거대한 규모는 아니지만 주택 지붕 위에 설치된 발전 시설부터 언덕이나 낮은 산 곳곳을 덮고 있는 발전 시설까지 크기도 다양하다.

태양광 발전 시설이 급속하게 확산하고 있는 가운데 한반도를 뒤덮는 최악의 미세먼지가 태양광 발전량을 최고 20% 이상 떨어뜨릴 수 있다는 연구결과가 나왔다(손정훈과 정수종, 2019). 연구결과는 오는 5월 2일부터 3일까지 이화여대에서 개최되는 한국기상학회 2019 봄학술대회에서 발표된다.

서울대학교 환경대학원 정수종 교수 연구팀은 2015년부터 2017년까지 서울과 전남지역의 실제 시간당 태양광 발전량 자료와 미세먼지 자료, 태양의 고도각과 기온, 습도 등 각종 기상자료를 이용해 미세먼지와 각각의 기상 요소가 태양광 발전량에 어떤 영향을 미치는지 분석했다.

분석결과 전남지역의 태양광 발전량은 태양의 고도각이 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이어 기온과 미세먼지 농도, 습도 순으로 영향이 큰 것으로 분석됐다.

특히 전남지역의 미세먼지(PM10) 농도가 '나쁨'일 경우 미세먼지 농도에 따라 태양광 발전량은 설비 용량에 비해 17-21.4% 감소하는 것으로 나타났다. 초미세먼지(PM2.5) 농도가 '나쁨'일 경우도 농도에 따라 태양광 발전량이 설비 용량에 비해 16.4-22.3% 줄어드는 것으로 분석됐다.

서울지역의 태양광 발전량 역시 태양 고도각의 영향을 가장 크게 받는 것으로 나타났다. 이어 기온과 습도, 미세먼지 순으로 영향이 큰 것으로 나타났다.

서울지역의 경우 미세먼지(PM10) 농도가 '나쁨'이면 농도에 따라 태양광 발전량은 설비 용량에 비해 19.3-22.1% 감소했고 초미세먼지(PM2.5)가 '나쁨'일 경우는 발전량이 11.1-13.4% 줄어드는 것으로 분석됐다. 미세먼지 농도가 높아질수록 발전량이 줄어드는 것은 미세먼지가 빛을 흡수 또는 산란시켜 패널에 도달하는 태양 에너지가 줄어들기 때문인 것으로 연구팀은 추정했다.
미세먼지가 태양광 발전에 악영향을 미치는 것은 단지 우리나라뿐이 아니다. 미세먼지는 전 세계적으로 태양광 발전의 효율을 크게 떨어뜨리고 있다. 특히 대기 오염이 극심한 중국의 경우가 그렇다.

미국 프린스턴대학교 연구 결과에 따르면 오염이 심한 중국 북부와 동부 지역의 경우 스모그 때문에 태양광 패널에 도달하는 태양 에너지[복사조도, irradiance]가 대기 오염 물질이 없을 때와 비교해 연평균 21~25%, 많게는 35%나 감소하는 것으로 나타났다(Li et al., 2017). 태양광 패널에 도달하는 태양 에너지가 오염물질 없을 때보다 35% 감소할 경우 발전량은 제곱미터 당 하루에 1.5KWh가 감소하게 된다고 연구팀은 설명하고 있다.
위 그림에서 볼 수 있듯이 대기 오염 때문에 티베트 지역을 제외한 중국 전역에서 태양광 발전 효율이 크게 떨어지고 있다. 특히 대기오염이 심한 중국 북동지역에서는 발전량이 ㎡당 하루에 최고 1.5kWh 정도나 줄어들고 있는 것으로 나타나고 있다. 1.5kWh는 진공청소기를 한 시간 동안 돌리거나 개인용 컴퓨터를 5~10시간 동안 가동할 수 있는 양이라고 연구팀은 설명하고 있다. 특히 겨울철 중국 동부지역의 경우 스모그가 태양빛을 차단하는 정도는 구름이 태양빛을 차단하는 경우와 비슷하다고 연구팀은 밝히고 있다. 구름이 없어도 미세먼지가 심한 날은 마치 구름이 하늘을 모두 가린 것처럼 빛이 들어오지 않는다는 뜻이다.

정부는 오는 2030년까지 화석에너지 사용을 줄이고 재생에너지 비율을 20%까지 확대한다는 계획이다. 이른바 '재생에너지 3020 계획'이다. 최근에는 2040년까지 재생에너지 비율을 최대 35%까지 늘린다는 계획이 발표됐다. '재생에너지 4035 계획'이다. 고농도 미세먼지 때문에 '재생에너지 3020 계획', '재생에너지 4035 계획'이 발목을 잡힐 것인지 아니면 미세먼지 문제가 점차 해결되면서 태양광 발전량도 크게 늘어나고 국민 건강도 좋아지는 두 마리 토끼를 잡을 수 있을지 앞으로의 대응과 결과가 주목된다.

<참고문헌>
* 손정훈, 정수종, 2019: 미세먼지에 따른 태양광 발전량 감소, 한국기상학회 2019 봄학술대회 초록집

* Xiaoyuan Li, Fabian Wagner, Wei Peng, Junnan Yang, and Denise L. Mauzerall, 2017: Reduction of solar photovoltaic resources due to air pollution in China, Proceedings of National Academy of Sciences, Vol. 114 No. 45, 11867–11872