2020년에 태양광 에너지는 전 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 새로운 에너지원이었습니다. 미국의 경우 전체 발전량의 겨우 2% 정도를 차지하지만 태양광은 현실적인 재생에너지원으로 앞으로도 계속 성장할 것으로 예상됩니다.
그런데 태양의 파워는 얼마나 강력할까요? 미국 국립재생에너지연구소(NREL)에 따르면 한 시간 동안 지구에 입사하는 태양광 에너지의 양은 1년 동안 전 세계가 필요로 하는 에너지를 공급할 수 있다고 하니 정말 강력하죠. 게다가 태양이 사라지지 않는 한 지구를 오염시키지 않으면서 가정과 사회를 위한 냉/난방 및 조명에 필요한 에너지를 공급할 수 있는 잠재력도 가지고 있습니다.
그런데 태양광 에너지는 정확히 무엇을 의미할까요? 태양광 에너지는 태양의 빛(광자)에 의해서 전기(전압)가 생성되는 것으로 태양광 또는 PV(PhotoVoltaic)라는 용어를 표현되기도 하는데요, 태양전지 또는 PV 기술의 역사는 상당합니다. 산업혁명 시대부터 시작되었죠.
태양광 에너지의 간단 역사
1839년 프랑스 물리학자 알렉상드르 에드몽 베크렐라(Alexandre Edmond Becquerellar)는 태양광을 전기로 변환하는 태양 전지의 원리인 광전변환효과(Photovoltaic Effect)를 시연했습니다.
44년 후, 미국의 발명가 찰스 프릿프(Charles Fritts)는 패널에 셀레늄 코팅을 사용하여 약한 전류를 생성함으로써 세계 최초의 옥상 태양 전지판을 개발했습니다. 또한 알버트 아인슈타인의 1905년 광전효과를 설명하는 논문(1921년 노벨 물리학상 수상)은 빛이 에너지를 생성하는 방식을 세상이 이해하는 데 도움을 주기도 했습니다.
미국 정부는 1958년 최초의 우주선인 뱅가드 1호에 태양 전지판을 장착한 것을 포함하여 초기 PV 기술의 개척을 도왔습니다.
태양광 에너지의 활용
그렇다면 태양광 에너지를 만드는 태양 전지(Solar Cell)는 어떻게 작동할까요? 태양의 빛 입자는 태양 전지판에 입사 후 전기로 변환됩니다. 여러 개의 작은 태양 전지가 모어 모듈을 구성하고 이 모듈을 연결하여 큰 사이즈의 태양광 패널(Solar Panel)을 만들 수 있습니다. 당연히 태양광 패널이 많을수록 더 많은 전기를 생산할 수 있습니다.
현재 태양광 발전의 종류는 유틸리티, 상업용 및 주거용의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
유틸리티 규모의 태양광 발전소는 중소 규모의 석탄 및 가스 화력발전소와 마찬가지로 일반적으로 수 메가와트(MW)의 대용량 전력을 전력망에 공급합니다. 미래의 태양광 발전소는 수백 메가와트를 생산할 것으로 예상됩니다.
상업용 태양광은 공터, 옥상 또는 주차장 구조물에 태양광 패널을 설치하는 기업에 전력을 제공합니다. 생성된 태양광 발전량은 건물의 전력 소비를 보충하고 때로는 남기도 합니다. 종종 남은 태양광 에너지는 지역 유틸리티에 다시 판매할 수 있습니다.
주거용 태양광은 개별 가정에 전력을 생성하는 옥상 태양광 시스템에서 나옵니다. 주택 소유자는 일반적으로 밤이나 흐린 날에는 기존 전기를 사용하고 날씨가 좋은 날에는 태양광 발전을 통해서 전기를 사용합니다.
