인류를 위협하고 있는 기후 위기는 온실효과와 맞닿아 있다. 온실효과란, 지구의 대기가 태양 에너지를 가둬 빠져나가지 못하게 하는 현상을 의미한다. 온실효과가 심해진다는 것은 더 많은 태양 에너지가 지구에 갇혀 있다는 것을 의미하며, 이는 곧 지구의 기온 상승과 연결된다. 온실효과는 본래 지구의 자연 현상 중 하나로 여겨졌지만, 산업혁명을 기점으로 지구의 기온이 비정상적으로 빠르게 상승하자 인류는 이를 지구온난화(Global Warming)라 규정하고 경계하기 시작했다.

온실효과를 유발하는 온실가스는 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄)을 비롯한 총 6가지 기체로 이루어져 있으며 그 중 이산화탄소가 온실효과의 주범으로 꼽히고 있다. 온실가스를 발생시키는 가장 큰 원인은 석탄, 석유와 같은 화석연료인데, 지난 50여 년간 화석연료를 통해 배출된 이산화탄소의 양은 전 세계적으로 2조 2천억 톤에 달한다. 이에 기후 위기를 해결하기 위해 화석연료를 대체할 에너지를 개발하고 상용화하는 일이 중요한 과제로 떠올랐다.

이에 에너지 시장에도 큰 지각변동이 일어났다. 태양광·풍력·수소·지열·수력·해양에너지 등의 이른바 ‘대체 에너지’가 에너지 시장의 주류 자리를 차지했다. 여러 대체 에너지 사업 중에서도 최근 괄목할 만한 성장세를 보인 쪽은 단연 태양광 시장이다. 환경친화적인 재생에너지에 대한 수요와 이를 실현할 수 있는 기술이 적절한 시기에 만났기 때문으로 분석된다. 통계에 따르면 전 세계 태양광 시장의 에너지 발전량은 지난 10여 년간 10배 이상 증가했다.

태양광 에너지의 가능성은?

태양광 에너지란 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 기술을 통해 얻어진 에너지를 일컫는다. 이는 전기적 성질이 다른 N(Negative)형의 반도체와 P(Positive)형의 반도체를 접합한 모듈에 빛을 쬐었을 때 생산되는 광기 전력을 바탕으로 하고 있다. 별도의 발전기가 필요치 않으며, 때문에 탄소의 직접 배출 수치 역시 ‘0’이다. 이러한 장점을 바탕으로 현재 국내 태양광 발전 사업은 순조로운 성장세를 보이고 있다. 실제로 지난해 11월 기준 국내에 신규 설치된 태양광 발전소의 수는 무려 21,819개를 기록하기도 했다.

 

솔라시도 태양광 발전소

2020년에 신규 건설된 2만여 개의 발전소 중에서도 전남 해남군에 위치한 솔라시도 태양광 발전소는 압도적인 규모로 많은 이들의 이목을 끌었다. 솔라시도 태양광 발전소는 총 25만 1,916대의 태양광 모듈이 설치된 48만 평의 넓은 부지에서 1년에 약 129GWH의 전력을 생산할 것으로 예측된다. 이는 2만 7천여 가구가 1년 동안 이용할 수 있는 양의 전력으로, 태양광 에너지가 대체 에너지로서 큰 가능성을 지니고 있음을 시사한다.

솔라시도 태양광 발전소를 필두로 태양광 에너지뿐만 아니라 발전 시설에 대한 관심도 자연히 증가했다. 별도의 발전기 없이도 많은 양의 에너지를 생산할 수 있다는 점에 많은 기대가 모이는 한편, 생소한 시설에 대한 궁금증 역시 한 쪽에 자리하고 있다. 태양광 에너지와 발전 시설을 둘러싼 여러 궁금증에 대한 사실을 짚어본다.

미래의 에너지,

태양광 바로 알기

태양광 에너지, 날씨에 따라 발전 효율 차이가 있을까?

일부는 날씨에 영향을 받는 태양광 발전의 특성상 발전량을 일정하게 유지할 수 없다는 점을 가장 우려한다. 실제로 태양광은 일조량이 많은 지역에서 발전 효율이 높다. 하지만 그렇다고 해서 흐린 날에 태양광 발전이 아예 불가능한 것은 아니다. 비가 오거나 흐린 날의 발전 효율은 맑은 날의 40~60% 정도로 알려져 있다. 효율은 다소 떨어지지만 흐린 날에도 빛이 있다면 충분히 발전 가능하다. 뿐만 아니라 에너지 저장 기술(ESS·Energy Storage System)을 이용하면 맑은 날 생산한 에너지를 저장해둘 수 있어 발전량이 부족한 날에도 필요한 전력량을 충족시킬 수 있다.

2019년 4월에 발표된 ‘재생에너지산업 경쟁력 강화 방안’에 따르면, 국내의 모든 태양광 모듈은 KS 인증이 필수이며, KS 인증은 크롬, 카드뮴 등의 유해 중금속이 포함되어 있지 않을 경우에 취득할 수 있다. 

태양광 모듈을 이루는 셀(Cell)은 실리콘(Si)이 주 원료이며, 전류 및 절연을 위한 구리(Cu)와 은(Ag)이 함유되어 있다. 셀과 전선을 연결하기 위해 소량의 납이 사용되고 있는데, 국내에서 사용하고 있는 태양광 모듈의 납 함량은 0.009% ~ 0.02%로 환경기준(0.1%, 전자제품등자원순환법) 대비 매우 낮은 수준이다.

