주택 난방·산업공정·열발전 등에 이용
![[Science] 태양열은 마르지 않는 청정에너지](https://img.hankyung.com/photo/200808/2008082771521_2008082959821.jpg)
우리가 현재 사용하는 에너지의 95% 이상은 석유 석탄 천연가스 등의 화석연료다.
화석연료는 연소될 때 열을 방출함과 동시에 이산화탄소와 수증기를 발생시켜 지구 온난화를 일으킨다.
이에 따라 지구 온난화를 막기 위해 저렴하고 친환경적인 대체 에너지 개발을 서둘러야 한다는 목소리가 설득력을 얻고 있다.
친환경 대체 에너지는 태양력 수력 풍력 지력 조력 등이 있다.
이들 중 수력 풍력 지력 조력은 환경친화적이기는 하나 얻을 수 있는 에너지의 양에 한계가 있다.
결과적으로 가장 풍부하고 깨끗하고 유망한 대체 에너지는 태양에너지뿐이다.
⊙ 무한한 청정에너지
태양에너지는 무한하다.
단 10분 동안 지구에 내리쬐는 태양에너지만 저장해도 전 세계 65억 인구가 1년간 풍족하게 쓸 수 있다.
1년간 지구에서 받는 태양에너지는 연간 세계 에너지 소비량의 약 2만배이며，지구가 태양으로부터 1~2주 동안 받는 에너지는 지구상에 매장된 전체 화석연료 에너지와 맞먹는다.
이같이 태양으로부터 방사되는 복사에너지가 대기층을 투과하여 지표면에 떨어지면 이를 모은 후 필요한 곳에 이용할 수 있다.
태양에너지의 장점은 공해를 발생시키지 않고 에너지가 무한하며 비용 역시 들지 않는 에너지원이라는 점이 꼽힌다.
또 중동지역에 집중돼 있는 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적은 분산형 에너지원이며 지구온난화 대책으로 탄산가스 배출을 절감할 수 있다는 것도 장점이다.
이 같은 장점들에도 불구하고 아직까지 태양에너지가 전 산업에 파급되지 못한 이유는 무엇보다 에너지 밀도가 낮기 때문이다.
이에 따라 과학자들은 태양에너지의 효율성을 높이기 위해 계속 노력하고 있다.
그렇다면 우리나라 일사량의 분포는 어떤 모습을 보일까?
전국적인 수평면 전일사량 분포상 특징을 보면，남해중서부지방과 태안반도 일대 그리고 안동 및 영주분지 일원의 일사조건이 전국에서 가장 좋은 곳으로 나타났으며 그 다음으로 호남 및 김해평야 일대，중부이남 및 중부이북지방, 제주도 순으로 나타났다.
대기오염이 심각한 서울지방은 전국에서 가장 낮은 일사량을 기록했다.
또 우리나라의 수평면 전일사량 자원에 대한 계절별 일사량 분포 특성은 봄철과 가을철의 일사조건은 대체로 내륙지방보다는 해안지방이 좋으며 여름철은 전국이 고른 분포를 나타낸 반면，겨울철은 남해 일원 지역의 일사량이 다른 지역들보다 상대적으로 높은 형태를 나타냈다.
⊙ 태양열에너지 어떻게 이용되나？
![[Science] 태양열은 마르지 않는 청정에너지](https://img.hankyung.com/photo/200808/2008082771521_2008082959791.jpg)
태양열에너지는 집열온도에 따라서 저온 및 중·고온 분야로 분류된다.
저온 분야는 주로 건물의 냉난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설에 활용되며 중·고온 분야는 산업공정열 및 열발전과 태양화학 등에 이용된다.
우선 태양열 냉난방 시스템은 건물 구조체를 이용해 반영구적이며 보조 동력기구를 사용하지 않고 자연순환만으로 냉난방할 수 있게 해준다.
자연채광 등 각종 요소기술과 에너지자립 건물인 제로에너지 태양주택이 여기에 속한다.
태양열 온수급탕 시스템은 현재 태양열 이용에 있어 가장 오랜 역사와 경제성을 갖는 분야로 이미 실용 단계에 와 있다.
태양열 온수 급탕에서 요구되는 적정 온도의 수준이 섭씨 40~60도 정도의 저온이므로 집열 장치가 비교적 저가이고 단순하며 생산 및 설치에 경제성이 높아 다른 태양열 이용 분야보다 앞서 있다.
