요즘 재생에너지는 모든 기업의 화두입니다. 각국 정부는 탄소세를 매기거나, 탄소 배출을 규제하는 등 탄소 배출을 줄이라고 기업에 강력하게 요구하고 있는데요. 많은 기업이 탈탄소에 관심을 두는 상황에서, 재생에너지는 탈탄소를 달성할 강력한 도구로 주목받고 있죠.
그중에서도 태양광 에너지는 재생에너지의 대표 주자로 꼽히는데요. 오늘 <상식 한입>에서는 태양광 발전의 원리부터 장단점 그리고 전망까지 꼼꼼하게 다뤄보겠습니다.
태양광 발전이란?
태양광 발전은 태양 빛을 전기로 바꿔주는 태양 전지를 이용하는 발전 방식입니다. 누구나 한 번쯤 봤던 검은색 태양광 패널과 태양광만 있다면 언제든 전기를 만들 수 있죠.
태양광 발전의 원리는?
1) 먼저 태양광은 태양 전지에서 전기로 바뀝니다.
- 태양 전지는 반도체의 한 종류입니다. 반도체 같은 금속은 강한 에너지를 가진 빛을 받으면 전자를 방출하는데요. 이를 광전효과라고 합니다. 광전효과로 인해 전자가 움직이면 전기가 발생하죠. 태양 전지는 이렇게 발생하는 전기를 한 방향으로 모아 외부로 흘려보냅니다.
- 현재 대부분의 태양 전지는 실리콘 반도체를 사용합니다.
2) 태양 전지를 여러 개 이어 붙이면 우리가 아는 태양광 패널이 완성됩니다. 태양광 모듈(Module)이라고도 부르죠.
- 태양 전지는 굉장히 얇고, 충격에 약합니다. 이 태양 전지를 서로 연결해 단단히 고정하면 안정적이면서도 넓은 면적으로 태양광을 받아들이는 태양광 패널이 완성되는데요.
- 태양광 패널은 각 태양 전지에서 만들어진 전기 에너지를 적절한 전압과 전류로 바꿔 한곳으로 모아줍니다.
3) 태양광 패널에서 생산된 전기는 인버터(Inverter)라는 장비에 도달합니다. 인버터는 생산된 전기를 우리가 직접 사용할 수 있도록 바꿔주죠.
- 태양광 패널에서 만들어진 전기는 직류(DC) 전기 에너지입니다. 그러나 우리가 가정에서 쓰는 전기는 교류(AC) 전기 에너지인데요. 인버터는 직류 전기 에너지를 교류 전기에너지로 바꿔 가정에서도 사용할 수 있게 해줍니다.
태양광 발전의 장점
친환경 에너지 그 자체
- 태양광 발전은 화석연료와 달리 발전 과정에서 탄소 배출이 전혀 없습니다. 저탄소 친환경 발전이죠. 제조, 시공, 철거 과정에서 탄소가 소량 발생할 수는 있습니다.
- 태양광 발전은 주변 환경에도 거의 영향을 주지 않습니다. 발전 과정에서 진동이나 소음이 없기 때문인데요. 친환경 발전의 대표 주자로 불리는 이유죠.
쉬운 유지&보수
- 태양광 패널은 설치해두면 기본적으로 15~25년은 유지됩니다. 따로 연료를 넣는 등 관리를 할 필요가 없죠. 전기를 지속해서 생산하기 위해 드는 유지 비용이 거의 없습니다.
- 태양광은 절대 고갈될 일이 없는 무한 에너지입니다. 화석 연료와의 큰 차이점이죠.
소규모 발전 가능
- 태양광 패널은 아파트 옥상, 창밖 등 비교적 좁은 공간에도 설치할 수 있습니다. 태양광 발전에 필요한 인버터 같은 장비도 크지 않죠. 따라서 각 가정에서도 태양광 패널을 설치해 전기를 자급자족할 수 있습니다.
태양광 발전, 오해와 진실
친환경 발전으로 잘 알려진 태양광 발전이지만, 잘못 알려진 사실도 많습니다. 태양광 발전을 둘러싼 오해와 진실을 모아봤습니다.
Q. 태양광 패널에 중금속이 들어 있다?
- 국내에 들어와 있는 태양 전지는 90% 이상 실리콘 반도체를 사용해 제작된 태양 전지입니다. 실리콘은 모래와 비슷한 성분으로, 납이나 카드뮴 같은 중금속이 전혀 들어있지 않죠. 특히 카드뮴이 들어 있는 태양 전지는 국내에서 수출도, 수입도 하지 않습니다.