태양광 모듈의 발전 가능 기간은 어느 정도일까?

태양광 모듈의 수명은 평균 15~25년이다. 수명이 지난 모듈은 새 모듈과 비교했을 때 최대 80%의 효율을 내고 있으며, 수명이 다했다고 해서 발전이 불가능한 것은 아니기 때문에 다시 사용할 수 있다. 일본의 재사용 패널로만 구축된 발전소가 대표적이다.

태양광 모듈은 유리, 알루미늄, 실리콘, 구리 등으로 제작되기 때문에 최대 90%까지 재활용할 수 있으며, 우리나라보다 태양광 발전 사업을 일찍 시작한 유럽에서는 이미 체계적인 태양광 모듈 재활용 시스템이 자리 잡고 있다. 국내 역시 태양광 발전 사업의 규모가 확대됨에 따라, 폐모듈을 재활용하는 기술 개발이 더욱 활발하게 진행될 것으로 보인다.

우리나라는 태양광 발전 사업을 위해 어떤 노력을 하고 있을까?

우리나라는 국토의 면적이 좁아 태양광 발전 사업을 적극적으로 추진하기에 불리한 조건이다. 하지만 이를 극복하기 위한 다양한 노력을 기울이고 있다.

먼저 고효율의 모듈 개발을 위한 연구 개발을 진행한다. 태양광 모듈의 평균 효율은 지난 2009년 대비 2017년도에 28%가량 상승했다. 해당 수치는 같은 조건에서 전력을 28% 더 만들어낼 수 있다는 의미다. 때문에 더욱 높은 효율의 모듈을 통해 다소 아쉬운 지리적 요건을 극복하는 것이 국내 태양광 시장의 공통된 목표라고 할 수 있겠다. 목표를 달성하기 위한 연구 개발은 활발하게 진행되고 있으며, 현재 국내 모듈 시장에는 약 20% 전후의 높은 전환율을 기록하는 모듈이 등장하기 시작했다.

유휴 부지가 여의치 않다면 수면 위에 발전 시설을 설치하여 전력을 얻는 수상태양광을 이용하는 것도 한 방법이다. 수상태양광 발전 시설은 주로 수면이 잔잔한 간척지나 호수 등에 설치되며 농경지나 산림훼손 없이 넓은 공간에 발전 시설을 설치할 수 있어 우리나라의 지리적 단점을 보완할 수 있다. 뿐만 아니라 육지보다 온도가 비교적 낮은 수면의 특성으로 인해 육상 태양광보다 약 10%가량 높은 발전량을 기대할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인해 수상태양광 발전 사업은 국내에서 빠르게 성장하고 있으며 한양은 지난해 8월 73MW급 새만금 햇빛나눔사업 수주를 시작으로 올해 2월 98MW급 해창만 수상태양광 사업의 우선협상대상자로 선정되었고 연이어 63MW급 전남 고흥만 수상태양광 EPC 사업 입찰에 성공했다.

기후 위기 시대,

가능성의 열쇠를 쥔 태양광 에너지

솔라시도 태양광 발전소

최근 몇 년 사이 지구 곳곳에서는 이상 기후 현상 발생 빈도가 크게 증가했다. 전 세계에서 가장 춥다는 시베리아 북극권의 베르호얀스크는 지난해 여름 관측 시작 이래 최고 기온인 38℃를 기록했으며, 같은 해 겨울에는 북부 히말라야산맥의 빙하가 크게 붕괴되면서 약 200여 명의 사상자를 발생시켰다. 우리나라 역시 지난해 1월 기상 역사상 가장 따뜻한 겨울 기온을 기록했고, 같은 해 여름에는 무려 54일에 걸친 긴 장마가 이어졌다. 환경 전문가들은 세계 곳곳에서 일어난 이상 현상을 두고서 인간이 일으킨 기후 변화가 초래한 결과라고 입을 모았다. 바야흐로 기후 위기 시대가 도래했다는 것을 체감할 수 있는 대목이다.

성큼 다가온 기후 위기 앞에서 탄소 직접 배출 수치가 ‘0’인 태양광 에너지에 모이는 기대가 모이는 것은 당연하다. 2050년까지 탄소의 순 배출량을 ‘0’으로 만들겠다는 ‘탄소 중립’을 일찌감치 선언한 유럽의 다수 국가는 목표를 달성하기 위해 태양광 에너지에 대한 국가 차원의 노력을 아끼지 않고 있다. 그 결과 독일은 지난 2019년 이미 태양광 발전으로 총 전력 생산량의 19%를 달성하며 태양광 에너지를 최대 발전원으로 기록한 바 있다.

국내 태양광 에너지 시장 역시 이를 따라잡기 위해 부단히 노력하고 있다. 압도적인 규모의 솔라시도 태양광 발전소를 필두로 모습을 드러내고 있는 전국 각지의 태양광 발전 시설들이 이를 방증한다. 화석연료와 달리 태양광은 무한한 자원이다. 여기에 발전 시설을 갖추어 두기만 하면 유지 및 보수에 큰 비용이 들지 않으며, 시설의 수명 역시 긴 편이라는 강점이 있다. 이는 대체 에너지 시장에서 태양광 에너지가 가능성의 열쇠를 쥐고 있는 이유이기도 하다. 빠른 속도로 입지를 넓혀가고 있는 태양광 에너지가 가까운 미래 화석 연료를 완전히 대체할 수 있는 에너지로 성장할 수 있을지에 많은 이들의 기대가 모이고 있다.