“창조경제 실현으로 20조원 시장에 도전하다!”

김 미 선 기자

“우리는 오로지 수상 태양광 산업만 바라보고, 모든 것을 다 걸면서까지 지난 8년간 연구 개발에만 몰두해 왔다.”

태양광발전소를 운영하며 수상 레저 사업에도 조예가 깊었던 우도영 대표는 기존 태양광발전소의 한계를 뛰어넘는 새로운 태양광발전 공법에 대해 고심하던 중 육상 고정식 및 추적식 태양광발전 방식의 장점 등을 극대화하는 새로운 공법을 개발해 냈다. 바로 물 위에서도 추적 방식을 적용한 ‘수상 회전식 태양광발전 시스템’ 기술이 그것이다.

당초 우 대표가 이 기술에 대해 연구 개발하고 있을 때까지만 해도 ‘땅에서도 충분히 발전할 수 있는데 왜 굳이 수상에 태양광발전소를 설치하냐’는 반응이 대부분이었다고 한다. 괜히 자금만 투자하다 실패할 것이라는 부정적인 시선들이 있었지만, 올해 정부 정책으로 수상 태양광발전에 대한 가중치가 1.5로 공표되면서 솔키스는 단숨에 관련 업계의 주목을 받게 됐다.

고정식 방식과 추적식 방식의 장점 한 번에

우 대표는 “수상 회전식 태양광발전 시스템 방식은 육상 고정식 및 추적식 태양광발전 방식과 수상 고정식 발전 방식의 한계를 뛰어넘는 공법”이라고 강조했다.

국내에서 가장 설치 실적이 많은 육상 고정식 태양광발전소의 경우 태양전지가 남쪽을 향해 고정돼 있어 오전과 오후에는 상대적으로 햇빛을 적게 받기 때문에 하루 평균 발전 시간은 3~4시간에 불과하다. 반면, 육상 추적식 방식의 경우 발전 효율은 높지만, 그림자가 길게 늘어져 육상 고정식에 비해 넓은 간격을 두고 설치해야 하는 등의 이유로 고정식 대비 동일 면적의 60~65%밖에 설치를 못한다는 단점이 있다. 더욱이 추적식의 경우 태양광 추적을 위해 작은 모터를 사용하기 때문에 태풍에 취약하고 고장률이 높은 데다, 시공사들의 무상 A/S 기간도 준공 후 3년 정도에 불과해 태양광발전 사업자 입장에서는 유지보수 비용에 대한 부담도 있었다.

우 대표는 “이 같은 한계점을 해소하기 위해, 우리는 고정식의 내구성을 유지하면서도 태양을 쫓아가며 발전 시간을 연장시킴으로써 발전 효율을 한층 높이는 방법을 강구했다”며, “수상 환경에서 부상체를 사용해 고정식 태양광발전 설비를 설치한 후 이 부상체 자체를 일정한 간격으로 회전을 제어하면서 아침부터 저녁까지 태양을 추적하는 수상 ‘회전식’ 방식을 개발하게 됐다”고 말했다.

이 시스템의 기본적인 원리는 부상체 위에 구조물을 올린 후 그 위에 태양광 모듈을 고정식으로 설치하고 부상체와 와이어를 연결해 제어부에 연결한 후 제어시스템을 통해 부상체 전체의 회전 및 움직임을 제어하는 것이다.

우 대표는 이 방식의 경우 부상체 전체를 움직이기 때문에 제어 기술이 매우 중요하다고 설명했다. 그는 “저수지 등과 같은 수상 환경 내에서는 가뭄 및 홍수, 태풍 등 자연 환경적인 요인 때문에 수위가 쉽게 변동될 뿐더러, 이를 쉽게 감지할 수도 없다”며, “수상 태양광을 하기 위해서는 이 같은 수위 변동을 정확하게 감지하는 기술이 필요하기에 누구나 쉽게 접근할 수 있는 분야는 아니다”라고 말했다. 이어 그는 “솔키스는 파랑에 관계없이 수위 변동을 정확하게 감지하는 센싱 기술을 적용해 부상체의 움직임을 정확하게 제어할 수 있다”면서, “부상체의 평상시 회전각도는 180°를 유지하되, 강풍 및 태풍의 영향에도 일정한 각도 이상을 넘지 않도록 완벽하게 대응할 수 있는 보호 장치도 갖추고 있어 한층 안정적”이라고 설명했다.

태양광발전의 새로운 비전, 수상 회전식 태양광 시스템

“우리나라는 땅이 좁기 때문에 육상 태양광 시장의 경우 시간이 흐르면 한계에 다다를 것이 분명하다. 그 대신 3면이 바다인 데다, 강 및 저수지 등 수자원이 풍부해 수상 태양광 시장은 향후 활성화될 것이다.”

