친환경에너지로 에너지 비용 대폭 절감

[Industry News 박관희 기자] 국가 에너지 소비 분포 중 약 60%가 열에너지와 관련된다. 우리나라는 2,000만대 가량의 차량이 운행되고 있지만 수송 분야 에너지 소비는 열에너지 소비에 비해 절반에 불과하다. 쾌적한 주거환경을 추구하는 탓에 동하절기 냉난방과 재배나 양식을 통한 농수산 식품 생산을 위해 소비되는 에너지는 특히나 화석연료를 통해 얻은 전기나 유류, 가스 등이 이용되고 있다.

정부나 지자체가 막대한 재정지출을 하고 있는 분야 역시 농어업 생산에 필요한 유류와 전기 에너지 지원이다. 따라서 에너지의 효율적인 사용과 절감 등 이를 해결할 솔루션은 이른바 생산 가능한 대체에너지원 기술 개발과 이를 시설에 적용하는 것이다.

태양광 모듈 제조기업인 한중에너지네트웍스가 전기에너지와 열에너지를 동시에 획득할 수 있는 장치 개발에 성공했다. 저집광 태양광발전 및 열획득 기술(LCPVT : Low Concentration Photo-Voltaic & Thermal, 이하 LCPVT)이 집약된 장비는 발전효율을 높이고, 동시에 열을 획득하는 기술이다.

기존 연구는 태양에너지를 통해 전기나 열 중 하나를 획득하는 기술개발이 주류였다. 때문에 많은 기술자들은 열과 전기를 단일 장비에서 동시 획득하는 기술을 개발하려 했지만 경제성이 보장된 실용화에는 이르지 못했다.

한중에너지네트웍스 송정만 대표는 “집광비율을 저집광으로, 셀을 자연 냉각하는 기술을 적용해 발전효율을 높이고 동시에 열을 획득할 수 있게 됐다”면서 “태양광은 0.15um~4um 파장이 혼재돼 지구상에 도달하지만 발전에 유효한 파장범위는 0.3um~1.1um이고 나머지 파장은 발전에 기여하지 못하면서 셀 표면온도를 상승시키는 부작용을 야기한다”고 부연했다.

한중에너지네트웍스는 이 점에 착안했다. 우선 발전기여파장과 발전저해파장으로 분리한 후 셀에 입사하는 파장은 발전기여파장이 조사되도록 하고, 발전저해파장은 열 획득에 이용하도록 한 것이다. 이것이 바로 LCPVT 기술이다.

발전효율은 높이고 열은 획득, 'LCPVT' 

반사경을 통해 집광하기 때문에 고정형보다는 태양의 고도와 방위에 따라 능동적으로 태양을 자동 추적하는 기술이 요구돼 태양광 파장분할기술과 열 획득 기술뿐만 아니라 자동 추적기술도 개발 완료해 현재는 상용화를 위한 단계로 제품을 제작 중에 있다.

LCPVT 기술은 성능을 보장한다. 실리콘 셀보다 30% 이상 발전효율이 향상됐고, 열 획득 효율은 태양광입사 에너지의 40%에 달한다. 집광장치는 원통형 포물 반사경으로 고각과 방위각을 동시 추적하지 않고 둘 중 한 각도만 추적한다. 이를 벗어난 추적정밀도에서도 발전이나 열 획득 효율은 큰 변화가 없기 때문이다.

송 대표는 “LCPVT는 열 획득 장치 내부를 액체가 펌프를 통해 순환하면서 가열하고 일정 온도 이상 가열된 액체는 물과 열 교환하게 된다”면서, “이때 열 획득 매체가 물일 경우 동절기 동파 문제를 야기해 영하 20도에서 300도까지 액체 상태를 유지하는 실리콘오일을 사용하게 된다”고 밝혔다.

현재 한중에너지네트웍스는 관련 기술에 대한 특허 4건을 획득했고, 3건의 특허를 추진하고 있다. 또한 전기에너지와 열에너지를 동시에 획득 가능한 LCPVT 기술개발에 대한 2단계 정부출연 R&D 과제를 진행하고 있다.

LCPVT가 활용가능한 시설로 양식장과 화훼단지, 해안경비소 등 군 초소와 같은 화석연료를 통한 열에너지 소비가 많은 곳이다. 이곳에 LCPVT를 적용, 청정에너지 사용하면서 에너지 절감을 이룰 수 있다. 양식장에서 평균 수온조절을 위해 사용되는 전기요금이 월 600만원이라고 가정하면 LCPVT 기술을 적용하면 100만원도 안되는 비용으로 해결이 가능하다.

한편, 송 대표는 “LCPVT 기술에 대한 수요는 이미 고무적이다. 올해 미국서 개최된 CES 2018에서 미국 굴지의 벤처기업이 투자 의사를 밝혔고, 국내 방문을 통해 보다 구체화 될 예정이다”고 밝혔다.

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