[Q&A로 살펴본 태양광 발전 현주소 上]세계 최초의 태양전지는?

SK디앤디 태양광 및 풍력 사업장 모습: 좌측상단부터 시계방향으로 영암 F1 경주장 태양광, 가시리 풍력, 당진에코파워 태양광, 울진현종산풍력(사진=SK디앤디 제공)

가뭄과 산불, 폭우, 폭염, 한파 등 지구온난화에 따른 이상기후와 사회 문제가 세계적으로 커지고 있다. 지구온난화 주원인으로 손꼽히는 화석연료 사용을 줄이려는 전 세계적 노력에도 불구하고, 화석연료를 대체할 만한 신재생에너지의 비중은 여전히 낮다. 특히 친환경 에너지의 대표 주자인 '태양광 발전'을 두고 각계각층 전문가들의 설왕설래가 이어진다. 이와 관련해 업계 전문가 취재를 통해 태양광 발전 관련 이슈를 Q&A 형식으로 알아본다.

Q.태양광 효용성 있을까.

A.연간 지구의 일사량을 전력으로 환산하면 약 2만3000 테라와트이어(TWy / 1TWy = 8766 TW)다. 60억 인류가 사용하는 연간 에너지 사용량은 20테라와트이어(TWy) 수준이다. 오는 2025년 인류가 필요한 에너지량은 약 28TWy로 예상된다. 현재 인류는 태양광 일사량의 0.1%도 사용하지 못하고 있다. 효율과 운영 문제를 차치하고, 태양광이 차세대 에너지원으로 급부상하는 이유다.

Q.최초로 개발된 태양전지는?

A.아인슈타인이 1905년에 '광전효과', '브라운 운동', 및 '상대성이론'의 설명을 논문에서 발표하고 1921년 '광전효과'를 설명했다. 태양광을 활용해 전기를 만드는 방법은 1839년 프랑스 물리학자 에드먼드 베크렐이 발견했다. 당시 19세였던 그는 아버지 연구실에서 광기전력 효과를 처음으로 관찰하고 이를 응용한 세계 최초의 태양전지를 만들었다.

이후 1873년 영국 공학자 윌로비 스미스가, 그리고 1883년에는 미국의 발명가 찰스 프리츠가 태양전지를 만들었다. 1918년에는 폴란드 과학자 얀 코흐랄스키가 단결정 실리콘(single crystal silicon)을 만드는 법을 개발했다. 이를 토대로 1953년 미국 벨연구소에서 실리콘을 소재로 한 태양전지를 만들었다.

실리콘 소재 태양전지를 만들면서부터 발전 효율을 높이기 위한 노력이 계속됐다. 미국 벨연구소에서 에너지 효율 4%를 11%까지 끌어올리면서 태양전지 상용화가 가속화됐다. 현재는 약 27% 수준까지 효율이 높아진 상태다.

태양전지의 상업적 이용은 우주 개발에서부터 비롯됐다. 1958년 발사된 미국 뱅가드 1호 위성 이래로 지금까지 거의 모든 인공위성에 태양전지가 탑재됐다. 현재 우주 항공에 사용하는 태양전지 효율은 47% 수준으로 높아졌다. 하지만 발전 효율이 높아질수록 가격이 비싸진다. 때문에 초고효율 태양전지는 우주 항공에서만 쓰이고 있다.

KCC가 충청남도 서산시 대산읍 대죽공장에 구축한 지붕형 태양광 발전소

Q.태양광 발전 시장 상황은.

A.화석연료 공급이 불안정해지면서 세계 각국의 신재생에너지 확대 기조가 이어지고 있다. 지난 2021년부터 가스와 석탄 가격이 급상승하면서 세계 전력 구매단가도 크게 상승했다. 탄소중립 움직임과 러시아·우크라이나 전쟁으로 재생에너지 수요가 확대되면서 글로벌 태양광 시장을 꾸준히 성장세를 유지하고 있다.

다만 기존 태양광 패널 발전 시스템은 몇 가지 단점이 있다. 기존 화석 연료 기반 발전시스템 대비 필요한 부지가 최대 3배 수준 필요하다는 점과 국내에서 일평균 4시간 정도 발전이 가능하다는 점이 그 것이다. 최근 부상한 건물일체형(BIPV, Building Integrated PV) 모듈도 발전 효율이 낮은 편이라는 게 업계 평가다.

임중권기자 lim9181@etnews.com