날씨가 내린 난제, 기술조합으로 극복한다!

홋카이도청과 삿포로시가 보조금을 교부한 ‘눈을 극복하는 추적식 양면 발전 시스템 개발 사업’은 2015년에 시작됐다. 이는 태양광 패널 위에 눈이 쌓이는 것을 방지하면서, 설비 이용률(발전능력에 대한 연간 발전량)이 20%를 넘는 고효율 태양광발전을 구현하는 것을 목표로 하는 프로젝트다.

이때 태양광발전 설비에는 두 종류의 기술을 조합시킬 예정이다. 하나는 태양의 움직임에 맞춰 패널의 방향을 변화시키는 추적식 태양전지 시스템으로, 지주 위에 가동식 받침대를 탑재하고, 그 위에 태양광패널을 배열하는 것인데, 이를 통해 강설 시에는 지면의 수직 방향으로 패널을 세워 적설을 방지할 수 있다.

또 하나의 기술은 패널 앞면과 뒷면, 즉 양면에서 발전할 수 있는 태양전지다. 태양광에너지를 전력으로 변환하는 반도체 양측에 수광기구(受光機構)를 도입한 것이다. 이 기술을 활용하면 지면에 반사한 태양광으로 발전할 수 있으며, 강설 시에 수직 상태가 되더라도 양면을 사용해 발전을 계속할 수 있다.

일본 국내의 태양광발전에서는 설비 이용률의 표준치가 13% 정도인데, 추적식을 사용하면 발전량은 1.4배가 되며, 그리고 양면발전을 구현하면 1.2배로 증가할 것이다. 그리고 두 기술을 조합해 1.68배 높은 발전량을 구현하면 설비이용률은 21.8%로 상승할 것으로 기대된다.

설비이용률 높일 가능성 충분
실증사업은 두 기관이 맡아서 진행할 예정으로, 추적식 시스템을 개발한 후지프레암(Fujipream)과 양면발전 시스템의 PVG 솔루션즈(PVG Solutions)가 컨소시엄을 구성해 삿포로 시내에 있는 홋카이도과학대학 캠퍼스에서 실증사업을 개시할 계획이다.


PVG 솔루션즈는 아사히카와시에서 가동 중인 ‘가사히카와 북부 솔라발전소’에 양면발전 태양전지를 납품한 실적이 있다. 이 발전시설은 3만 5,000㎡의 부지에 5,320장의 양면발전 패널을 설치한 형태로 1,250kW의 발전능력이 있으며, 패널의 표면에 눈이 잘 쌓이지 않도록 40°의 설치 각도를 채택했다.

2013년 9월에 운전을 개시해 올해로 3년째에 접어들었으며, 2014년 8월부터 2015년 7월까지의 실적을 보면, 연간 발전량은 169만kW/h로 단면발전의 경우와 비교하면 약 1.2배 이상을 기록하고 있다. 설비이용률은 표준을 상회하는 15.4%에 이른다.

PVG 솔루션즈에 의하면 이 양면발전 패널은 겨울 적설 시에는 지면에 쌓인 눈의 반사광으로 인해 뒷면에서 먼저 발전이 이뤄진다. 그리고 발전에 동반된 열로 패널 표면의 눈이 쉽게 제거되는 효과가 발생하게 된다. 물론 눈이 내리는 겨울에는 초봄과 비교하면 발전량이 1/4까지 감소하지만, 그래도 양면으로 발전함으로써 단면의 발전량보다 40% 이상 증가시킬 수 있다.

한편 추적식은 후쿠시마 현의 농원에서 영농형 태양광발전에 사용되고 있다. 이와키시에 75기의 발전시스템을 설치해 2014년 9월부터 가동 중인 상황으로, 발전능력을 합치면 412kW가 되며 연간 발전량은 71만 kWh로 예상되고 있다. 예정대로 발전할 수 있다면 설비 이용률은 19.6%에 이르고 이는 표준인 13%와 비교하면 1.5배 높은 수준이다. 그리고 만일 양면발전이 추가되면 설비이용률은 20%를 넘을 가능성이 충분히 있다.

홋카이도에서는 여름보다 겨울의 전력수요가 커지기 때문에 재생가능 에너지를 통한 자급률을 높이기 위해서는 겨울의 발전량을 가능한 한 증가시킬 필요가 있다.
이 실증사업은 홋카이도의 ‘2015년 환경, 에너지 프로젝트 형성 촉진사업’과 삿포로시의 ‘삿포로형 환경, 에너지 기술개발 지원사업‘의 보조금으로 지원한다.

출처 : KISTI 미리안

SOLAR TODAY 지 준 영 기자(st@infothe.com)

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