태양은 인류에게 가장 친숙한 에너지원이다. 태양 중심부 온도는 1.571×10⁷K나 되며 압력은 2,000억atm으로 이뤄진 초고온, 초고압기체로 구성돼 있다.

이처럼 태양이 왕성한 에너지를 내뿜는 것은 태양에 존재하는 가장 많은 원소인 수소의 원자핵이 충돌해 핵융합반응을 일으켜 에너지원으로 생산하고 있다. 하지만 일각에서는 태양의 전체 수명이 절반 정도 지난 것으로 보고되고 있어, 영원할 것 같은 태양의 수명이 약 50억년 후면 없어질 가능성도 제기되고 있다.

태양광·태양열 이용한 태양에너지 활용기술

청정에너지인 태양을 이용해 대체에너지를 획득하고자 하는 노력이 시작된 것은 불과 수 십년 전부터다. 그 방법으로는 태양의 빛을 이용하거나 태양열을 이용하는 것들이었다.

우선 태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식이다.

또 태양열 이용기술은 가장 먼저 상용화가 시작된 분야다. 즉 태양광선의 파동성질을 이용하는 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수, 저장, 열변환 등을 통해 발전하는 방식을 의미한다.

이를 통해 4계절 건물의 냉난방과 산업공정열, 농수산분야, 태양열 발전, 초고온 태양열 연료생산기술, 폐수처리 등에 활용할 수 있고 태양열 시스템은 집열기술, 축열기술, 이용기술 등으로 나뉜다.

태양에너지를 이용한 사례를 살펴보면 태양에너지를 전기로 변환시켜 셀 배터리에 저장, 15분이면 태양전지가 충전되는 512마력의 고성능 전기자동차가 최근 모터쇼에서 선보였다.


태양에너지 이용한 다양한 기술 속속 개발

또한 솔라파이트사는 태양에너지로 최대 64km/h의 속도를 낼 수 있는 비행기 ‘선시커(Sunseeker)'를 출시, 이제는 유럽의 하늘을 여행하려고 준비하고 있다.

또 현대인의 필수품이 된 휴대전화도 태양광 배터리 충전 시제품이 ‘모바일 월드 콩그레스(MWC) 2009’에서 휴대전화 강국답게 우리나라 기업에 의해 공개된 바 있다. 이 시제품은 휴대전화 뒷면 전지 덮개에 태양광 패널이 장착돼 있다.

지난해 말 기준으로 세계 태양광 발전설치 현황을 살펴보면, 독일이 3862MW로 1위를 차지하고 있으며 그 뒤를 이어 일본이 1919MW, 미국 830MW, 스페인 655MW 등으로 집계됐다.

독일의 경우 타국과 비교시 태양광 자원이 상당히 낮음에도 불구하고 설치용량에서 두각을 나타내고 있다는 점은 에너지 자원이 부족한 우리나라에게 시사하는 바가 크다.

일본은 교세라 솔라가 연간 150MW 규모의 공장을 멕시코에 건설할 계획이며, 세계 1위 태양전지 메이커인 일본 샤프기업은 2030년까지 단독생산능력을 100GW로 예측하고 있다. 아울러 2015년까지 태양광, 태양전지 등의 시장규모를 100조엔으로 육성시킨다는 전략을 갖고 있다.

중국은 100MW, 인도는 112MW로 대량의 태양광 발전에 잠재력을 지닌 것으로 평가되고 있으며 장기적인 목표치를 정해 정부가 적극 지원하고 있는 상황이다.

중국의 선도기업인 썬테크의 기업가치는 55억 달러에 달하고 고용인원은 3500여명, 생산량의 90% 이상을 독일에 수출하고 있다.

이와 함께 미국은 에너지성(DOE, Department of Energy)을 중심으로 솔라 아메리카 이니셔티브(SAI) 태양에너지 정책을 펴면서 태양발전기술의 폭넓은 도입을 가속화하고 있다. 또한 버락 오바마 대통령의 당선으로 미국 태양에너지 산업에 엄청난 영향을 미칠 것이라는 가트너의 보고가 나온 바 있다.

각국의 태양광 발전 경쟁 치열

최근에는 태양에너지 실용화 주력방안의 일환으로 태양광·열 에너지 프로젝트를 한창 진행중에 있다.

프랑스 역시 태양광에너지 생산에 강력한 의지를 표명하며 원자력청(CEA)을 중심으로 10여년 전부터 ‘혁신을 가속화시키는 광전지’라는 타이틀로 연구 중에 있으며 미국의 경우도 UC샌디에이고를 중심으로 하는 캘리포니아 태양에너지 협력체를 구성, 태양에너지에 대한 틈새시장 공략에 나서고 있다.

아울러 플로리다에서는 태양에너지만을 사용하는 2만여 가구의 청정 신도시와 밥콕 랜치(Babcock Ranch)가 들어설 예정이다.

중국에서는 태양에너지 개발이 신에너지 발전전략 실행의 하나로 크게 각광을 받고 있으며, 태양에너지 열수기술과 응용분야 등에서 강점분야를 선정하여 태양에너지 보급에 힘쓰고 있다.

스페인도 마드리드 공대를 중심으로 아프리카에 광전지 농축 연구분야의 태양에너지 프로젝트를 시작하고 있다.

태양에너지 개발에 따른 전 세계의 움직임을 반영하듯 우리나라에서도 각 연구기관과 기업을 중심으로 태양을 이용한 에너지화 사업과 연구가 활발히 진행되고 있다.


국내도 태양에너지 위한 연구개발 활발…프로세스·시스템화 절실

한양대 이정호 교수팀은 태양광과 태양열을 동시에 활용해 전기를 생산해 내는 미래형 태양전지 소자를 국내 기술로 개발해 주목을 끌었다. 또 과학기술연구원(KIST)는 광결정 구조를 이용해 빛을 증폭시키는 방법으로 발전효율을 높일 수 있는 염료감응형 광증폭 태양전지 개발에 성공, 산업체에 기술을 이전했다.

광주과학기술원(GIST)도 ‘꿈의 태양전지’로 불리는 유기물 플라스틱 태양전지의 효율을 기존 6.5%에서 상용화 가능수준인 10% 이상으로 끌어 올리는 연구를 진행하고 있으며 한국생산기술연구원은 태양전지 핵심부품개발과 함께 광주에 솔라시티센터를 만들어 태양전지 기술개발을 위한 본격적인 운영에 들어가는 한편 국내 최초로 강원 영월에 차세대 태양전지용 실리콘 생산기술 실증단지를 조성하는 등 발빠른 움직임을 보이고 있다.

전문가들은 태양에너지에 대한 전 세계의 관심 속에서 우리나라가 경쟁력을 확보하기 위해서는 태양광 산업군을 이루고 있는 모듈, 웨이퍼, 시스템, 생산공정, 잉곳(Ingot), 태양전지 등의 경쟁력 강화를 위한 프로세스화와 시스템화가 절실하다고 지적하고 있다. 이와 함께 장비의 국산화뿐만 아니라 태양전지의 핵심 관건인 발전효율을 높이기 위한 연구개발을 통해 태양에너지 분야의 경쟁력을 확보할 수 있을 것이라고 분석했다.