열을 빛으로 변환…태양광 발전 효율 높일까?

지구 온난화 같은 기후 변화에 대처하기 위해 전 세계적으로 태양광이나 풍력 등 신재생에너지를 이용한 발전을 추진한다. 새로 개발한 열을 빛에 효율적으로 변환하는 장치는 태양광 발전 효율을 지금 이상으로 상승시키는 데 도움이 될 것으로 보인다.

태양광 발전에서 종종 문제가 되는 건 태양을 어떻게 효율적으로 전력 변환하느냐다. 발전 효율에 따라 같은 태양 발전량도 달라지지만 현재 태양전지 모듈 변환 효율은 높아도 20% 가량이다.

태양광 발전 과정에서 발생하는 폐열은 태양광 발전 출력과 설비 수명 등에도 관련이 있다. 정교한 냉각 시스템을 도입하고 폐열 발전 설비를 조합해 폐열 문제를 해결하려는 노력을 하는 이유도 여기에 있다.

미국 라이스대학 연구팀은 폐열을 빛으로 변환하고 다시 태양광 발전 자원으로 활용하는 방법을 제안한다. 구루라즈 나익(Gururaj Naik) 교수는 물체가 열을 전자파로 방사하는 열방을 이용해 열을 빛으로 변환하는 방법을 개발했다고 밝히고 있다. 모든 열을 가진 물체의 표면은 열복사로 빛을 발한다. 문제는 열복사는 광대역에서 이뤄지지만 빛을 전기로 효율적으로 변환하는 방사선은 좁은 대역에서 이뤄져야 한다는 것. 연구팀은 탄소나노튜브를 이용해 열을 방출하는 전자파를 더 좁은 대역 필터 장치를 개발했다.

연구팀이 개발한 개념증명 장치는 전자가 한 방향으로만 통과할 수 없는 탄소나노튜브 필름을 정렬해 만들었다. 700도 고온에 견딜 수 있어 태양광 발전에 적합한 빛으로 전환하는 게 가능하다고 한다. 열을 전력으로 변환하는 가장 효율이 좋은 방법은 터빈을 이용한 것이다. 하지만 연구팀은 움직이는 부품을 이용하지 않는 콤팩트 시스템에서 작업을 단순화하는 목표를 세우고 있다.

연구팀은 표준 태양 전지에 이번에 개발한 장치를 추가해 피크 발전 효율인 22% 이상 효율을 달성할 수 있다고 주장하고 있다. 이론적 예측으로는 80% 발전 효율을 얻을 수 있다는 주장인 것. 연구팀은 다음 단계로 태양 전지 장치를 조합해 실제로 태양광 발전에 따른 폐열을 빛으로 변환하고 다시 발전에 이용하는 걸 계획하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.