태양열 냉방은 주거의 냉방에는 물론 음식물의 냉장에도 응용 가능하다.
특히 난방 시스템과 병행해 여름철에는 냉방에,겨울철에는 난방에 같은 집열기를 공용할 수 있는 시스템이 관심을 끌고 있다.
태양열에 의한 냉방은 난방 및 온수와는 달리 부하가 발생하는 시기(하절기)에 일사 강도도 크고 또한 냉ㆍ난방(급탕)용으로 사용할 경우 태양열 시스템을 연중 이용할 수 있다는 장점 때문에 전 세계적으로 많은 연구의 대상이 되어왔다.
⊙ 태양광 발전소도 만들 수 있어
한편 태양열을 이용하여 중·고온을 얻기 위해서는 태양광을 집광,유용한 에너지 형태로 변환시켜야 한다.
변환된 에너지는 산업공정열，전력발생 또는 화학공정 등에 사용되고 있다.
현재까지 개발된 집광형 태양열 집열기는 태양을 추적할 수 있으며 태양광을 집속하여 흡수기로 반사시키기 위한 반사경으로 구성된다.
평판형 집열기는 모두 고정형이며 온도 범위도 100도 이하로 공정열 및 전력발생용으로는 사용할 수 없다.
집광형 집열기는 100~1500도의 온도를 얻을 수 있어 태양열 발전 및 산업공정열 등에 널리 보급, 활용되고 있다.
집광형 집열기는 반사경 면적과 흡수기 면적비(집광비)로서 필요한 온도를 집광할 수 있다.
태양복사열을 활용하면 태양열 발전소도 건설할 수 있다.
전 세계 사막의 약 1%에 태양열발전소가 세워진다면 2000년에 소비된 전 세계 에너지를 충분히 공급할 수 있다.
태양열발전 시스템의 종류는 집광식과 태양열 굴뚝으로 구분되는데 현재 태양열발전의 주류는 집광식이 차지하고 있다.
집광식은 크게 세 가지로 중앙집중형 시스템과 분산형 시스템, 독립형 시스템으로 구분된다.
이 중 중앙집중형 시스템은 태양 추적 장치(heliostat)라고 불리는 거대한 태양 추적 반사경에서 반사된 태양광을 중앙에 위치한 탑의 한 점에 모아 고열을 얻고, 이 고열로 열교환기 등을 이용해 고압 수증기를 발생시켜 전기를 얻는 방식이다.
황경남 한국경제신문 기자 knhwang@hankyung.com
/도움말=한국에너지기술연구원 강용혁 박사
화석연료는 연소될 때 열을 방출함과 동시에 이산화탄소와 수증기를 발생시켜 지구 온난화를 일으킨다.
이에 따라 지구 온난화를 막기 위해 저렴하고 친환경적인 대체 에너지 개발을 서둘러야 한다는 목소리가 설득력을 얻고 있다.
친환경 대체 에너지는 태양력 수력 풍력 지력 조력 등이 있다.
이들 중 수력 풍력 지력 조력은 환경친화적이기는 하나 얻을 수 있는 에너지의 양에 한계가 있다.
결과적으로 가장 풍부하고 깨끗하고 유망한 대체 에너지는 태양에너지뿐이다.
⊙ 무한한 청정에너지
태양에너지는 무한하다.
단 10분 동안 지구에 내리쬐는 태양에너지만 저장해도 전 세계 65억 인구가 1년간 풍족하게 쓸 수 있다.
1년간 지구에서 받는 태양에너지는 연간 세계 에너지 소비량의 약 2만배이며，지구가 태양으로부터 1~2주 동안 받는 에너지는 지구상에 매장된 전체 화석연료 에너지와 맞먹는다.
이같이 태양으로부터 방사되는 복사에너지가 대기층을 투과하여 지표면에 떨어지면 이를 모은 후 필요한 곳에 이용할 수 있다.
태양에너지의 장점은 공해를 발생시키지 않고 에너지가 무한하며 비용 역시 들지 않는 에너지원이라는 점이 꼽힌다.
또 중동지역에 집중돼 있는 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적은 분산형 에너지원이며 지구온난화 대책으로 탄산가스 배출을 절감할 수 있다는 것도 장점이다.
이 같은 장점들에도 불구하고 아직까지 태양에너지가 전 산업에 파급되지 못한 이유는 무엇보다 에너지 밀도가 낮기 때문이다.
이에 따라 과학자들은 태양에너지의 효율성을 높이기 위해 계속 노력하고 있다.