우 대표는 올해 수상 태양광발전의 가중치가 1.5로 발표되며 시장이 열린 현 상황에서 국내 공공기관이 보유한 수자원을 활용하면 천문학적인 숫자에 이르는 수익을 창출할 수 있을 것이라고 전망했다. 그는 “국내 공공기관 중 한국수자원공사의 경우 39%의 댐, 한국농어촌공사는 48%의 저수지, 지자체는 13%의 소류지 등 많은 수자원을 보유하고 있다”며, “이 중 5% 정도만 활용해도 총 4,170MW 규모(표 참조)에 이르는 발전소를 설치할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이는 1MW 설치시 공사비를 45억원으로 책정할 경우 국내 시장만 해도 약 18조8,000억원의 시장을 창출할 수 있는 규모에 해당된다. 이에 대해 우 대표는 “향후 세계 시장으로 진출할 경우 엄청난 시장 창출이 예상된다”면서, “이것이 바로 진정한 의미의 ‘창조경제’가 아니겠냐”고 강조했다.

육상 고정식 대비 22% 발전 효율 향상

우도영 대표는 수상 회전식 태양광발전 시스템 방식의 경우 육상 고정식 태양광 방식 대비 22% 이상 발전 효율을 향상시킬 수 있다고 강조했다.

정부의 발표 자료에 따르면, 기존 육상 태양광 방식의 경우 지열로 인해 모듈의 과열 현상이 일어나 오히려 발전 효율이 급격히 떨어지는 데 반해, 수상 고정식 태양광 방식은 물의 자연 증발로 인한 모듈의 자연 냉각으로 육상 태양광 대비 약 10%의 출력 향상 효과가 있다고 한다. 이에 대해 우 대표는 “당사가 8년간에 걸쳐 연구 개발한 수상 회전식 태양광발전 시스템은 회전을 통해 태양을 추적함에 따라 수상 고정식의 발전 효율보다 12% 이상 높일 수 있었다”며, “이는 결과적으로 육상 고정식 태양광 방식에 비해 22% 이상의 발전 효율 향상 효과가 있는 셈”이라고 강조했다.

솔키스는 이를 객관적으로 입증하기 위해 4년 전부터 전북 김제시 옥성리에 32.4kW 규모의 시범단지를 조성해 실증에 들어갔다. 동일한 모듈 및 장소, 환경 조건하에서 각각 10.8kW 규모의 육상 고정식 방식, 수상 고정식 방식, 수상 회전식 방식의 발전시스템 모델을 구성한 후 실제로 실험해 본 것이다. 그 결과, 수상 회전식의 경우 수상 고정식보다 발전 효율이 12%나 더 높다는 점까지 확실하게 실증할 수 있었다. 그리고 여기서 생산된 발전량은 그대로 한전에 판매해 실질적인 비교 데이터 자료까지 남길 수 있었다.

우 대표는 “발전 효율 향상이 곧 수익으로 이어지는 태양광발전의 구조상 기업들은 셀과 모듈의 효율을 높이기 위해 많은 시간과 비용을 들여 연구 개발을 하고 있다”면서, “우리는 제품 및 원료가 아닌 공법을 통해 육상 고정식보다 발전 효율을 20%대 이상 향상시키는 기술을 개발해 냈다”고 밝혔다. 이어 그는 “수상 회전식 태양광발전 시스템 공법은 전 세계적으로 전례를 찾아볼 수 없는 전무후무한 공법”이라면서, “이 같은 공법에 이어, 수상 태양광발전 시스템의 안정성 확보를 전제로 시공 원가를 절감할 수 있는 태양광 모듈 일체형 방법까지 개발했다”고 덧붙였다.

창조 경제를 실현하는 일거다득(一擧多得)의 발전 공법

“수자원을 갖고 있는 기관들 대부분은 국가 세금을 예산으로 사용하는 공기업들이기 때문에 만일 수상 태양광발전소를 건설할 경우 국가 예산을 낭비하지 않도록 안정성을 최우선으로 고려해야 하되, 효율성 높은 공법을 선택해야 할 것이다.”

