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 2018 세계 태양에너지 엑스포

<1> PV 모듈

 

 


자연에서 얻는 재생에너지 중, 한국에서 가장 각광받는 에너지는 바로 태양 에너지이지요. 풍속과 풍향을 고려해 건설해야 하는 풍력발전기보다 태양광 발전기 설치가 더 간편하기 때문인데요.


 


 

이처럼 4차 산업혁명 시대에서 주목받고 있는 태양 에너지. 그 최신 동향을 만날 수 있는 전시회가 열렸습니다. 바로 2018 세계 태양에너지 엑스포입니다! 이번 글에서는 해당 전시회를 직접 체험하고, 느꼈던 점을 상세하게 말씀드리겠습니다.

 



태양광 발전, 얼마나 진화했을까?


 


 

입구에 들어서자 수많은 PV 관련 기업들이 보입니다. 여기서 PV는 영어 ‘Photovoltaics’의 약자인데요. 이는 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하는 발전 방법을 뜻합니다. 우리가 흔히 알고 있는 태양광 발전이지요.


 

 

태양광은 2002년 이래로 매년 평균 48%의 빠른 성장률을 보이고 있습니다. 에너지 기술 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있는 분야인데요.

 


 


전시장에서 가장 눈에 띄는 것은 바로 대규모 태양광 발전판입니다. 이 태양광 발전판의 겉모습은 언뜻 평범해 보이는데요. 하지만 NON-CPU Solar TrackerCPU 없이 태양을 추종할 수 있는 기술을 탑재하고 있습니다.

 

CPU는 컴퓨터 구성단위 중 기억, 제어, 연산의 3대 기능을 종합하는 장치인 중앙처리장치의 줄임말이죠. 컴퓨터의 대뇌라고 할 정도로 중요한 부분인데요. 이런 CPU가 없다는 것은 태양이 움직이는 방향을 본능적으로 따라갈 수 있는 기능이 탑재되어 있다는 뜻이랍니다.

 

다른 태양광 발전기에 비해서 CPU 오작동으로 인한 파손을 피할 수 있고, 수명이 길며 관리가 편리하다는 장점이 있다고 해요. 더불어 CPU를 탑재하지 않음으로써 가격이 낮아져 전력 공급이 어려운 오지에서도 태양광 발전이 가능하답니다.


 


이 장치는 날씨가 좋을 때 태양광 발전을 하고, 비가 오는 날에는 식물에게 수분을 제공하며, 토양을 지나온 물은 거름으로 사용할 수 있도록 돕는 발명품입니다. 도랑 치고 가재 잡고, 발전하고 식물도 키우는 일석삼조의 아이디어 상품이죠?

 



 

물에 떠서 전기를 만든다, 수상 태양광!

 


이 제품은 수상태양광 독립형 부력체입니다. 대부분의 사람들은 태양광 발전판을 건물 옥상이나 지상에만 설치한다고 알고 있는데요. 꽤 오래전부터 물 위에 띄우는 태양광 발전 장치인 수상 태양광이 꾸준히 연구되어 왔답니다.

 

▲ 수상태양광의 모습 (한국전력 2017 미디어콘텐츠 공모전 금상 수상작)



수상 태양광 발전은 육상 태양광 발전 대비 발전 효율이 약 10% 더 증가한다는군요. 물 위에 띄운 덕에 냉각 효과가 있기 때문인데요. 이와 더불어 물 증발량 70% 감소, 조류 발생 등의 친환경 효과 등을 함께 기대할 수 있답니다.

 


사진 속에 보이는 빨간색, 초록색의 알록달록한 플라스틱 조형물이 바로 부력체입니다. 태양광 발전판이 물 위에 뜨도록 도와주는 역할을 하는데요. 무독성 폴리에틸렌 소재로 만들어져 부식과 환경오염의 염려가 없으며 블록식 구조로 제작되어 설치와 보수가 용이하답니다. 또한 수면 움직임에 따른 응력*을 최소화할 수 있는 힌지(Hinge, 문의 경첩) 타입의 조립 기술이 적용됐답니다.

