[신재생에너지] ④ 태양 에너지 활용

[신재생에너지] ④ 태양 에너지 활용

세상 속 에너지의/세상의 에너지

태양은 지구에서 일어나는 대부분의 자연현상을 만들어내는 에너지의 원천입니다. 원시적인 인류는 태양의 중요성을 직관적으로 깨달았고, 태양을 숭배하는 종교나 의식을 만들기도 했습니다. 이러한 이유로 우리가 알고 있는 대부분의 신화나 설화에서 태양을 의인화하거나 신격화 한 예를 찾아볼 수 있는 것이지요

햇빛은 태양에서 일어나는 핵융합 반응에서 방출하는 전자기 복사파입니다. 태양에서는 라디오 주파수나 감마선을 포함, 다양한 전자기파가 방출된다고 하는데요. 실제 지표면에 도달하는 파장은 자외선보다 긴 파장입니다. 자외선보다 짧은 파장의 전자기파는 대기의 상층부에 흡수되거나 산란됩니다. 

그러므로 우리가 이용할 수 있는 전자기파는 적외선과 가시광선, 두 영역으로 나뉩니다. 그리고 영역마다 활용법을 달리합니다. 적외선 영역은 태양열(Solar Heat)로, 가시광선 영역은 태양광(Sunlight)으로 활용하는 것입다. 더 쉽게 설명하면 햇볕과 햇빛을 나눠서 활용한다고 할 수 있습니다. 햇볕과 햇빛, 태양열과 태양광에너지는 태양이 핵융합 반응을 멈추지 않는 한 지속해서 사용할 수 있겠죠?

태양열 에너지는 햇볕의 온기를 직접 이용하는 방식으로 활용하고 있습니다. 온기는 집열기에 모으고 다시 축열기에 저장합니다. 이를 온수 제조, 난방 또는 발전에 이용하는 것입니다. 아직까지도 햇볕의 온기를 저장하는 열매로는 비열이 큰 물을 주로 사용합니다. 겨울철에 물이 얼지 않도록 부동액을 첨가해주기도 합니다. 주택이나 소형 건물에 설치된 태양열 집진기를 많이 보셨을 텐데요. 이것은 1980년대부터 선보이기 시작한 시설입니다. 하지만 아직까지도 그 사용량이 크게 늘어나지 않은 까닭은 집열과 축열의 효율이 낮기 때문입니다

태양광 에너지는 가시광선이나 자외선으로 직접 전기를 변환하여 생산됩니다. 실리콘이나 갈륨-비소 등으로 만든 반도체 접합면에 햇빛을 쏘이면 외부 회로를 통해 N-형 반도체에서 P-형 반도체로 흐르는 전류가 발생합니다. 이를 ‘태양광전지’라고 부릅니다. 태양광 전지 역시 이미 전자계산기나 시계, 등대, 인공위성 등에서 널리 활용되고 있습니다. 그러나 발전 효율 개선 등 높고 안정적인 효율과 더불어 저렴한 시설비, 혹은 소재 개발도 우리의 과제로 남아있습니다.