정용환 기자
태양광 발전 시스템 보급은 2010년대 들어 급격한 성장세를 보이며 청정 에너지 선두주자로 널리 연구개발이 진행되고 있다. 이런 태양광 발전 시스템은 과연 실용적인지 그리고 왜 급속히 보급되고 있을까.
태양광 발전은 1950년대에 발명됐지만 실용적인 발전 방법으로 널리 사용되기 시작한 건 2010년대 들어서부터다. 아직 새로운 산업이지만 개발 속도는 굉장히 빠르며 다른 발전 방식을 압도하고 있다. 최대 100TWh 발전량을 달성한 시점부터 최대 1000TWh 발전량을 달성한 시점까지의 기간을 계산하면 풍력이나 원자력 발전이 12년, 천연가스가 28년, 석탄이 32년인 반면 태양광 발전은 단 8년밖에 걸리지 않았다고 한다.
이런 태양광 발전에 전 세계가 기대를 걸고 있으며 그 중에서도 미국에서는 계획 중인 신규 발전 시설 중 50%가 태양광 발전 시스템 관련 시설이라고 한다. 그렇지만 발전 절대량으로는 아직 적어서 2023년 기준으로 태양광 발전은 전체 발전량 가운데 4%, 미국의 경우 1%에도 미치지 못하는 수준이다.
세간에서는 과연 태양광 발전의 빠른 성장이 언제까지 계속될 것인지, 얼마나 많은 에너지를 효율적으로 공급할 수 있을지에 대한 의문이 있지만, 이는 몇 가지 사실을 통해 답을 얻을 수 있다.
하나는 비용이다. 1950년대 발명 이래 태양광 발전 비용은 거의 1만분의 1 수준으로 하락했으며 2010년대부터 2020년대에만 한정해도 50% 가까이 저렴해졌기 때문에 앞으로 더 저렴해질 것으로 예측된다.
태양광 발전 시스템 비용은 하드웨어 비용, 소프트 비용, 운영·유지보수 비용으로 나눌 수 있다. 하드웨어 비용은 태양광 패널, 인버터, 설치대, 설치에 필요한 인건비 등 물리적인 태양광 발전 시스템 자체에 드는 비용이다. 소프트 비용은 설계 작업, 인허가를 얻기 위한 작업, 개발업체 제반 비용 등 물리적인 시스템 구축에 직접 관련되지 않은 비용이다. 운영·유지보수 비용은 보험, 토지 임대료, 청소, 파손된 부품 교체 등 운용 중에 발생하는 비용이다.
미국에서의 일반적인 태양광 발전 시스템 하드웨어 비용과 소프트 비용 내역을 보면 1kWh당 총 비용은 1,060달러다. 운영·유지보수 비용은 낮아서 1kWh당 연간 16.58달러로 충분하다고 한다.
한편 태양광 발전 시스템에는 발전이라는 중요한 부분 외에도 또 다른 중요한 요소가 있다. 바로 축전 시스템이다. 태양광 발전은 말 그대로 태양광을 모아 전기 에너지로 바꾸는 시스템이지만 태양이 나오지 않으면 효율이 떨어진다. 비 오는 날은 당연히 발전 효율이 떨어지고 여름과 겨울도 일조 시간이 달라 발전할 수 있는 타이밍이 변화한다.
이를 위해 사용되는 것이 축전 시스템이다. 축전 시스템을 사용하면, 대량으로 발전할 수 있는 날에 에너지를 저장해두고 발전할 수 없는 날에는 저장해둔 전기를 에너지로 사용할 수 있다. 저장한 에너지는 물을 펌프로 끌어올리거나 메탄을 합성해서 나중에 태우는 등 다양한 보존 방법이 있지만 일반적으로 사용되는 것은 대형 리튬이온 배터리다. 이 축전 시스템 건설·유지·운영 비용은 물론이고 발전 시스템과 축전 시스템을 연결하는 인프라 구축에도 비용이 든다.
이를 종합하면 태양광 발전+축전 시스템으로, 공급하는 전력 비율을 변경했을 때의 전기료를 계산할 수 있다. 축전지를 전혀 사용하지 않고 태양광 발전의 전력을 낭비하지 않고 바로 사용할 수 있는 경우 이 태양광 발전 시스템 비용은 1kWh당 5.7센트가 된다. 다만 이 비용은 시스템 규모를 확대하면 급속히 상승한다.
발전과 축전 균형이 맞아가고 있는 것도 태양광 발전 시스템이 도입되고 있는 이유 중 하나다. 일반적으로 전력 수요 피크는 이른 아침과 밤에 찾아오지만 그런 시간대의 태양광 발전량은 거의 제로에 가깝고 수요 증가와 발전량이 일치하지 않는다. 이런 불일치는 흔히 덕 커브로 알려져 있지만 설비가 안정되면서 균형이 맞아가기 시작하고 있다고 한다.
환경에 대한 배려를 제외하면 태양광 발전이 주는 주요 이점은 비용상 저렴함이다. 태양전지는 연료가 필요 없고 가동 부품도 없으며 대규모 공장에서 대량 생산할 수 있고 유지보수도 거의 필요 없다. 태양전지를 땅에 놓으면 발전이 시작된다.
주요 단점은 태양이 언제 비칠지 제어할 수 없다는 점이다. 주야간 주기, 구름, 계절적인 태양 위치 변화 등 모든 게 태양광 패널 발전량을 저하시키고 일정량 전력을 안정적으로 발전하는 걸 어렵게 한다. 태양광 발전에 의한 전력 공급 비율이 커질수록 이 단점을 극복하기 위해 필요한 인프라는 대규모가 되고 비용도 높아진다. 하지만 태양광 발전 비용이 계속 하락한다면 이 단점은 그다지 신경 쓰이지 않게 될 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이원영 기자