우 대표는 국민의 세금으로 사업을 운영하는 이들 공기업의 특성상 세금을 낭비하지 않으면서도 수질 및 수중 생태계에 악영향을 주지 않는 공법을 선택하는 것이 바람직할 것이라고 거듭 강조하며, 수상 회전식 태양광발전 방식이야말로 이 같은 요구사항을 충족시키는 기술이라고 설명했다. 그에 의하면, 1MW 기준으로 동일한 공사비를 투자한 경우 20년간의 발전소 운영 기간 동안 수상 회전식의 경우 수상 고정식보다 약 두 배 이상에 달하는 이익을 얻을 수 있다고 한다. 이에 대해 우 대표는 “설치 비용이 같다면, 수익을 2배 이상 창출하는 공법을 선택하는 게 당연하지 않겠냐”고 반문하면서, “발전 효율 향상은 물론, 수질 개선 및 수중 생태계 보호, 물 증발량 억제 등 많은 장점을 가진 수상 회전식 태양광발전 시스템 기술이야말로 융·복합의 토대 위에 개발된 진정한 의미의 창조 경제를 실현하는 것”이라고 덧붙였다.

또한 그는 “옥상 및 수상 태양광발전에 가중치를 높게 준 이유는 임야 및 전, 답 등 국토를 훼손하지 말라는 이유가 아니겠냐”면서, “수상 태양광의 경우 설치 후 다시 철거한다 해도 자연 환경을 훼손하지 않을뿐더러, 국내 공공기관이 보유하고 있는 수자원을 활용한다면 여의도 면적의 8배 이상인 약 2,000만평에 달하는 부지 대체 효과를 누릴 수 있다”고 설명했다.

특히, 솔키스의 공법을 활용하면, 태양의 움직임을 따라 움직이는 부유체에 인공 산란 시설 및 치어 피신장을 설치해 수중 생태계 환경을 한층 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, 수상 구조물이 수면에서의 물 증발량을 억제함으로써 수자원의 손실도 막아준다고 한다. 이와 더불어, 수상에 부상체를 설치함으로써 자연 차광으로 인한 녹조 방지는 물론, 만약 산소 주입 장치를 설치할 경우에는 용존산소 농도를 증가시켜 수중 부영양화 억제 및 물질 순환을 촉진시킴으로써 수질도 개선할 수 있다.

우 대표는 “당사는 수질에의 악영향을 최대한 줄이기 위해 가격적으로 다소 부담이 있기는 하지만, 동절기 수면 결빙시에도 깨지지 않는 친환경 원료인 PE관을 사용해 안정성 확보 및 혹시 모를 환경오염의 가능성도 없앴다”고 밝혔다.

수상 회전식 태양광발전 시스템, “이제부터 시작이다!”

8년 전만 하더라도 “말도 안 돼”라던 수상 태양광발전은 올해 정부가 가중치를 1.5로 발표하면서 새로운 거대 시장을 창출하게 됐다. 이런 상황에서 솔키스의 업무 분위기는 요즘 하루하루가 싱글벙글이다. 이에 대해 우 대표는 “지자체 및 시공을 전문으로 하는 굴지의 대기업은 물론, 모듈 및 재료 업체들까지 연일 연락을 해 온다”며, “우리는 우선 풍부한 수자원을 가진 공공기관과의 업무 협약을 통해, 향후 저수지 등의 원래 기능은 최대한 살리면서도 전기 생산 기능 및 조형물로서의 기능까지 갖춘 다목적 태양광발전소를 건설해 나갈 것”이라고 밝혔다.

한편, 우 대표는 “수상 회전식 태양광발전 시스템 기술이 벌써 타 업체들에 의해 기술 침해되는 사례가 발생하고 있다”면서, “전 세계적으로 유일무이하다시피 한 이 같은 공법은 국가적 차원에서 제도적 장치를 마련해 보호해야 할 것”이라고 강하게 주장했다. 이와 관련해 솔키스는 2007년부터 특허 출원에 들어가 현재 2건의 실용신안 및 7개의 발명 특허를 보유하고 있는 데다, 추가적으로 5건이 출원 중이며 해외 출원도 진행 중이다. 또한 이미 등록된 특허 기술을 기반으로 추후 해상 태양광발전 시스템도 추진할 계획이다.

사명인 ‘솔키스(Solkiss)’는 ‘솔라(Solar)’와 ‘키스(Kiss)’라는 두 단어를 합성한 신조어로, 말 그대로 ‘태양의 입맞춤’이라는 의미다. 우 대표는 “수상 회전식 태양광발전 시스템 방식을 보면 태양을 향해 아침부터 저녁까지 태양광 모듈이 입맞춤하고 있는 상황이 연상되지 않느냐”면서, “이처럼 태양과의 입맞춤을 통해 태양광발전 효율을 높이는 데 더욱 노력하겠다”는 의지를 보였다.