과거에는 태양광 발전은 대부분의 주거 및 상업 용도로 사용하기에 너무 비싸다고 평가되었습니다만 개선된 기술, 원가 절감, 재성에너지에 대한 수요로 인해 최근 몇 년 동안 태양광 에너지 생산 비용이 꾸준히 하락하고 있습니다.
태양광 에너지의 장점
먼저 태양광 에너지는 청정 에너지입니다. 태양광 발전은 온실가스를 배출하지 않습니다. 전 세계가 2050년 탄소중립을 향한 여정을 가속화하는 현 시점에서 태양광 에너지는 탄소중립을 향해 달려가고 있는 에너지 산업에서 큰 역할을 담당합니다. UN에서 추진하는 지속가능발전목표(SDGs)에도 기여합니다.
태양광 발전은 사용자 입장에서도 수익성이 있습니다. 옥상 태양광 설비가 있는 가정 및 기업용 태양광 발전은 전기 요금이 절감되는 경우가 많습니다. 또한 생성된 초과 전력은 다양한 프로그램을 통해 지불 또는 청구서 크레딧과 교환하여 그리드로 다시 내보낼 수 있습니다.
태양광은 국내(로컬) 에너지원입니다. 석유 및 천연가스와 달리 국가의 태양광 공급은 무한합니다. 국가로서 우리는 원자재 가격 상승, 국제 정치 관계 또는 기타 글로벌 요인에 대해 걱정하지 않고 우리 땅에서 태양광 발전을 통해 전기를 생산할 수 있습니다.
태양광 에너지는 경제와 고용에도 기여합니다.미국 노동통계국(U.S Bureau of Labor Statistics)은 2016년에서 2026년 사이에 태양광 발전 설치 작업이 105% 증가하여 미국에서 가장 빠르게 성장하는 직업이 될 것으로 예상합니다. Solar Jobs Census에 따르면 태양광 인력은 2010년 93,000개에서 2017년 250,000개 이상으로 증가했습니다. 생산 비용이 감소하고 수요가 증가함에 따라 태양광 패널 제조, 발전소 건설 및 태양광 시스템 설치 일자리는 계속 증가할 것입니다.
태양광 에너지 정책의 흐름
에너지 분야에 대한 현황이나 전망을 이해하기 위해서는 전 세계의 흐름, 특히 미국 정부의 정책을 이해하는 것이 중요합니다. 이를 바탕으로 우리나라에서의 에너지 분야, 특히 신재생 분야를 이해 및 예상을 할 수가 있습니다.
미국은 주, 도시, 유틸리티 및 기업들이 세계적 대유행 및 경제 침체의 시작에도 불구하고 탈탄소화 계획을 발표하거나 진행하고 있습니다. 코로나 팬데믹에 대응하기 위해서 통과된 경제 부양 조치에서 녹색 인프라 개발에 대한 직접적인 인센티브가 빠져 있음에도 불구하고 재생에너지 및 에너지저장 분야는 비용 감소와 생산 용량 증가를 기록하면서 미국의 청정에너지 수요는 굳건하다는 것을 입증하였습니다. 게다가 올해 전기 수요가 감소했을 때 재생에너지는 다른 에너지 수요보다도 앞섰습니다.
미국 바이든 행정부가 2021년에 파리기후협정 재가입, 청정 에너지에 2조 달러 투자, 2035년까지 전력 부문의 완전한 탈탄소화를 포함하는 플랫폼을 실행하기 시작함에 따라 재생에너지 분야의 성장이 가속화될 수 있습니다. 바이든 행정부는 재생에너지의 성장을 촉진하기 위해 집행 권한을 행사할 것으로 예상됩니다. 여기에는 배출권, 공유지, 조달, 대외 관계, 무역 및 기관 임명에 대한 권한이 포함될 수 있습니다.
이처럼 태양광 에너지의 미래를 더욱 밝게 보이는데요, 태양광 에너지의 심장이라고 할 수 있는 결정계 태양전지 모듈에 대해 심층적으로 알아보겠습니다.