태양광발전소

태양광발전소는 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 발전소를 말한다.

개요

태양광발전소는 태양전지를 이용하여 태양광에너지를 모으고 전기를 생산하는 시스템을 갖춘 발전소이다. 무공해이며 무제한적인 태양광을 에너지원으로 사용하고 유지 및 보수가 간편하다는 특징이 있다. 전력망에 전력을 공급하기 위해 설계된 대규모 광전지 시스템을 갖추어 솔라파크(Solar park)로도 불리며, 개인 사용자 또는 산업용 수준의 전력을 공급한다. 태양광발전은 빛을 직접 전기로 변환하는 광전지 모듈이 존재하기 때문에, 대부분의 태양열발전과는 구별된다. 일부 국가에서는 용량 단위를 태양열 직류전력량(DC)을 나타내는 메가와트피크(MWp)를 사용하지만, 캐나다, 일본, 스페인 및 미국의 일부 지역에서는 다른 형태의 발전 용량과 비교 가능한 척도인 교류형 메가와트(MWAC) 단위를 사용한다. 또한 종종 메가볼트암페어(MVA) 단위를 사용하기도 한다. 태양광발전소의 대부분은 1MWp급 이상의 규모로 개발된다.

장단점

단점

낮은 효율성과 부지

태양광발전소의 문제점 중 하나는 낮은 효율성과 상당히 많은 부지를 요구하는 점이다. 태양광발전의 발전효율은 약 8~15%, 통상 12%에 이른다. 수력 발전이 80~90%, 화력 발전이 45~50%, 원자력 발전이 30~40%의 발전 효율을 보인다는 것을 고려했을 때, 이는 매우 낮은 수치에 해당한다. 즉 동등한 에너지를 발전기에 투자할 때, 태양광발전을 통해 생산할 수 있는 전력량은 미미한 수준임을 의미한다. 그리고 태양광발전은 1의 발전 설비를 구축하기 위해 13.2에서 44의 부지를 필요로 하는데, 원자력 발전이 1의 발전 설비 구축에 0.6의 부지를 필요로 하는 것에 비해 매우 비효율적임을 알 수 있다. 대한민국은 인구밀도가 높고 산지가 많아 1차적으로 부지를 확보하는 것이 어렵기 때문에 태양광발전의 비율을 높이는데 걸림돌이 되고 있다. 그리고 발전 단가가 상당히 높다. 모든 문제점을 해결하고 태양광의 발전 비율을 늘리는 것에 성공한다고 하더라도, 지금과 같은 발전단가로는 전기세를 감당하는 것이 불가능하다. 역대급 무더위로 인해 누진세에 대한 개편이 요구되는 지금, 효율도 떨어지면서 비싼 발전 단가는 현실성을 크게 떨어트리는 요소다. 넷째, 태양광은 외부 환경에 의한 효율성 저하 문제를 안고 있다. 단순히 모듈의 효율을 높이는 것은 기술 개발을 통해 개선할 수 있으나, 태양광은 환경에 의해 설치 이후 효율의 손실이 발생한다.

환경 문제

태양광발전은 효율성이 낮기 때문에 사업성의 확보를 위해 최대한의 부지를 확보하려 하지만, 국내의 지형 특성상 산지가 많기 때문에 이러한 조건을 만족하는 부지를 확보하기 어렵다. 그러나 지금 진행되고 있는 정책은 지형에 대한 고려 없이 보급률 확대를 위해 무조건적인 참여를 유도하는 것이 실정이고, 이는 멀쩡히 있는 산을 태양광발전소로 만들어 버리는 결과를 야기했다. 그리고 2018년 7월 4일, 경북 청도군 매전면의 한 태양광발전소에서 산사태가 발생했다. 태양광 패널 설치를 위해 나무를 베어 기반이 약해진 상태에서 태풍 쁘라삐룬이 상륙하여 발생한 산사태로, 인명 피해는 없었으나 흙더미가 도로를 덮쳐 위험천만한 상황을 연출했다. 청도 뿐 아니라 철원 태양광발전소에서도 이틀간 내린 비로 인해 축대가 무너지는 사고가 발생했다. 이는 태양광발전소 설치 계획과 재생에너지 정책을 다시 한 번 고려하게 만드는 사고였다. 임야에 태양광발전소를 설치하기 위해서는 나무를 베고 산을 깎아야 한다. 산에 있는 나무는 흙을 잡아주고 물을 흡수하는 역할을 하여 장마, 태풍 등으로 인한 집중호우로부터 산사태를 막아주는 역할을 한다. 이런 역할을 하는 나무들을 베고 산을 깎은 결과는 누구 나 쉽게 예상할 수 있는 산사태이다. 현재 정책 상 태양광 발전은 허가도 잘 나오는 편이고 허가 이후에는 별 다른 규제가 이뤄지지 않기 때문에 엄청난 산림 훼손이 일어나고 있다.