- 태양 전지를 연결해 태양광 패널을 만들 때, 전선 연결을 위해 소량의 납이 사용되는데요. 국내 태양광 패널에는 0.02%도 채 되지 않는 극소량이 사용됩니다. 전자제품등자원순환법의 환경 기준인 0.1%보다 훨씬 낮죠.
Q. 태양광 설비에서는 전자파가 나온다?
- 태양광 설비에서 전자파가 나오는 것은 사실입니다. 대부분의 전자파는 전기의 형태를 바꿔주는 인버터에서 발생하는데요.
- 하지만, 인버터에서 발생하는 전자파는 전자레인지의 1/4 수준으로 매우 소량입니다. 정부 안전 기준의 1% 수준으로 인체에 거의 영향을 끼치지 않죠.
Q. 태양광 패널은 눈부심을 유발한다?
- 오해와 달리 태양광 패널은 흰색 페인트나 유리, 물보다 오히려 눈부심이 덜합니다. 태양광 패널의 빛 반사율은 5~6% 수준으로 매우 낮은데요..
- 효율적인 태양광 발전을 위해서는 태양광 패널에서 반사되는 빛보다 흡수되는 빛이 많아야 합니다. 태양광 패널이 발전할수록, 반사되는 빛이 줄어들어 눈부심도 적어지겠죠.
Q. 태양광 패널은 주변 시설이나 환경에 나쁜 영향을 준다?
- 유럽뿐만 아니라 우리나라에서도 농가의 태양광 패널 설치를 허가하는 추세입니다. 농작물 근처에 태양광 패널을 설치해도 농작물이나 가축에 유의미한 변화가 없다는 연구 결과도 있는데요. 농가도 영농형 태양광 패널을 설치하면 농업 수익 외에 전기를 판매해 수익을 올릴 수 있어 일거양득입니다.
* 영농형 태양광은 농지를 태양광 발전소로만 이용하는 농촌태양광과는 다릅니다. - 대부분 태양광 패널은 빗물이나 지하수 등으로 물세척을 하는데요. 태양광 패널은 밀봉 상태라 물세척을 해도 내부의 화학 물질이 전혀 새어 나오지 않습니다. 가끔 세제로 세척을 할 때도 중성세제를 활용해 환경에 영향을 최소화하죠.
- 태양광 패널이 수명을 다해도 패널을 해체해 90%의 부품을 재활용할 수 있습니다. 충북 진천의 태양광재활용센터는 2022년 상반기부터 가동을 시작했는데요. 1년에 3,600t에 달하는 태양광 폐모듈을 처리할 수 있죠. 산업부는 2023년 생산자책임재활용제도(EPR)를 시행해 태양광 모듈을 만들거나 수입해오는 회사들이 의무적으로 폐모듈을 재활용하도록 규제할 계획입니다.
태양광 발전, 다가올 미래에는?
정부는 현재 재생에너지 3020 정책을 추진하고 있습니다. 2030년까지 재생에너지 발전 비율을 20% 이상 달성하겠다는 정책인데요.
- 현재 우리나라의 신재생 에너지 발전 비율은 10% 내외입니다. 재생에너지 3020 정책을 달성하려면 신재생 에너지 발전 비율을 큰 폭으로 늘려야 하는데요. 그만큼 신재생 에너지 발전 시장도 빠르게 성장할 전망입니다. 대표적인 재생에너지 중 하나인 태양광 발전은 신재생 에너지 발전의 절반 이상을 담당할 예정이죠.
- 2030년에는 지금보다 태양광 발전 비용이 절반 이상 절감될 것으로 예상되는데요. 발전 비용이 절감되면 태양광 발전의 성장 속도도 더욱 빨라질 것으로 보입니다.
우리나라는 아직 주요국에 비해 태양광 발전 단가가 비싼 편입니다. 현재 주요국들은 태양광 발전 단가를 낮추고, 그 비중을 점점 늘려가고 있죠.
- 미국은 2050년까지 재생에너지 발전 비중을 42%로 늘릴 계획입니다. 정부 차원에서 태양광 발전소를 늘리기 위해 지원을 늘리고 있죠. 인플레이션 감축법을 통해 친환경 에너지 공급망 강화에 약 480조 원의 투자 계획도 준비 중입니다.
