태양에너지는 전 칼럼에서 설명한 대로 태양속의 수소들의 핵융합에서 발생되는 에너지다. 지구에 도달하는 태양에너지의 30%는 대기와 구름, 지표와 해면에서 외계로 도로 반사되고, 70%가 흡수되는 데 19%가 대기와 구름에, 51%가 육지와 바다에 흡수된다고 한다. 지구에 1년간 흡수되는 태양에너지 총량은 385만 EJ (exajoule, 엑사쥴, 10의18제곱 쥴) 정도로서 전 세계 1년간의 소비 에너지의 총량인 474 EJ (2008년도 통계)의 8000배 이상의 양이다. 또 같은 해 전 세계 1년간의 전기에너지의 소비 총량이 겨우 60 EJ 정도인 것을 감안하면 태양에너지의 5천분의 1만이라도 완전 활용할 수 있다면 화석연료 사용에 따른 환경재해와 탄소가스배출을 종식시킬 수 있으며 원자력발전에 따른 방사능재해의 위험성을 완전히 벗어 날 수 있으면서 에너지문제, 전력문제를 해결할 수 있게 될 것이다. 그래서 태양에너지는 가장 안전하고 유망한 영구지속성 녹색에너지로 알려져 있다.

태양에너지의 활용을 1) 물과 공기를 가열하여 온수로 공급하거나 난방에 사용하는 방식, 2)물이나 다른 열전달 물질을 고온으로 가열하여 발전기를 돌려 발전하는 방식, 3) 태양에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 방식으로 나누어 볼 수 있다.

첫째 방식으로는 물이나 공기가 속에 흐르는 관들을 태양에 바로 노출 시키거나 집열 반사경으로 가열하여 온수를 얻거나 더워진 공기를 얻어 난방용으로 쓸 수 있다.

둘째 방식은 수많은 초점 집속형 반사경들을 이용하여 태양에너지를 한 점이나 한 연속선상에 모을 때 생기는 고온의 열을 이용하여 증기터빈 같은 장비를 가동하여 발전하는 것이다.

첫째, 둘째 방식들을 보통 “태양열(Solar Thermal)”에 의한 활용기술이라 한다.

셋째 방식은 실리콘이나 다른 반도체 결정에 태양에너지가 입사되면 묶여있던 전자들이 해방되어 전류로 흐르면서 태양에너지가 전기에너지로 변하게 되는 것을 이용하여 발전하는 방법으로서 보통 “태양광 포토볼타익(Solar Photovoltaic, Solar PV)” 발전이라고도 한다.

태양에너지에 의한 총전력 생산비율은 2008년 통계를 보면 미국에서 0.1%, 전 세계적으로 0.02%에 불과하다. 이유로서는 첫째 지면이나 해면의 단위면적당 도달하는 태양에너지의 양이 낮고, 또 전기에너지 혹은 열에너지로의 전환효율이 낮아서, 대량의 에너지를 얻기 위해서는 넓은 에너지 수집면적과 대량의 수집, 전환 장치가 필요하여 막대한 초기 투자가 필요하다. 남가주지역에 건설기획중인 50만 KW용량의 한 태양열 발전소는 4500에이커 (18.2 제곱Km)의 방대한 부지가 필요하다고 하며 에너지전환 효율은 2.75%라 한다. 태양열이나 태양광에 의한 발전소건설의 초기투자비용은 그래서 일반 화력발전소에 비해 4배 내지 6배라 한다. 둘째 이유로는 낮 시간대만 태양에너지를 얻을 수 있고 그것도 위도와 계절, 기상조건에 영향을 받을 수 있기 때문에 안정적 공급수준을 유지하기 어려운 점이다.

고갈되어가는 화석연료의 가격인상과 원자력발전의 방사능재해 공포 때문에 또 관련 과학기술의 발전으로 태양에너지의 경제성 유용성이 최근 급격히 향상되고 있다. 태양열 발전에 가동온도가 높은 열매체를 사용하고 집열반사경의 구조와 재질을 개선함으로서 에너지 전환 효율이 최고 30%이상까지 개선되고 있다. 태양광 발전에서도 기본구조인 태양전지(Solar Cell)의 재질을 개선하거나 성능이 우수한 재종으로 대체하여 효율이 최고 40%이상까지 개선되고 있다. 집열반사경이나 집광 패널이 태양을 추적하게 함으로서 집열 집광효율도 크게 개선되었다. 또 대낮의 태양열로 열매체를 고온으로 가열시켜 단열성이 높은 용기 중에 보관하다가 밤이나 궂은 날씨에 발전에 사용함으로서 태양전력이 연속적으로 공급될 수 있도록 하는 연구도 왕성히 이루어지고 있다. 태양에너지의 장래가 극히 밝아 보인다.

(공학박사)