태양광에너지의 개념과 특징, 그리고 국내외 현황

태양광에너지

 

□ 개념

태양광에너지는 태양의 빛을 광전효과(물체에 일정한 진동수 이상의 파장이 짧은 전자기파를 쪼이면 그물질에서 전자가 방출되는 현상)를 통해 전기에너지로 바꿔주는 태양전지를 이용한 에너지입니다. 태양광 발전 시스템은 지붕에 설치한 태양전지와 옥내 저장용 축전지, 전력조절기 및 직교류 변환장치(인버터) 등의 주변장치로 구성되며 일정한 전력을 공급하기 위해 태양 전지 모듈을 직·병렬로 연결한 태양 전지 어레이(array)가 필요합니다. 태양광발전 시스템 중 가장 핵심이 되는 부품은 태양전지로 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 구성된 태양전지에 태양광이 비치면 전자와 정공은 P-N접합부에 존재하는 전기장의 영향으로 서로 반대방향으로 흘러감으로써 도선으로 연결된 외부 회로에 전기가 발생하게 됩니다.

 

태양광에너지 시스템

 

태양광 시스템은 생산된 전기를 전기회사에서 판매하거나 전기를 직접 가정이나 공장 등 건물이나 설비에 공급하는 형태인 계통연계형(Grid Tied)과 생산된 전기를 배터리에 저장하여 필요할 때 사용하는 방식인 독립형(Grid Off)시스템으로 구분됩니다.

 

1. 계통연계형

태양광으로 발전된 직류 전기 에너지를 인버터에 공급하여 사용 전력으로 변환시켜 안정된 전원을 수요자에게 공급하는 시스템으로 계통과 연계가 가능하게 하여 야간이나 태양광 발전 전력이 부족할 경우 계통 전압을 유입하여 사용하게 하고 잉여전력이 발생할 경우 계통 전원으로 역 전송하도록 하는 방식입니다. 주로 사정 및 일반 건물 전원용, 태양광 발전소용 등으로 사용됩니다.

 

 

2. 독립형

야간이나 태양광이 적을 때 전력을 공급하기 위한 축전 설비를 갖추고 있어 태양광 발전이 가능한 기간 동안 축전지에 전력용 전력을 저장하였다가 사용하는 방식으로 태양광이 적은 날이나 불시에 시스템이 고장 나는 경우 보조용 시스템으로 활용이 가능하며 태양광 발전소 이외에 주로 도서 산간지역 및 해양기지, 등대 등의 전원용으로 사용됩니다.

 

 

□ 특징

태양광 발전은 무한정, 무공해 태양 에너지를 이용하기 때문에 연료비가 불필요하고 대기오염 및 폐기물의 발생이 없다는 특징이 있습니다. 그리고 타 시설에 비해 유지보수가 간편하며, 태양전지의 수명이 최소 20년 이상으로 장기간 운용이 가능하여 매우 경제적입니다.

또한 태양광발전시스템은 무인 발전시스템으로 운영되므로 PC 및 모바일 모니터링을 통해서 발전 현황을 수시로 확인이 가능합니다.

다만 태양광 발전은 태양전지의 가격이 비싸 초기 투자비와 발전단가가 높으며, 전력생산이 지역별 일사량에 의존하기 때문에 날씨 및 일사량에 따라 공급이 원활하지 못한 경우가 발생할 수 있습니다. 또한 에너지 밀도가 낮아 큰 설치면적이 필요하고 설치장소가 한정적이라는 것이 단점입니다.

 

 

□ 국내 태양광에너지 시장 및 보급 현황

신재생에너지 의무사용 정책(RPS: Renewable Portfolio Standard)이 시행된 이후 국내 태양광 시장 또한 빠르게 성장하고 있습니다. 또한 2차 국가 에너지 기본계획에 따라 오는 2035년까지 태양광발전 17.5GW를 구축하여 태양광발전이 신재생에너지 전체 발전량의 22%를 담당할 수 있도록 만들 계획입니다.

