태양광 에너지란?

미국의 바이든 정부 출범으로 신재생에너지가 주목받고 있다.

오늘은 그중에서도 태양광 에너지에 대해서 알아보려고 한다.

햇빛을 이용한 발전방법. 태양 에너지를 전기에너지로 변환한다. 아인슈타인에게 노벨상을 안겨다 준 광전효과를 기반으로 한다. 자세한 것은 아래에 서술되어있는데, 광전효과에 따르면 빛은 에너지를 가지고 있고, 광자가 특정 물질에 닿으면 전기에너지로 변환될 수 있다. 따라서 태양광발전에서는 태양광에 반응하는 전지모듈, 즉 햇빛전지를 사용한다. 따라서 저장된 물을 태양열로 끓여 이것으로 터빈을 돌리거나 열에너지를 그대로 사용하는 태양열 발전과는 다르다.

계통연계형과 독립형으로 나뉜다. 계통연계형은 주전력공급처(한국에서는 한전)와 설비와 가정이 연계되어 발전량 만큼 전기사용량을 감면 받고 추가 발전량을 이월할 수 있다. 만약 가정용 전기소비량이 누진제 구간 근처에 있다면, 전기사용량을 떨어뜨릴 수 있으니 누진제 산정에서 유리하다. 독립형은 말 그대로 주전력공급처와 독립되어 전기를 축전지에 저장하고 이를 사용하는 방식이다. 주로 전신주가 없는 산간지방이나 작은 섬, 푸드트럭 등에 이용하며, 계산기, 가로등, 보조배터리 등에 들어간 패널도 이에 해당한다.

쉽게 설명하자면, 자기 집에 계통연계형 태양광 발전기가 설치되어 있다면 정전이 됐을 때 전기가 들어오지 않는다. 계통연계형은 발전한 전기를 자기 집이 아니라 한전 전력망으로 보내기 때문이다. 반면 독립형은 발전한 전기가 자기 집의 축전기와 배터리로 보내지므로 정전이 되어도 전기가 들어온다.

 

그렇다면 태양광 에너지의 원리는 무엇일까?

광기전효과라는 미시 단계의 물리적 변환을 이용하여 전기를 생산한다. 2015년 말 현재 가장 고효율이 약 50~52%에 달한다. 이 정도면 다른 발전방식에 비견할 만하나 고효율 방식은 제조비가 비싸다. 상용 셀이나 모듈은 15~22% 정도이며, 저가양산품은 그보다 떨어진다. 바로 사용하는 가정용, 주택용은 무시해도 되지만 만약 도심에서 멀리 떨어진 곳에서 생산해서 송전하게 된다면 저장이나 송전 등에서 5~10% 정도의 추가 효율 감소가 있을 수 있다. 다만, 태양광 에너지 자체는 완전 무상이기 때문에 땅 값이나 면적 문제만 아니라면 어느 정도 무시된다.

탠덤 구조처럼 여러 셀을 적층하면 고효율은 달성할 수 있다. 그러나 비싼 제작비 탓에 고효율 패널은 가격보다는 효율이 중요한 특수목적용이 많다. 실리콘같이 흔한 재료가 아닌 특수 재료로 만들어진다. 순수하게 '최종 효율 50%의 대규모 태양광 발전' 같은 형태는 현재는 상용화하기 어렵다. 적층구조 등이 아닌 단일 흡수층으로 이루어진 전지의 효율은 약 35% 정도 내외이며, 이 한계치는 이론상 잘 알려져 있다. 특수한 경우가 아닌 이상 경제적 혹은 기술적 문제로 적층구조를 이용하지 않기 때문이다.

 

태양광 에너지에 대한 국내현황은 어떨까?

2015년 열린 국무회의에서 2030년 탄소배출 전망치 대비 37%를 추가로 감축하기로 확정하였고 외교부에서도 공표하였다. 때문에 화석연료 발전 비중을 극단적으로 줄여야하는 상황이지만, 탈원전 정책으로 인해 원자력 발전소 증설은 요원해졌다. 원전을 제외한 남은 선택지 중에서 그나마 현실적인게 태양광 발전이고, 정부에서도 적극적으로 밀어주고 있는 상황이다.

첫째로 정부는 발전사업자에게 태양광발전을 포함한 재생에너지를 일정량 법으로 강제하고 있다.

이에 따라 발전사업자는 태양광발전을 설치하여 운용하거나, 태양광발전사업자에게 돈을 주고 REC(Renewable Energy Certificate)라는 발전 인증서를 구입해야한다. 보통 REC를 구입하여 의무사용량을 채우기 때문에 이 정책은 태양광발전사업자에게 가는 보조금의 일환이라고 볼 수 있다.

둘째로 소규모 발전사업은 설치 시 보조금을 지급하고 있다. 이런 보조금 지급은 설치 부담을 줄여 투자회수기간을 줄여 보급을 확대하며, 이에 따라 시장규모 확대, 기술투자, 판매단가 하락, 보조금 축소 지급 등의 선순환을 기대하고 정책으로 필요한 사업의 초기 단계에 전폭적인 지원을 하는 것이다. 다른 석탄발전이나 원자력 발전, 수력 발전도 이미 60~90년대 발전을 거치면서 많은 정책적 지원을 받았었고 그랬기 때문에 지금은 굉장히 성숙하여 매우 효율적인 단계에 진입하였다. 다만, 태양광은 이제 시작이기 때문에 현 시점에서는 더 많은 보조금이 필요할 뿐이다. 그럼에도 서울시 보조금 정책만 보더라도 최근 몇년 새 판매단가가 줄어들어 보조금도 줄어들고 있는데도 판매단가-보조금=실 구입단가 인 실 구입단가도 줄어들고 있다.

셋째로 발전차액지원제도라고 하여 발전사업자들에게 예상되는 발전단가에서 차액 만큼을 보조금으로 지급하는 경우가 있었는데, 사실 현행 전기료를 받고 한전에 전기를 팔고 대금을 받아도 부족한 부분을 지원하는 것이다. 이 제도는 첫째로 소개한 REC에 비해 초기 단계에 매우 안정적으로 발전량을 확대시킬 수 있는 좋은 제도이다. 왜냐하면 발전사업자들에게 고정적인 수익을 일정기간동안 보장해주기 때문이다. 이에비해 REC는 REC 시장에서 수많은 소규모 발전사업자들이 발전사업자에게 REC를 파는 주식시장과 같은 방식으로 거래를 하기 때문에 REC 가격 예측이 불가능하며, 소수의 발전사업자에 비해 파워가 부족하기 마련이다. 한국에서는 현재 이를 폐지하고 이런 RPS로 넘어갔다.