태양열발전소의 효율 높이는 쇼트솔라의 리시버

김 미 선 기자

쇼트솔라(SCHOTT Solar)는 무궁무진한 에너지원으로서 태양의 가능성을 구체화하고 있다. 쇼트솔라는 태양에너지 플랜트에 사용되는 리시버를 생산하고 있으며, 집광형 태양열발전(CSP) 산업 내 시장 및 기술을 선도해 왔다. 리시버는 파라볼릭 트로프 기술을 바탕으로 태양에너지로부터 전기를 생산하는 대형 발전소의 핵심 요소다. 전 세계 태양열 프로젝트에 백만개 이상의 리시버를 공급해온 쇼트 솔라는 독일(Mitterteich), 스페인(Aznalcollar), 미국(Albuquerque) 등에 생산 기지를 운영하고 있으며, 최근 생산 시설을 확장해 연간 1GW의 설치 용량을 갖추었다. 쇼트솔라 리시버에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있어, 앞으로도 지속적인 시설 확장이 예상된다.

태양열발전소의 핵심, 리시버

태양열 발전소의 효율은 리시버에 의해 좌우된다. 리시버는 파라볼릭 트로프 형식 기술의 가장 핵심적 부품으로, 태양 복사 흡수력을 최대화하면서 열 발산을 최소화하는 것이 중요하다. 거울에 의해 모아진 태양 복사 에너지는 리시버 내 흡수관에 집중적으로 모아져 열 흡수 부분과 이를 감싸고 있는 유리 튜브는 섭씨 400도 온도를 견뎌야 한다. 이를 위해 리시버의 기술적·생산 측면에서 다양한 어려움이 존재한다. 유리와 금속 흡수관의 반사 최소화 및 이 두 부품 사이 안정화된 진공 상태, 게터 용량의 최대 활용, 유리-금속 접합의 안정화 등이 그 예다.

‘쇼트PTR 70’ 리시버는 총 4미터 길이로 열 교환 액체를 담고 있는 메탈 흡수관을 진공 상태로 감싸고 있는 특수 글라스 튜브로 구성돼 있다.

흡수 코팅(Absorber Coating)

쇼트솔라는 열 발산을 최소화하면서도 태양의 방사 에너지를 그대로 전달하는 특수 코팅을 개발했다. 새로운 특수 코팅은 섭씨 400도에서 ‘쇼트 PTR 70’의 흡수율을 95.5% 증가시키는 반면, 열 발산은 9.5% 이하로 낮추었으며 장기 열 안정성을 확보했다. 따라서 전기 생산에 대한 균등화 비용을 낮추고 생산을 극대화할 수 있다.

유리-금속 접합(Glass to Metal Seal)

진공 상태의 내구성은 유리-금속 접합의 기계적 강도와 온도 저항성에 달려 있다. 열팽창계수에 따른 재료를 조합해 ‘쇼트 PTR 70’ 리시버의 유리-금속 접합(Glass to Metal Seal)은 400도를 오가는 극적인 온도 변화를 견디며 안정적인 진공 상태를 유지할 수 있게 한다. 품질 확보를 위해 쇼트솔라의 모든 유리-금속 접합은 온도 쇼크 테스트를 거치고 있다.

유리관(Glass Tube)

리시버의 유리관은 태양 투과율을 위해 반사 방지(anti-reflective, AR) 필름을 사용한다. 대부분의 AR 필름은 붕규산 유리와 접합이 잘되지 않는 것이 문제가 되지만, 쇼트솔라는 특허 받은 생산 공정으로 밀착력과 내마모력이 높은 AR 레이어 구성을 출시해 96%가 넘는 투과율을 실현했다.

진공 안정성

게터 물질을 벨로우에 통합해 게터를 리시버의 가장 온도가 낮은 곳에 위치시켜 게터 용량을 최대화했다. 진공 안정성을 높인 것은 물론, 게터가 흡수관에 위치한 다른 디자인과 비교해 리시버 수명을 30% 정도 높인다.

가스 및 복사열 손실

쇼트솔라의 리시버는 진공 절연처리로 가스열 손실을 최소화했다. 또한, 쇼트 솔라는 열 손실을 영구적으로 최소화하기 위해 리시버의 진공 부분에 통합할 수 있는 영족 기체 캡슐을 최초로 개발했다. 이 캡슐은 추후 발전소 운영 중 언제라도 개봉이 가능하다. 영족 기체 캡슐은 열 손실을 영구적으로 최소화할 뿐만 아니라, 리시버가 매우 효율적인 방식으로 운영할 수 있게 한다. 리시버 수명이 개선되는 것은 물론 발전소의 경제적인 운영 측면에서도 크게 도움이 된다.

쇼트솔라 리시버의 적용 사례

쇼트솔라의 리시버를 사용하는 파라볼릭 트로프 태양열발전소는 1980년대부터 미국에서 전기를 생산하고 있다. 쇼트솔라는 대규모로 운영 중인 네바다 솔라원을 비롯, 최근에는 인도 최초 CSP 발전소 설립 프로젝트의 일환으로 인도의 고다와리 그린 에너지(Godawari Green Energy Ltd.) 회사에 1만7,000개의 ‘CSP PTR 70’ 리시버를 전달했다.

쇼트 솔라는?

특수 유리 전문 기업 쇼트(SCHOTT)의 자회사다. 글라스 튜브 제조사로서 그 경험과 지식을 활용해 리시버 관련 기술과 생산에 따른 많은 도전을 극복해 왔다. 쇼트는 127년의 역사를 자랑하는 특수 재료 및 부품, 시스템 개발 분야의 세계적인 기업으로 주요 주력 산업 부문으로는 가전제품 산업, 제약 산업, 태양에너지 산업, 전자제품 산업, 광학 산업, 자동차 산업이 있다. 현재 전 세계 42개국에서 1만7,500여명의 임직원이 근무하고 있으며, 회계연도 2009/2010년 기준, 전 세계적으로 약 29억유로의 매출을 올렸다.

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