Solar Q&A

발전 효율과 자연까지 고려한 ‘수상 회전식 태양광발전 시스템’

지난 3월 7일, 경기도 양평에서 신재생에너지가 나아갈 방향에 대해 토론하는 자리인 한국농어촌공사 경기지역본부의 ‘녹색기술 발전을 위한 SMART 기전 워크숍’이 열렸다.

이 자리에서 솔키스 우도영 대표는 향후 신재생에너지 산업이 나아갈 방향 중 하나인 유휴 수면을 활용한 수상 회전식 태양광발전 시스템에 대해 설명했다. 전 세계적으로 첫 선을 보이는 수상 회전식 태양광발전 시스템 기술에 전문가들의 질문이 이어졌다.

Q. 수상 고정식의 경우 시공 단가를 kW당 450만원이라고 발표했다. 수상 회전식 태양광발전 시스템 방식의 경우 저수지 바닥과 부상체를 연결하는 안전장치가 추가돼 시공 단가가 더욱 올라갈 것 같은데?

A. 솔직히 수상 회전식 태양광발전 시스템의 경우 수상 고정식 발전방식에 비해 발전 효율은 12%가 더 높긴 하지만, 안전장치를 추가해 단가가 더 드는 게 사실이다. 사계절의 자연 환경 변화시 부력재 및 구조물의 안정성이 최우선이기에 공사비가 높을 수밖에 없다. 그래서 안정성을 기반으로 경제성이 나올 수 있도록 연구 개발에 노력하고 있다. 수상 회전식 방식을 선택한다면 발전사업자들은 똑같은 설치 비용을 들이고도 안정성 확보는 물론, 12%나 높은 발전 효율을 통해 사업 운영시 더 많은 수익을 창출할 수 있을 것이다.

Q. 수상 회전식 태양광발전 시스템의 경우 시스템 자체가 움직이는 인공섬의 형태를 띠게 된다. 수상 회전식 태양광발전 시스템 방식의 경우 수면의 부상체와 저수지 바닥면을 이어주는 안전장치(중심축) 때문에 바람의 영향을 더 많이 받을 것 같은데, 그렇다면 그 안전장치가 바람의 영향을 어느 정도 견딜 수 있는지 테스트가 됐나?

A. 그에 관련해서는 이미 전문 기관에 의뢰해 지질 검사는 물론, 횡압력까지 모두 구조 검토를 실시했다. 수상에 2,500여평의 태양광발전 시스템을 설치하고 평당 100kg으로 무게를 정한 후 초당 50m/sec까지 바람이 부는 조건을 상정해 구조 검토를 마쳤다.

Q. 인버터의 경우 육상에 설치를 하게 되는데, 이 경우 접속반과 인버터의 케이블 접속은 어떤 식으로 이뤄지나?

A. 안전장치를 중심축으로 해 물 밑으로 수중 케이블을 연결시켜 육상의 기계실까지 들어오도록 구성한다.

Q. 겨울철에도 수상 회전식 태양광발전 시스템은 아무런 문제가 없는가?

A. 만약 가장 흔히 적용되고 있는 FRP 소재를 부력재로 사용할 경우 겨울철에 저수지나 댐의 물이 얼면 문제가 발생할 수 있다. FRP 자체는 유리섬유를 원료로 하고 있어, 겨울철에 깨질 수가 있기 때문에 수질을 악화시키는 유해한 물질이 수중에 녹을 우려가 있다.

그 반면, 이 수상 회전식 태양광발전 시스템 방식의 경우 영하 40℃ 환경에서도 견딜 수 있는 PE 소재를 사용해 한층 안정적이고 친환경적이라고 할 수 있겠다.

최근 부력재를 제조하는 업체에서는 가격이 낮은 부력재 및 일체형 부력재를 개발해 경제성을 확보했다고들 한다. 그런데 수상 태양광은 한 번 설치 후 20~30년은 사용해야 하므로 가격보다는 항상 안정성이 우선시돼야 한다.

작년 태풍 볼라벤의 영향으로 바람의 세기가 초당 50m/sec가 넘었다. 이 경우 안정성이 확보되지 않으면 발전 시설물은 당연히 파손된다. 더욱이 파손된 시설물로 인해 시설물이 설치된 댐이나 저수지의 둑과 제방이 훼손되는 상황까지 초래할 수 있게 되고, 만일 그 경우 2차 피해는 상상을 초월할 정도다. 즉, 경제성도 좋지만, 수상 태양광발전에 있어서 가장 중요한 것은 첫 번째도 안정성, 두 번째도 안정성이고 세 번째도 안정성이다.

SOLAR TODAY 김 미 선 기자 (st@infothe.com)

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