 


* 응력 (應力, stress) : 물질에 압축, 굽힘, 비틀림 등의 외력을 가했을 때 그 크기에 대응하여 물질 내에 생기는 저항력. 변형력이라고도 한다.

 



부력체와 더불어 그에 맞는 수상 전용 모듈도 필요한데요. 이 모듈은 고전압·고온 다습한 환경에 설치된 태양광 발전시스템에서 발생하는 PID 현상**에 대응하여 분극화가 발생하지 않는 열가소성 소재를 적용했다는 특징을 가지고 있습니다.

 

** PID (Potential Induced Degradation) : 태양광 모듈의 발전 열화 현상 중 하나. 고전압 스트레스로 인해 모듈의 발전 성능이 감소하는 현상을 의미함.

 


이 사진 역시 수상 전용 태양광 모듈입니다. 이 모듈은 습기에 대한 저항력이 강하고 중금속·유해물질 배출이 없는 친환경 ‘Pb-free(납 제로)’ 소재로 제작됐습니다. 또한 ‘PERL 기술을 적용하여 구름이 많은 저 일사량 조건에서도 안정적인 발전 성능을 보장하는데요. 높은 출력도 제공하여 공간을 더 효율적으로 이용할 수 있습니다.

 

무엇보다 모듈 설치 이후 발전량 저하의 원인이 되는, LID 현상*** PID 현상을 최소화한 덕에 발전 성능이 더욱 강화됐답니다. 추가로 프레임 보호 피막은 폭설이나 강한 바람 등 험한 날씨에서도 변화 없는 내구성을 보여줍니다.

 

*** LID (light-induced degradation) : 태양전지를 처음 사용한 직후 24시간 동안 효율이 몇 % 감소하는 현상을 의미함.

 



세상에 이런 태양광 발전기가?! 


 

 

이동형 3세대 ‘CPV 태양광 모듈입니다. 고직광(CPV)으로 돋보기로 태양광을 모아 불을 내는 원리를 응용한 차세대 발전 방식인데요. 우리가 일반적으로 알고 있는 태양광 패널의 모양과 달리, 모듈 전면이 유리와 렌즈로 이루어져 있습니다. 이렇게 내리쬐는 빛을 하나의 칩으로 모아 전기를 생산하지요. 여기에 추적식 태양광 시스템이 더해져서 다른 태양광 발전기에 비해 약 50% 이상의 효율을 낸다고 합니다.

 


 

다음은 투과형 창호 태양전지 모듈입니다. 태양광으로 전기를 만듦과 동시에 창호지처럼 빛을 일부 투과하는데요. 한국전력 경기지역본부 앞 태양광 버스정류장에서 이 모듈을 본 기억이 납니다. 빛이 투과하는 동시에 태양광 발전도 할 수 있으니 식물을 키우는 곳에서도 활용할 수 있겠네요.


 


태양광 모듈을 적용한 LED 모델도 있습니다. 다양한 형태로 디자인할 수도 있다는데요. 이제는 태양광이라고 무조건 파란색 네모를 떠올리는 시대는 지났네요~!

 



차량 주행용 태양광 발전 도로도 있었어요. 차도나 인도에 설치하여 태양광 발전을 하는 동시에 옥외 LED 광고 등도 할 수 있는데요. 응용 가능한 분야가 무궁무진한 발명품입니다.




최근에는 평평한 태양광 발전판이 아닌 유연하게 굽은 형태의 발전판이 많이 보입니다. 굽을수록 평평한 발전판보다 표면적이 넓어지며 발전 효율이 더 높아진다는군요.




창의 끝판왕 태양광 모듈 & 서비스



 


뜨거운 태양빛을 가리는 용도인 커튼. 이 커튼이 태양광 발전을 한다면 어떨까요? 신재생에너지에 관심이 있는 분이라면 이런 커튼을 한 번쯤 상상해 보셨을 텐데요. 실제로 이 모델은 커튼의 역할을 함과 동시에 태양광 발전도 한답니다.


