하이브리드 시스템으로 폐열과 지엽적 복사 재활용해 효율성 도모
지 준 영 기자
보통 태양에너지를 전기로 변환하는 집광형 태양광발전 시스템은 에너지의 대부분을 폐열로서 잃어버리는, 즉 태양광의 일부만을 활용할 수 있는 단점을 갖고 있었는데, 태양광발전 시스템의 효율을 크게 개선할 수 있는 단초가 제공된 것이다.
기존 시스템에서 발생된 폐열은 온도가 낮아 적용할 수 있는 분야가 극히 한정돼 있었으나, 수 챠오 교수의 시스템은 폐열을 유기랭킹사이클과 같이 버려지는 열을 이용해 전기를 생산하는 시스템에 적용, 즉 폐열을 이용해 과열 냉매 증기를 생산할 수 있음을 보여줬다.
최근 사이언스 불레틴에 태양광발전과 태양열발전의 하이브리드시스템이 발표됐다. 화베이 전력대학의 수 챠오 교수의 연구팀은 새로운 CPV/집광형 태양광발전(CSP : oncentrating Solar Power), 하이브리드 시스템이 바로 그것인데, 이 연구는 기존 발전 시스템의 약점을 효과적으로 보완한 것이라고 볼 수 있다.
보통 태양에너지를 전기로 변환하는 집광형 태양광발전 시스템은 에너지의 대부분을 폐열로서 잃어버리는, 즉 태양광의 일부만을 활용할 수 있는 단점을 갖고 있었는데, 태양광발전 시스템의 효율을 크게 개선할 수 있는 단초가 제공된 것이다.
기존 시스템에서 발생된 폐열은 온도가 낮아 적용할 수 있는 분야가 극히 한정돼 있었으나, 수 챠오 교수의 시스템은 폐열을 유기랭킹사이클과 같이 버려지는 열을 이용해 전기를 생산하는 시스템에 적용, 즉 폐열을 이용해 과열 냉매 증기를 생산할 수 있음을 보여줬다.만이 활용됐고 낮은 집중도를 가진 지엽적 복사(Peripheral Radiation)는 버려지게 됐다.
수 챠오 교수의 연구진은 이 점을 보완할 수 있는 새로운 시스템을 제안한 것이라고 볼 수 있다. CPV/CSP 하이브리드 시스템은 CPV 모듈과 후면의 증발식 냉각 서브시스템, 그리고 태양열리시버와 ORC로 구성되는데, 이 시스템에서 고농도 복사의 핵심 부분은 직접 전기를 생산하고, 냉매는 태양전지에서 발생하는 폐열을 흡수한 후 포화증기가 되어 리시버 튜브로 보내진다. 그리고 지엽적 태양복사에 의해 가열돼 과열 증기가 된 후 ORC를 통해 전기를 생산하는데 활용되는 것이다.
다시 말해, 이 시스템은 버려지는 열과 지엽적 저농도 복사를 더욱 효과적으로 이용할 수 있다. 이 하이브리드 시스템은 복합발전 기능 덕분에 열병합 발전으로 제약을 받는 일반 CPV/T가 가진 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 챠오 교수는 시스템을 위한 정상상태 물리모델을 구축해 에너지분석을 실시한 결과 고온 과열 수증기를 얻는데 활용될 수 있는 유용한 지엽적 저농도 복사 에너지가 상당하며, 시스템을 통해 전체 태양광-전기 효율을 크게 개선할 수 있다는 사실을 밝혔다.
전체 효율을 살펴보자면 일반 CPV 시스템에서는 28.4%, 하이브리드 시스템에서는 최대 44%까지 개선될 수 있다. 연구진이 제안하는 CPV/CSP 하이브리드 시스템은 고효율 태양광발전과 관련한 실현 가능한 방안을 제시할 것으로 기대된다.
SOLAR TODAY 지 준 영 기자 (st@infothe.com)
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