그렇다면 우리나라 일사량의 분포는 어떤 모습을 보일까?
전국적인 수평면 전일사량 분포상 특징을 보면，남해중서부지방과 태안반도 일대 그리고 안동 및 영주분지 일원의 일사조건이 전국에서 가장 좋은 곳으로 나타났으며 그 다음으로 호남 및 김해평야 일대，중부이남 및 중부이북지방, 제주도 순으로 나타났다.
대기오염이 심각한 서울지방은 전국에서 가장 낮은 일사량을 기록했다.
또 우리나라의 수평면 전일사량 자원에 대한 계절별 일사량 분포 특성은 봄철과 가을철의 일사조건은 대체로 내륙지방보다는 해안지방이 좋으며 여름철은 전국이 고른 분포를 나타낸 반면，겨울철은 남해 일원 지역의 일사량이 다른 지역들보다 상대적으로 높은 형태를 나타냈다.
⊙ 태양열에너지 어떻게 이용되나？
저온 분야는 주로 건물의 냉난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설에 활용되며 중·고온 분야는 산업공정열 및 열발전과 태양화학 등에 이용된다.
우선 태양열 냉난방 시스템은 건물 구조체를 이용해 반영구적이며 보조 동력기구를 사용하지 않고 자연순환만으로 냉난방할 수 있게 해준다.
자연채광 등 각종 요소기술과 에너지자립 건물인 제로에너지 태양주택이 여기에 속한다.
태양열 온수급탕 시스템은 현재 태양열 이용에 있어 가장 오랜 역사와 경제성을 갖는 분야로 이미 실용 단계에 와 있다.
태양열 온수 급탕에서 요구되는 적정 온도의 수준이 섭씨 40~60도 정도의 저온이므로 집열 장치가 비교적 저가이고 단순하며 생산 및 설치에 경제성이 높아 다른 태양열 이용 분야보다 앞서 있다.
태양열 냉방은 주거의 냉방에는 물론 음식물의 냉장에도 응용 가능하다.
특히 난방 시스템과 병행해 여름철에는 냉방에,겨울철에는 난방에 같은 집열기를 공용할 수 있는 시스템이 관심을 끌고 있다.
태양열에 의한 냉방은 난방 및 온수와는 달리 부하가 발생하는 시기(하절기)에 일사 강도도 크고 또한 냉ㆍ난방(급탕)용으로 사용할 경우 태양열 시스템을 연중 이용할 수 있다는 장점 때문에 전 세계적으로 많은 연구의 대상이 되어왔다.
⊙ 태양광 발전소도 만들 수 있어
한편 태양열을 이용하여 중·고온을 얻기 위해서는 태양광을 집광,유용한 에너지 형태로 변환시켜야 한다.
변환된 에너지는 산업공정열，전력발생 또는 화학공정 등에 사용되고 있다.
현재까지 개발된 집광형 태양열 집열기는 태양을 추적할 수 있으며 태양광을 집속하여 흡수기로 반사시키기 위한 반사경으로 구성된다.
평판형 집열기는 모두 고정형이며 온도 범위도 100도 이하로 공정열 및 전력발생용으로는 사용할 수 없다.
집광형 집열기는 100~1500도의 온도를 얻을 수 있어 태양열 발전 및 산업공정열 등에 널리 보급, 활용되고 있다.
집광형 집열기는 반사경 면적과 흡수기 면적비(집광비)로서 필요한 온도를 집광할 수 있다.
태양복사열을 활용하면 태양열 발전소도 건설할 수 있다.
전 세계 사막의 약 1%에 태양열발전소가 세워진다면 2000년에 소비된 전 세계 에너지를 충분히 공급할 수 있다.
태양열발전 시스템의 종류는 집광식과 태양열 굴뚝으로 구분되는데 현재 태양열발전의 주류는 집광식이 차지하고 있다.
집광식은 크게 세 가지로 중앙집중형 시스템과 분산형 시스템, 독립형 시스템으로 구분된다.
이 중 중앙집중형 시스템은 태양 추적 장치(heliostat)라고 불리는 거대한 태양 추적 반사경에서 반사된 태양광을 중앙에 위치한 탑의 한 점에 모아 고열을 얻고, 이 고열로 열교환기 등을 이용해 고압 수증기를 발생시켜 전기를 얻는 방식이다.
황경남 한국경제신문 기자 knhwang@hankyung.com
/도움말=한국에너지기술연구원 강용혁 박사
