탄소중립...신재생에너지 인기 급등
태양광 발전과 태양열 발전의 차이점 및 장단점

[문화뉴스 최연정 기자] 최근 지구온난화 주범인 이산화탄소의 배출을 조절하기 위해 많은 나라들이 탄소중립 정책을 펼치고 있다.

가장 많은 온실가스를 내뿜는 석탄을 대신할 에너지 자원을 늘리기 위해 '대체 에너지 사용 방안'을 고안하고 있는 것이다. 세계적인 기업들이 하고 있는 'RE100'캠페인도 제품 생산에 쓰는 전력을 100% 재생 에너지로 활용하자는 것이다. 이처럼 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.  

신재생으로 꼽히는 에너지 종류로는 태양광, 태양열, 풍력, 수소 폐기물, 지열, 수열, 수력 등이 있다.

이 중 태양광과 태양열을 많은 사람들이 구분하지 않고 태양을 이용한 신재생 에너지라고 여긴다. 그러나, 태양광과 태양열은 둘 다 태양 에너지를 이용하지만 성격이 완전 다르다. 근본적으로 태양광은 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이고, 태양열은 빛에너지를 열에너지로 바꾼다.   

태양광

사진=픽사베이 제공
사진=픽사베이 제공

단순하게 생각하면 태양광(光) 발전은 햇빛 이용해 전기에너지로 변환하는 발전이다. 햇빛을 받으면 태양광 패널의 양전지가 빛을 흡수하고, 그 빛을 내포한 에너지가 반도체 안에서 정공(+)와 전자(-)를 발생시키는 광전효과에 의해 전기를 발생시키는 발전 방식이다. 즉, 태양광 발전 시스템은 '태양광 발전 모듈'을 이용해 빛을 직접 전기로 바꿀 수 있기 때문에 따로 발전기가 필요하지 않다. 

1839년 프랑스 물리학자 에드몽 베크렐이 빛이 전기로 바뀌는 광기전 효과를 관찰한 뒤 최초로 태양전지를 만들었다. 1950년대에 미국의 벨 연구소는 효율 10%가 넘는 태양전지 개발에 성공해 상용화에 이른다.

태양광 발전은 모터와 같은 기계를 사용하지 않기 때문에 발생하는 소음 공해나 진동이 없고 태양전지의 수명도 길어 유지 보수가 쉽다. 또 다른 발전에 비해서 부지 제약이 적은 장점이 있어 신재생 에너지 발전 중 일반인들이 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법이다. 정부에서는 친환경 에너지 정책을 수립하면서 일반 가정에게도 보조금을 주며 태양광 발전 시설 설치를 권장한다. 

그러나 태양광 발전의 에너지 전환 효율은 현재 많이 발전해서 20%이다. 태양광 패널에 도달하는 태양에너지의 20% 정도만 전기 에너지로 바꿀 수 있다는 말이다. 빛에너지를 이용하기 때문에 일조량에 크게 영향을 받아 구름이 많거나 비가 내려 일조량이 적을 때는 발전하지 못한다. 또, 초기 투자비 및 발전 단가가 높다는 단점도 존재한다. 

태양열 

사진=한국에너지공단 제공
사진=한국에너지공단 제공

태양열 발전은 태양으로부터 오는 복사 광선을 집열판으로 흡수해 열에너지를 모은 후 이 열을 이용하여 전기에너지를 만드는 방식이다. 즉, 태양에너지에서 나오는 열로 물을 끓여 나온 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 태양빛을 열에너지에로 바꾸고, 열에너지를 다시 기계에너지로 바꾸고, 기계에너지를 다시 전기 에너지로 바꾸는 것이다. 

핵심은 '집열'과 '축열'이라는 공정이다. '집열'은 태양으로부터 오는 에너지를 모아 열로 전환하는 기술이고, '축열'은 열을 저장하는 것이다. 집열하는 시간은 주로 낮이고 이를 사용하는 시점은 주로 저녁이기 때문에 시차가 존재한다. 그러므로 열을 탱크 형태로 저장해 두었다 필요할 때 쓰는 것이다.  

태양열에너지는 발전 공정을 통해 대부분 건물의 냉난방 및 급탕, 온수 등에 활용이 된다. 우리나라에서는 크게 보편화 되어 있지 않지만, 유럽, 미국 각지에서는 태양열 냉방 장치도 사용되고 있다. 

그러나 태양열 발전은 대량의 물을 데워 전기 에너지를 발생 시킬 만큼 증기를 만들어야 해 소형화가 어렵다. 때문에 발전시설을 설치하는 장소와 크기에 제약을 가진다. 또, 열에너지에서 전기에너지로 변환하는 과정이 복잡해 에너지 효율이 낮다.

이로 인해 우리나라에서는 태양열보다 태양광의 인기가 더 높다. 

최근에는 태양광과 태양열 발전을 합친 '하이브리드' 형태도 등장했다. 기존 태양광 모듈에 공기 혹은 액체 집열 모듈을 복합 구성한 것으로 태양광을 통해 기본적으로 전기를 생산하면서 열원을 이용해 건물 난방 에너지와 온수를 생산하는 열병합 발전 시스템이다.
 

주요기사

 
저작권자 © 문화뉴스 무단전재 및 재배포 금지