태양 에너지는 모든 생명의 근원이며 인류의 역사는 태양 에너지와 함께했다고 해도 과언이 아니다. 식물은 태양의 빛 에너지를 흡수하여 양분을 만들고 초식동물의 먹이가 된다. 초식동물은 육식동물의 먹이가 되며 이렇게 지구상의 모든 생명체는 태양의 빛 에너지에 의존하여 생명을 유지해 왔다. 또한, 인류는 아주 오래전인 대략 기원전 7세기부터 불을 지피기 위해 태양의 열에너지를 이용했다. 이렇게 오랜 역사를 가진 태양 에너지가 그 어느 때보다도 뜨겁게 논의되고 있다. 

19세기 이후 석탄을 에너지원으로 사용하면서 

산업혁명이 발생했고 이후 석유와 천연가스의 

발견으로 지금까지도 우리는 화석연료를

주 에너지원으로 사용하고 있다.

그러나 지각에 묻힌 동식물의 유해가 오랜 시간에 걸쳐 화석화되면서 생성된 화석연료는 한정된 에너지원이며 석유와 천연가스는 약 40~60년, 석탄은 약 230년이 지나면 고갈될 것으로 예측된다. 게다가, 익히 알고 있듯이 화석연료는 환경오염 및 지구온난화의 주범으로 꼽혀왔다. 지구를 미래세대에 안전하고 건강한 환경으로 물려주기 위해서 지속가능한 에너지원으로 빠른 전환이 필요하다는 것은 명백하다.

“내일은 내일의 태양이 뜬다“ 누구나 한 번쯤 

들어보았을 영화 <바람과 함께 사라지다>의 

이 유명한 대사로 우리는 태양 에너지의 

무한함을 알 수 있다.

태양 에너지는 말 그대로 태양이 에너지원인 만큼 고갈될 염려를 하지 않아도 되는 무한한 에너지다. 한편, 태양에너지는 공평한 에너지라 할 수 있는데, 매장된 지역이 한정되어 있어 자원의 편중이 심한 화석연료와 달리 지역적 편차가 적다는 장점도 있다. 무엇보다 에너지를 활용하는 과정에서 공해가 거의 발생하지 않는 친환경 에너지다. 태양은 1년에 약 10²¹㎉의 열에너지를 방출하는데 그 중 지구가 받아들이는 양은 22억분의 1 정도다. 지구에 도달하는 태양 빛의 약 30%는 우주로 반사되고 나머지만이 육지와 바다, 대기에 흡수된다. 이렇게 낭비되는 에너지가 많음에도 지구가 태양으로부터 한 시간 동안 받는 에너지의 양은 전 인류가 일 년 동안 소비하는 에너지의 양과 비슷한 수준이다. 태양 에너지만 잘 활용한다면 인류는 적어도 에너지에 대한 걱정을 덜 수 있을 것이다. 그렇다면 현재 인류는 태양 에너지를 어떻게 활용하고 있을까? 

 

오늘날 태양 에너지를 활용하는 가장 널리 알려진 방법으로는 ‘태양광발전’과 ‘태양열발전’이 있다. 핵심은 태양의 ‘빛’을 활용하는가, 태양의 ‘열’을 활용하는가이다. 태양은 내부에서 끊임없이 핵융합 반응을 하며 높은 열에너지를 발생시키고 외부로 많은 복사파를 방출한다. 태양이 방출한 복사파는 지구에 도달하고, 지구는 태양으로부터 오는 전자기파 복사를 통해 열에너지를 얻게 된다. 이렇게 얻은 태양열 에너지(Solar thermal energy)를 활용하는 것이 태양열 발전이다. 태양열 발전의 기본 원리는 앞서 설명한 방법으로 얻은 태양열 에너지를 한 곳에 모은 뒤 높은 열을 이용해 물을 끓이고 고압의 증기로 터빈을 가동하여 전기를 생산하는 것이다. 이는 화석연료를 이용하는 발전 방식에서 열원이 태양 에너지로 바뀐 것일 뿐, 구조적으로는 거의 동일한 형태라고 볼 수 있다. 최초의 현대적인 태양열 발전의 사례는 1891년 미국에서 발명한 태양열 온수기다. 하지만 효율이 떨어져 물이 가열될 수 있는 최적의 조건에서도 물을 데우는 데 꼬박 하루가 필요했으며 밤에는 보온 수단이 없어 열을 쉽게 잃어버렸다. 현재의 태양열 발전은 열을 모으는 집열기와 낮 시간동안 모아둔 열에너지를 저장하는 축열기를 활용하는 등 효율성 측면에서 상당 부분 발전했다. 그러나 집열기와 축열기를 비롯해, 열에너지를 운동 에너지로 바꾸는 열 교환기, 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 터빈 등 필요한 설비의 규모가 크다. 그렇기 때문에 여전히 산업용으로 활용하는 것이 쉽지 않아 현재는 대부분 가정에서 온수, 난방, 냉방용으로 사용되고 있다.

