[제언] 제3세대 태양광 연구개발 및 보급정책 필요

[이투뉴스] 우리나라를 비롯해 전 세계가 화석연료 발전비중을 줄이려 애쓰고 있다. 우리정부도 태양광, 풍력, 조력 등의 신재생에너지 보급에 적극적이며, 민간투자도 늘어나고 있다.

특히 , 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열 등 8개 분야의 재생에너지와 연료전지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유 가스화, 수소전지 등 3개 분야의 신에너지 가운데 태양광 발전 성장세가 빠르다.

태양광발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술, 즉 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용하는 발전방식으로 최초의 광기전력 실험은 1839년 에드몬드 베크렐의 광기전력 실험으로 시작됐다.

태양광발전은 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 그러나 태양전지는 비나 눈, 또는 구름에 가려 햇빛이 비치지 않는 날과 야간에는 전기가 발생하지 않을뿐더러 당일 일사량의 강도에 따라 불균일한 직류가 생산되기도 한다.

그리고 태양전지 솔라셀 시판용은 10~15cm정도 각 판상의 실리콘에 pn접합을 한 반도체가 거의 대부분이어서 셀 1매당 기준 발생전압은 0.6V정도로 낮기 때문에 36장, 60장, 72장을 겹쳐 모듈형태로 제작한 후 여러 개의 모듈을 직렬 또는 병렬로 접속해 사용한다.

태양광발전의 기본은 태양전지. 초기의 태양전지는 셀레늄(Se)을 이용했으나 효율이 1~2%수준에 불과하다보니 경제성을 확보하기 어려웠다. 이후 본격적인 태양전지 개발은 1954년 벨 연구소에서 실리콘(Si) 태양전지로 약 4%효율을 기록하면서 시작됐다. 그 후 재료의 순도를 높이고 제조공정이 발달하면서 현재는 약 25% 수준까지 올라왔지만 대량 양산형 실리콘 태양전지 모듈의 효율은 15% 수준에 머물러 있다.

이보다 효율을 더 높이려면 제조가격이 너무 높아진다. 다만 인공위성이나 우주선 등 특수한 곳에 사용하는 경우에는 가격이 큰 문제가 아니므로 40% 이상 고효율 태양전지를 생산해 사용하기도 한다.

연구개발이 진행 중인 태양전지 페로브스카이트는 반도체, 부도체, 도체의 3가지 성질을 가지는 특별한 금속산화물로 화학합성을 통해 비교적 쉽게 만들 수 있고, 효율이 현재 약 22% 수준이라는 점에서 앞으로 태양광발전에 기여도가 가능하리라는 판단이다. 특히 페로브스카이트는 저렴한 원료를 사용하며, 원재료의 수급에 큰 어려움이 없고, 고온가공이 아닌 인쇄 공정으로 제작이 가능해 시판중인 실리콘 태양전지의 3분의 1 가격이면 양산이 가능해 기대가 크다.

아직까지 일반적인 태양전지를 통한 태양광 발전단가는 1KW당 약 100원 정도로 원자력이나 석탄 보다는 비싸다. 하지만 2020년 경에는 화석연료 중 석탄 발전단가와 비슷해질 것으로 예상하고 있다.

정부와 지자체는 2020년까지 전국 태양광 시설을 약 70만 가구로 늘린다는 목표를 세워 가정에 설치하는 자가용 태양광설비에 대한 보조금 지원비율을 기존 25%에서 50%까지 늘리고, 아파트 베란다 등에 설치하는 미니 태양전지의 경우도 50%에서 국비를 추가로 25% 올렸다.

태양광 보급의 키워드는 경제성이며, 이는 기술경쟁력에 따라 좌우된다.

실용성을 갖춘 제3세대 태양광 연구가 한층 강화돼야 한다는 것이다. 제로에너지 빌딩의 경우도 유연하고 반투명하고 가벼운 특성을 갖는 제3세대 유·무기 하이브리드 화학소재의 태양전지를 활용하면 더욱 효과적이다.

신재생에너지 보급확대는 기후변화대책은 물론 화석에너지 고갈, 환경문제 등에 대한 해결책이라는 점에서 연구개발과 정책에 드라이브가 걸려 추진돼야 한다.