- 재생에너지 발전 분야의 최강자는 중국입니다. 미국의 태양광 산업도 아직 중국에 의존하고 있는데요. 중국은 태양광 산업에서 전반적으로 높은 점유율을 보유하고 있습니다.
- 유럽은 2025년까지 태양광 발전 설비를 2배로 늘릴 계획을 발표했습니다. 독일은 특히 재생에너지 전환을 공격적으로 추진하고 있는 국가 중 하나인데요. 독일은 2030년까지 전체 전력 수요의 65%를 재생에너지로 공급한다는 공격적인 목표를 세우기도 했습니다.
태양광 발전, 관건은 LCOE?
LCOE(Levelized Cost of Electricity, 균등화발전비용)란 특정 방식으로 발전할 때 드는 모든 비용을 발전량으로 나눈 수치입니다. 쉽게 얘기하면 특정 양만큼의 전기를 만드는데 드는 모든 비용을 합친 값이죠.
- LCOE를 책정할 때는 '비용'의 정의가 중요합니다. 발전소를 철거하는 데 드는 비용을 포함할 것인지, 발전으로 인한 환경 문제를 해결하는 비용을 포함할 것인지에 따라 수치가 달라지기 때문인데요. 실제로 국가마다 LCOE를 책정할 때 적용하는 비용의 범위가 조금씩 다릅니다.
- 산업조직학회 보고서에 따르면 우리나라의 태양광 발전 LCOE는 2030년에 90원대/kWh로 낮아질 전망입니다. 원자력발전소의 LCOE가 80원대인 것을 고려하면, 태양광 발전도 원자력발전소만큼 효율이 높아지는 것이죠.
- 앞으로 탄소세 등 화석연료를 사용한 발전을 규제하는 법이 적용되면 태양광 발전의 장점이 극대화될 전망인데요. 특히 태양광 발전의 LCOE가 점점 낮아져 어느 순간 화석연료를 사용하는 것보다 태양광 발전을 하는 것이 더 저렴한 순간이 오면 더더욱 그렇습니다.
이렇게 신재생 에너지의 LCOE가 화석연료보다 같거나 낮아지는 시점을 그리드 패리티(Grid Parity)라고 하는데요.
- 친환경 발전이 경제성까지 갖게 된다는 의미입니다. 친환경과 경제성을 동시에 잡을 수 있어 그리드 패리티는 신재생 에너지가 주류로 올라서는 대전환의 시작점이라는 의미를 갖는데요.
- 현재 이미 그리드 패리티에 들어간 주요국도 있습니다. 하지만, 아직은 화석연료 발전이 주류를 차지하고 있는데요. 태양광 발전 비용이 저렴한 편이지만, 화석연료도 여전히 저렴하면서 강력한 에너지원인데다 태양광 발전 시설도 아직 부족하다 보니 화석연료 발전 비중이 신재생 에너지 발전 비중보다 높은 것이죠.
- 우리나라는 주요국에 비해 태양광 발전 비용이 2배 정도 비싼 편입니다. 우리나라는 2030년쯤 그리드 패리티를 달성할 것으로 보이는데요. 태양광 발전 비용을 획기적으로 낮출 필요가 있죠.
태양광 발전은 이미 빠르게 성장 중입니다. 세계 각국이 신재생 에너지 발전 비중을 늘려가는 만큼, 우리나라도 적극적인 투자로 태양광 발전의 확대를 위해 노력할 전망이죠.
현재 Net Zero(온실가스 배출과 흡수가 균형에 이른 상태) 달성을 위한 큰 과제는 태양광 발전 설비 확대입니다. 당연한 얘기지만, 태양광 설비가 늘어나려면 태양광 발전이 단순히 친환경적인 발전을 넘어서 경제적으로도 좋은 선택지여야 합니다. 단가 절감이 절실한 이유죠.
다행히 태양광 발전 단가는 점점 낮아지고 있습니다. 투자도 확대되고 있죠. 워렌 버핏은 이미 2017년부터 태양광과 풍력 발전에 당장 30억 달러를 투자할 준비가 돼 있다고 말하기도 했고, 사우디아라비아는 50조원 넘게 투자해 신재생 발전 프로그램을 수립하기도 했습니다. 태양광 발전은 더 이상 거스를 수 없는 에너지 대전환을 이끌고 있습니다.
*이 콘텐츠는 한화솔루션으로부터 소정의 원고료를 받고 제작되었습니다.