특히 지난 2013년부터 정부에서 태양광 설비를 설치 및 대여해 주는 ‘태양광 대여사업’을 적극적으로 추진하면서 약 1만 가구 이상이 태양광 설비를 설치하였으며 올해부터는 태양광에너지를 더 많은 보급 및 확산시키기 위해 사업을 확대해 나갈 계획이라고 합니다.

앞서 이야기한 것과 같이 올해 예상 태양광 설치량이 1GW를 넘어서는 성장을 통해 세계 7위권 시장을 형성할 것으로 예상되며 국내 시장뿐만 아니라 해외시장 개척을 위한 노력 또한 지속되고 있는 추세입니다.

이처럼 전 세계적으로 신재생에너지와 태양광에너지 산업에 대해 관심이 높아지고 있는 가운데 그 중요성과 발전 가능성은 더욱 커질 전망이며, 정부의 활발한 지원 정책 등을 통해 기술 발전 및 국가의 미래 수출 산업으로의 육성이 필요할 것으로 보여집니다.

 

 

□ 해외 태양광에너지 현황

태양광에너지 주요 수요국을 살펴보면 미국, 영국, 일본, 독일, 프랑스, 중국, 인도 등으로 전 세계 태양광 수요의 80%를 차지하고 있습니다. 뿐만 아니라 해당 국가들의 경우 경기침체에도 불구하고 태양광 수요가 예상보다 높아 기존 전망치에 비해 매년 더 증가하면서 성장세를 지속적으로 이어나가고 있으며, 미국 및 유럽 국가들은 태양광이 산업적인 부분뿐만 아니라 태양광 TV와 같은 가정용 수요가 발생하면서 태양광과 관련된 다양한 사업 모델이 생겨날 것으로 전망하고 있습니다. 또한 세계 태양광 시장을 주도하고 있는 국가 중 하나인 일본은 신재생에너지 예산 중 90% 이상을 태양광산업에 투자하면서 설치량이 11GW를 기록하며 사상 최고치를 경신하기도 했습니다.

 

중국 및 인도는 국가 면적을 비롯한 규모면에서 성장성이 가장 유망한 시장으로 주목받고 있습니다. 특히 중국의 경우 석탄 과다 사용 및 이산화탄소 배출로 인한 환경오염이 심각해지면서 정부에서 신재생에너지 보급을 주도하고 있으며 그중에서도 태양광 프로젝트 개발을 위한 클라우드 펀딩 및 은행 대출 상품이 출시될 정도로 태양광발전 사업이 지속적으로 발전해 나가는 추세입니다. 이러한 추세 속에 세계 태양광 전망치 상향에 영향을 끼칠 정도로 중국 태양광 시장의 규모 또한 점점 커져가고 있습니다.

 

다만 태양광에너지 사업 확대를 위해 무분별한 증설로 인해 가격 폭락 및 기업들의 도산으로 인한 금융부실과 같은 부작용 등이 생겨나면서 중국 내에서도 양적 확장보다는 질적 확장의 필요하다는 목소리가 높아지고 있으며, 선도기업들을 중심으로 산업을 재편해 수익성을 높이려는 계획을 세우고 있습니다.

 

특히 최근 워런 버핏을 비롯한 애플, 구글, 소프트뱅크와 같이 태양광과 큰 관련이 없어 보이는 글로벌 대기업들도 태양광에너지 시장에 뛰어들면서 태양광 시장이 다변화될 것으로 전망하고 있습니다. 특히 이러한 대기업들이 태양광에너지에 투자하는 이유로는 데이터센터를 비롯한 자사의 핵심 사업 설비들이 막대한 전력을 소비하기 때문에 태양광발전을 통한 필요 전력 조달을 목표로 하고 있으며 나아가 해당 기술의 발전 등을 통해 수익을 창출하기 위함이라고 전문가들은 분석하였습니다.