빛을 본 '원구 모양' 태양광 발전기

국립수산과학원(원장 임광수) 환경연구과의 이재성, 최우정, 김성수 등 3명의 연구원이 반사광을 이용하는 원구형 태양광 발전기를 발명, 특허 신청을 냈다.

원구형 태양광 발전기는 기존의 평면 집광판과 달리 투명한 원구 안에 태양광 전지 셀을 넣은 것으로 평면보다 약 3배 이상 표면적이 넓다. 그리고 수면에 띄울 수 있으며 휴대도 가능해 태양광 발전 기술의 일대 혁신이자 진보라 해도 과언이 아니다.

태양광발전은 태양 빛에너지를 직접 전기에너지로 생산하는 발전방식이며, 태양열 발전과 달리 태양빛을 받아 반도체 물질로 이루어진 태양전지에서 바로 전기를 만든다.

즉, 햇빛을 받아 직류전기를 생성하는 태양 전지 모듈과 이러한 전기를 제어해 주는 전력제어장치, 발생된 전력을 저장하는 축전지, 그리고 직류전기를 교류로 바꾸어 주는 인버터로 구성되어 있다.

태양광 발전은 태양광선이 비치는 곳이면 어디라도 발전이 가능하다. 하지만 빛의 양과 조도에 의존하므로 태양 빛의 조사각도를 고려해 전지 모듈을 평면으로 배치해야 한다. 따라서 평면 집광판으로 큰 전력을 얻기 위해서는 설치 면적이 많이 필요하다.

우리나라처럼 국토 면적이 좁고 인구밀도가 높은 상황에서는 태양광 발전을 위한 토지 확보가 어렵다. 또한 우리나라의 지리적 위치로 인해 충분한 태양광을 기대할 수 없는 상황이다.

현재 우리나라 태양광 발전 시장은 지난해 5000억 규모에서 2010년 5조3000억원 규모로 3년 만에 10배 이상 성장할 것으로 전망되고 있다.

우리나라의 태양광 발전 설치 용량은 2007년부터 2010년까지 연평균 137%의 높은 성장세를 나타낼 것으로 예상된다.

실제, 전북 무안 태양광 발전소의 경우 2만 8351m2 면적에 건설비 총 80억원을 들여 1Mkw를 생산하고 있으며, 전남 진도 태양광 발전소는 8만6000㎡ 면적에 220억원을 들여 3Mkw를 생산, 1500여 가구에 공급하고 있다.

반사광을 이용하는 원구형 태양광 발전기 시스템은 해양관측장비를 개발하면서 발명됐다. 현장 출장을 갈 때 마다 해수면의 반사 빛이 매우 강한 것을 느꼈던 이재성 박사는 이 에너지를 활용할 수 있는 방법을 고민하던 중, 현장측정 장비에 부착하는 부이를 보고 반짝 아이디어를 얻었다. 부이에 태양광 전지를 넣고 수면위에 띄우면 기존의 평면 태양광 전지보다 효율이 클 것이라는 생각으로 마침내 발전 장치 개발에 돌입했다.

이박사가 이번 발명에 가장 염두에 둔 부분은 세 가지. 기존의 평면형 태양광 발전기 보다 집광면적을 극대화 할 것, 빛 에너지가 강한 반사광을 활용할 수 있을 것, 그리고 설치 및 운영이 편리할 것. 이 모두를 충족시켜주는 장치가 바로 원구형 태양광 발전 장치다.

원구형 태양광 발전기의 구조를 살펴보면, 투명한 소재로 만든 반구형의 상, 하부 케이스 안에 태양광 전지를 넣어 조립함으로 설치가 간단하고 수면 위에 띄울 수 있도록 설계했다.

원구형 태양광 발전 장치를 육상에 설치할 경우, 장치 밑 부분에 반사판을 설치, 인위적으로 반사광의 광도를 증대시켜 반사광 에너지 효율을 극대화 하도록 하여 설계했다.

원구형 태양광 발전 장치는 해상은 물론 육상 담수호에도 설치 가능하며, 다양하게 연결하여 설치 면적을 조정할 수 있도록 했다.

이번에 특허 출원된 발전기는 태양 반사광까지 3차원으로 집광함으로써 기존의 태양광 발전기의 한계성 및 문제점을 해결하는데 효과적일 것으로 기대된다.

적은 공간에 건설 할 수 있는 원구형 소형 태양광 발전기는 부이식으로 육상의 담수호와 해상 모두 설치 할 수 있어 공간적 제한을 극복할 수 있다. 특히, 우리나라 연안은 리아스식 해안으로 조용한 수면을 유지하는 곳이 많고, 시화호 및 호소, 댐 등 유휴 수면이 많으므로 활용도가 높다. 또, 스키장의 반사광도 활용할 수 있다.

도시 주변의 휴면 공간을 사용할 경우 설치비 중 상당부분을 절감할 수 있고 또 부영양화 된 호소에 설치할 경우 표면의 빛을 차단함으로 부유생물의 대량 증식을 막아 환경개선의 효과도 기대할 것으로 예상된다.

제작 및 설치 구조가 간단하여 구조 변경을 통해 대단위 발전 시스템에서 휴대용발전기까지다양한형태로제작이 가능하므로 활용 범위가 넓다.

수역을 대상으로 조력, 풍력, 태양광 등 복합 에너지 발전 단지 조성을 위한 기반 기술을 확보할 수 있으며, 양식어장의 자가 전력 공급이나 어장의 환경 개선에 활용할 수 있다.

원구형 태양광 발전소는 기존의 태양광 발전소에 비해 경제적 절감 효과가 클 것으로 예상된다. 시제품이 만들어지지 않은 상태에서 제작비용을 정확히 추산하기는 어려우나, 현재의 태양광 발전소가 전력 1Mkw을 생산하는데 80억원이 소요되고 여기에 토지 비용과 토목건설비가 상당 부분을 차지하는 점을 감안하면, 이러한 경비는 대부분 절감이 가능하며 원구형설비의간단한구조로인해서 제작비용도 높지 않을 것으로 예상된다.

예를 들면, 무안 태양광 발전소와 비교해 볼 때 발전소 건설에 필요한 땅값이 최저 4천5백만원에서 1억4천만원(현 공시지가 기준)이 소요되므로 유휴수면에 원구형 태양광 발전소를 설치할 경우 이 비용이 전액 절감된다. 뿐만 아니라 평면형과 동일 면적에 설치 할 경우, 원구형 발전기는 평면형 보다 3배 이상 많은 태양광 전지 셀을 설치할 수 있어 산술적 추산만 해도 3배 이상의 효과를 거둘 수 있을 것으로 보인다.

이재성 박사 등이 발명한 원구형 태양광 발전기는 지난 7월 2일 특허 출원을 했으며, 오는 2010년 12월까지 다양한 형태의 태양광 발전기를 제작해 그 실용성을 검증하고 , 2011년 이후 맞춤형 육상, 해상 태양광 발전 시스템 개발을 연구할 계획이다.

공간 절약형 원구형 발전기는 친환경 대체에너지로 그 활용도가 높아 정부의 ‘녹색성장’ 정책의 신성장 동력으로 적극 활용할 수 있다.