태양광 모듈의 무게와 효율, 설치 방법 및 가격 등 제품 개발을 어렵게 하는 문제점이 상당히 많았을 텐데요. 실제로 상품화된 것을 보고 참 대단하다는 생각이 들었습니다.

 


 


태양광 양면 발전 모듈입니다. 발전판 앞면과 뒷면 모두에서 발전이 가능한 모듈로 발전효율이 약 10~30%까지 증가됩니다. 모듈 뒷면에서 반사광과 산란광을 이용해 발전하는 게 핵심 원리라는데요. 음영이 지지 않는 알루미늄 프레임을 사용해 모듈의 효율이 향상되고, N-Type 단결정 모듈로 이른 아침의 약한 햇빛과 흐린 날의

자외선에도 발전이 가능하답니다.


 

 

 


태양광은 무엇보다 외부에 직접 노출되는 구조이기에 내구성이 매우 중요합니다수상 태양광 발전에 필요한 부유체는 기사 초반에 다루었으니이번에는 고내식 도금강판(PosMac) 메탈 프레임을 소개드릴게요.

메탈 프레임 구조는 온도에 의한 변형이 없고, 자외선의 피해를 덜 받습니다. 또한 결빙압에 의한 파손도 없어서 최소 20년 이상 사용이 가능한 탁월한 내구성을 지니고 있습니다전남 화순군 한천면 금전리에 설치된 대형 수상 태양광 발전판이 메탈 프레임 수상태양광의 대표적인 예시랍니다.

 



이 제품은 태양의 움직임에 따라 발전 패널을 가동하는 추적식 시스템을 가진 추적형 태양광 발전시스템입니다. 보통 고정식을 사용한 태양광에 비해, 해바라기처럼 태양이 있는 곳을 따라 움직이기에 최대 1.4배 정도의 높은 효율을 보여준답니다.



 

 

앞서 말씀드린 것처럼 태양광은 외부에 노출되어 있기에 내구성과 더불어 세심한 관리가 필요합니다. 그렇기에 이처럼 태양광 청소 서비스도 있는데요태양광 패널 지능형 클리닝 로봇은 태양광 발전소의 먼지, 모레, 분진, 조류 부설물, 송진가루 등 태양광 패널 표면의 오염원을 효과적으로 제거해줍니다. 또한 패널의 과열로 인한 발전효율 저해 요소들을 주기적이고 효과적으로 제거하지요.

 

 


 

다음은 벽체형 BIPV입니다. BIPV(Building Integrated Photo Voltaic)는 건물 일체형 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용하는 태양광 발전 시스템을 뜻합니다. 보통 지붕, 옥상, 임야 등에 설치되는 태양광 모듈과 달리 건물 외피에 전지판을 이용하는데요.

 

태양광 발전 시스템을 건물 외장재로 사용하니 건설 시 재료비가 절약되고, 별도의 설치 부지가 필요 없어 실제 거주 면적이 협소한 곳에 적합합니다. 더불어 벽면, 발코니 등에 다양한 디자인을 연출할 수 있다는 장점도 가지고 있죠. 말 그대로 경제성과 디자인, 두 마리 토끼를 모두 잡는 시스템인데요. 서울시 중구에 위치한 서울시청과 영등포구 여의도에 위치한 전국 경제인 연합회 신축 회관에 실제로 적용돼 있다고 합니다.





이번 기사에서는 효율적으로 발전하고 있는 태양광 발전 모듈을 함께 살펴보았습니다. 태양광 발전(PV)의 활용도가 나날이 증가하고 있다는 점에서 놀랐고, 혁신적인 기술을 많이 만날 수 있어서 반가웠답니다.

 

다음 시간에는 태양광 모듈이 수집한 에너지를 우리가 사용할 수 있는 전기로 바꿔주는 장치인 인버터에 대해 알려드리겠습니다!




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