 

 

태양광 발전은 태양열 발전과 달리 태양 전지(Solar cell)를 이용해 태양의 빛 에너지를 직접 전기에너지로 전환하여 사용하는 방법이다. 이는 1839년 프랑스 물리학자 베크렐에 의해 처음 발견된 광기전 효과(photovoltaic effect)를 활용한다. 광기전 효과는 일정 진동수 이상의 빛을 금속 등의 물질에 비추면 전압이나 전류를 만들어내는 광전 효과(Photoelectric Effect)의 일종이다. 광전 효과의 결과로 생긴 전자(electron)와 양공(hole)이 각각 N형 반도체와 P형 반도체로 물질 내부에서 이동하여 전위차가 생기고 이로 인해 전류가 생겨난다. 태양 전지를 이용해 태양 빛을 직접 전기 에너지로 바꾸고 이렇게 얻은 전기는 인버터를 이용해 직류에서 교류로 전환, 변압기를 이용해 상용전압으로 변환해주면 바로 사용할 수 있다. 최초의 태양 전지는 1884년 미국인 과학자 찰스 프릿츠가 개발했다. 프릿츠는 얇은 금박을 입힌 반도체 셀레늄을 사용하여 단 1%의 효율로 빛을 전기로 변환하였으나 이는 효율이 매우 낮아 상업적 가치가 없었다. 그 후 1954년 미국 벨 연구소의 제럴드 피어슨, 대릴 채핀, 캘빈 풀러가 에너지 효율 4%의 태양 전지를 개발했고 이후 효율을 11%까지 끌어올리는 데 성공하며 본격적으로 상업화가 시작됐다.

 

 

태양광 발전은 태양 전지를 통해 태양 에너지를 직접 전기로 변환한다는 장점 덕분에 별도의 발전기가 필요하지 않으며 공해를 발생시키지 않고 부지에 대한 제약도 적다. 또한 태양 전지의 수명은 20년 정도로 긴 편이며 운영과 유지, 관리 비용도 저렴하다. 간혹 태양 전지에 쌓이는 먼지 때문에 유지 비용이 크지 않을까 오해하지만 태양 전지는 물로만 씻어 내는 것이 가장 좋은 방법이다. 가끔 내리는 빗물만으로도 충분한 세척이 가능하며 별도로 청소할 필요가 없다. 

태양광 발전은 전 세계에서 주목하고 있는 신재생에너지다. 지난해 국제에너지기구(IEA)에서 발표한 <에너지효율2020> 보고서에 따르면, 태양광을 미래의 주요 에너지원으로 보고 있으며 우리나라도 태양광 발전에 대한 기대가 높다. 에너지경제연구원과 한국에너지기술연구원의 연구에서는 우리나라가 1년 동안 사용하는 전력량(576TWh, 2017년도 기준)의 75.4%를 태양광 발전으로만 생산할 수 있다고 발표한 바 있다. 정부 또한 ‘재생에너지 3020 이행 계획(2030년까지 재생에너지 발전량 비중 20% 목표)’에 따라 도시형 자가용 태양광 확대, 농촌지역 태양광 활성화 등을 통해 에너지 체계 전환을 꾀하고 있다. 

 

 

한양이 참여한 전남 해남군의 기업도시 

솔라시도의 태양광발전소는 48만 평 부지의 

국내 최대 규모의 태양광 발전 시설 단지다. 

총 25만 1,916대의 태양광 모듈을 통해 129GWh(기가와트시)의 전력을 만들어 낸다. 이는 2만 7,000가구가 1년 동안(가구당 월 400kWh 이용 기준) 사용할 수 있는 양이다. 전라남도 해남은 전국에서 손에 꼽을 정도로 일사량이 풍부한 지역이고 특히 발전소가 건설된 구성지구는 넓은 토지를 갖춘 태양광 발전에 매우 적합한 지역이다. 이런 천혜의 조건을 갖춘 입지에 위치한 솔라시도 태양광 발전소는 98MW(메가와트)의 국내 단일 규모 최대 태양광 발전(PV, Photovoltaics) 설비용량과 306MWh의 세계 최대 에너지저장장치(ESS) 용량을 갖추었다. 솔라시도 태양광 발전소는 친환경 정원도시로 개발 중인 ‘솔라시도’ 내에 건설되어 도시의 컨셉을 헤치지 않도록 발전소의 약 25%를 녹지와 공원으로 조성했다. 태양광 발전소의 중심에는 지름 약 300m 규모의 원형광장 ‘태양의 정원(Sun Garden)’이 조성되어 있고 주변 경관을 조망할 수 있는 약 5m 높이의 전망 언덕도 갖춰져 있다. 해바라기와 라일락, 야생초 등을 주변에 식재하여 관광명소로의 활용 가능성도 고려했다. 

 

 

또한, 솔라시도 태양광 발전소는 지역상생을 위해 국내 최초 주민참여형으로 진행됐다. 태양광 발전 시설 구조물의 하단 유휴공간을 활용할 수 있도록 하여 영농 복합형 태양광 시설로 구축했다. 영농형 태양광 발전은 외국에서 이미 활성화되고 있는 농법으로, 작물이 자라는 데 필요한 에너지를 제외한 나머지를 태양광 발전에 활용하는 원리다. 작물의 수확량은 다소 감소할 수 있지만 작물 재배를 통한 수익에 태양광 발전 수입이 더해져 최종적으로 농가의 수익을 증대하는 구조다. 한양은 2020년 6월 솔라시도 태양광 발전소를 준공하며 육상 태양광 발전소 조성을 성공적으로 마친 것과 더불어 수상 태양광 사업에서도 좋은 결과를 얻고 있다. 이어서 지난해 8월 73MW급 새만금 햇빛나눔사업 수주를 시작으로 올해 2월 98MW급 해창만 수상태양광 사업의 우선협상대상자로 선정되었으며, 연이어 63MW급 전남 고흥만 수상태양광 EPC 사업 입찰에도 성공했다. 이에 신재생에너지 사업 분야에서도 선도기업으로서의 역할을 톡톡히 하고 있다.