태양광을 설치하려는 소비자가 늘어나면서 태양전지의 효율 문제와 더불어 중요시 되는 것이 수명 문제이다. 현재 태양광 패널의 평균 수명은 약 15년 정도로 보고 있다. 여기서 태양광 패널의 수명이라 함은 최종적으로 발전성능이 제대로 나오는지 나오지 않는 지로 결정된다. 앞서 태양전지가 25℃ 이상일 때 1℃상승 시마다 발전 효율이 떨어진다고 언급하였다. 이러한 태양전지 셀의 온도 상승은 셀의 한계작동온도를 지속적으로 초과 상태로 만들고, 이는 장기적으로 태양 전지 모듈의 신뢰성을 저하시킨다. 태양에너지는 무한한 에너지원일지라도 태양광 패널은 온도 과열로 인해 발전 성능이 최저점으로 떨어지기 때문에 짧은 수명을 가지게 된다. 통상적으로 원자력 발전소의 수명이 60년 정도라면 태양광 발전소의 수명은 20년 정도이다. 단순히 수명이 짧다는 것에서도 사실 대체에너지로써 적합하지 않지만, 수명이 다해 버려진 패널에서 심각한 중금속의 누출, 환경 문제를 일으키고 있다는 것이 더 큰 문제이다. 버려진 태양광 패널이 문제를 일으키는 것은 결정질 실리콘이라는 핵심 물질 때문이다. 결정질 태양전지는 전체 태양전지의 90%를 차지할 만큼 대중적으로 많이사용된다. 이를 만드는 과정에서 사염화규소로 명명되는 부산물이 생성되는데, 이 물질은 사람의 피부와 시력에 악영향을 주며, 폐부종으로 인하여 호흡이 곤란해지는 증상까지 동반할 수 있다. 또한 심할 경우 동식물 모두 죽음까지 이르게 할 수 있는 물질이다. 또한 버려진 태양광 패널에서 납과 카드뮴, 인듐, 구리, 육불화에탄 등 다양한 중금속이 검출된다. 중금속으로 인한 오염이 발생할 경우 일차적으로 대기, 수질, 토양 오염을 야기할 뿐만 아니라, 이러한 환경 속에서 자란 농수산물로 인해 생명에 치명적인 영향을 준다.

해결 방안

태양광에너지는 아직까지 현실화하기에 큰 걸림돌이 많다. 억지로 신재생에너지를 활성화하겠다고 산을 깎는 행위는 지속가능을 표방하는 신재생에너지와는 어긋나고, 효율성 문제와 폐패널의 문제를 해결하지 못한다면 대체에너지로써도, 환경 친화 에너지로써도 의미를 가지기 어렵다. 물론 태양광에너지의 순수한 가치에는 변함이 없다. 화석연료와는 달리 무한한 에너지원이라는 점, 환경오염을 일으키지 않는다는 점은 매력적인 카드이다. 제한적이지만 기술이 발전함에 따라 여러 단점들이 해결의 키워드를 찾고 있다는 점도 긍정적이다. 특히 수명 부분은 상당부분 개선의 여지가 있다. 수명에 큰 영향을 주는 태양전지의 온도 상승에 따른 발전효율 저하를 막기 위한 방안으로 크게 세 가지의 방법이 있다. 첫 번째는 냉각장치를 설치하여 열을 주변 환경으로 효율적으로 방출하는 것을 돕는 것이다. 냉각장치의 종류 또한 여러 가지지만, 기존 모듈에 지하수를 통해 냉각수를 분사하는 방식을 가장 많이 사용한다. 최근에는 지하수의 사용량을 최소화하기 위한 냉각 장치가 꾸준히 개발되고 있는 상황이다. 두 번째는 태양전지 소재나 구조에 변화를 주어 높은 온도에서도 출력을 유지할 수 있도록 하는 것이다. 태양전지의 종류에 따라 다양한 연구가 시도되고 있지만 그 중에서도 최근 가장 주목받는 것은 한화큐셀코리아㈜에서 개발한 '큐피크 듀오'이다. 큐피크 듀오는 퀀텀듀어 기술이 적용된 태양광 모듈 제품으로, 셀 뒷면에 반사막을 넣어 태양전지를 높이는 복합기술에 첨단 레이저로 태양광 셀을 반으로 잘라 높은 온도에서도 저항 손실을 최소화하고 출력을 높인 것이 특징이다. 이외에도 각 소재의 열화 원인을 줄이는 소재나 열에 강한 구조를 개발하여 수명을 연장하는 기술이 꾸준히 개발되고 있다. 세 번째는 수면 위에 설치하는 수상 태양광이 있다. 수상태양광은 댐이나 저수지의 유휴 수면에 설치하는 융·복합 태양광 시설로, 모듈 냉각 효과와 그늘을 피할 수 있어 육지 태양광 보다 발전효율이 10% 가량 높은 것으로 나타났다. 물의 비열이 커서 온도의 급격한 상승이 없기 때문에 한여름에도 발전효율이 떨어지지 않는다. 산지나 농지를 훼손하지도 않고, 저수지를 이용하면 대규모의 태양광에너지 개발이 가능하다. 이외에도 태양광의 발전 효율은 단순한 물 세척으로도 어느 정도 상승시킬 수 있다. 100kw에서 비세척 모듈과 세척 모듈의 수익을 비교해 보면 연간 약 710만 원가량 차이가 난다. 단가가 세고 효율이 낮은 상황에서 쉽게 문제점을 어느 정도 해결할 수 있는 방법이다. 그 밖에 반사 판넬을 사용하거나 거울을 사용하는 방법으로도 효율을 상승시킬 수 있다.

참고자료

• 〈태양광발전소〉, 《네이버 지식백과》
• 김준희 기자, 〈태양광발전의 이면, 과연 친환경적인가?〉, 《에너지설비관리》, 2018-09-19

같이 보기

• 태양광에너지
• 태양광발전

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