한국전기연구원(KERI) 전기변환소재연구센터 차승일 박사팀이 도시에서의 전기 자급자족을 실현할 수 있는 신개념 태양광 모듈 기술을 개발해 눈길을 끈다.
태양광 발전은 무한한 자원인 햇빛을 이용해 대표적인 친환경 에너지로 손꼽힌다. 다만 우리나라 지역에서 생산한 태양광 전기를 수도권 등 수요가 많은 지역으로 보내는 신재생에너지 전용 송전망은 상대적으로 부족해 에너지 공유성과 활용성 측면에서는 한계가 있다는 지적도 있다.
이에 도시 내부에서 태양광 발전으로 전기를 생산 및 활용하려는 시도도 펼쳐진다. 문제는 도시 내 각종 건물이나 나무 등으로 인해 태양광 모듈 일부에 그늘이 지면서 부분 음영이 생기는 현상이 반복되면 발전 효율이 떨어질 뿐만 아니라 전류가 내부적으로 막혀 '핫스팟'으로 불리는 발화점의 원인이 된다는 점이다.
이에 연구팀은 지난 40년 이상 이어온 태양광 모듈의 소재부터 구조까지 모든 것을 바꿔 도시 환경에 최적화된 신개념 태양광 모듈을 개발했다.
기존 태양광 모듈은 태양전지를 보호하기 위해 비싼 강화유리와 플라스틱으로 감싸는 적층 구조 형태였다. 연구팀은 유리 없이 실리콘으로 태양전지를 하나하나 밀봉한 뒤 이들을 서로 연결해 유연한 구조물로 만들었다. 모듈을 전기적으로 연결하는 방법도 기존 직렬 연결이 아닌 설치 환경에 따라 직렬과 병렬이 혼합된 하이브리드 구조를 적용했다.
이러한 신개념 태양광 모듈의 가장 큰 장점은 안정적인 출력을 유지해 안전성이 높고 구조가 유연하다는 점이다. 기존 가연성의 플라스틱을 난연 소재로 대체해 전기 절연성과 내구성이 높을뿐 아니라 직·병렬 혼합 구조로 태양광 모듈 일부에 그늘이 지더라도 높은 출력을 유지해주고 핫스팟 생성도 막아준다.
유연함은 종이처럼 접을 수 있는 수준으로 도심 건물은 물론 벤치나 차광막 등 다양한 곳에 부착해 태양광 발전을 할 수 있다. 디자인적으로도 거리 보도블록이나 욕실의 타일 구조와 유사한 테셀레이션(모자이크) 구조를 적용해 도시 환경에서의 활용성과 적용성도 높였다.
효율성을 위해 '해바라기형' 신기술도 도입했다. 태양전지에 형상기억합금을 부착해 모듈이 태양 위치에 따라 스스로 모양을 최적으로 바꾸면서 전기를 생산한다. 기존 평평한 태양광 모듈 대비 하루 전력 생산량을 60% 이상 높일 수 있다는 설명이다.
차승일 박사는 “우리의 기술로 도심 곳곳에서도 무한한 친환경 자원인 태양 에너지를 통해 직접 전기를 자급자족하는 일상이 펼쳐질 것”이라며 “국가적 이슈인 탄소중립 실현과 에너지 안보 강화에 크게 기여할 성과가 되길 바란다”고 전했다.
이번 연구 결과는 우수성을 인정받아 영국 왕립화학회(RSC)가 발간하는 에너지 분야 과학저널 '지속가능 에너지와 연료(Sustainable Energy & Fuels)' 표지논문을 비롯한 총 5개 논문에 게재됐다.
창원=노동균기자 defrost@etnews.com