두가지 목적을 위한 하이브리드 태양 어레이

두가지 목적을 위한 하이브리드 태양 어레이

해외과학 기술 동향

2010-11-16

신생기업인 Cogenra Solar는 최근 북부 캘리포니아 와인 양조장에 태양전지 어레이(Solar Array)를 설치하였다. 이들 어레이는 일반적인 태양광발전 전지와 폐열을 수집하기 위한 시스템으로 구성되어 있다. 이 설비는 양조장의 조명과 병입(Bottling) 관련 설비에 필요한 전기를 생산하고 탱크와 배럴에 사용되는 물을 가열하는 역할을 한다. Cogenra사는 대량의 전기와 물을 사용하는 사업장에 이와 같은 하이브리드 태양광 어레이를 설치할 계획을 갖고 있다. 아직까지 전기 생산 시 와트당 요구되는 비용에 대한 세부적인 내용을 발표하지 않고 있으나 가열에 필요한 비용은 일반적인 경우보다 훨씬 낮을 것으로 보고 있다.

Sonoma Wine Company가 소유하고 있는 이 와인 양조장에는 반사거울과 함께 늘어선 길이 10m, 넓이 3m의 파라볼릭 디시(Parabolic Dishes)가 설치되어 있다. 이 디시는 태양광을 단결정 실리콘 태양전지의 스트립에 집중시키는 역할을 한다. 파라볼릭 디시는 태양을 추적하여 이동하도록 되어 있는 기계적 암(Mechanical Arms) 위에 설치되어 있다. 수집된 열은 글리콜과 물의 혼합물을 가열시키고, 가열된 유체는 태양전지 뒤에 위치한 알루미늄 파이프를 통해 흘러간다. 글리콜 용액은 열교환기로 전달되며 여기서 물을 가열할 수 있다. 가열된 물은 저장탱크로 이송되고 냉각된 글리콜 용액은 다시 태양 어레이로 되돌아간다.

과거에 이와 유사한 하이브리드 태양에너지 시스템은 태양전지의 과열 문제로 실패하였다. Cogenra는 태양전지의 온도를 모니터링하는 센서와 냉각이 필요할 때 빠르게 유체를 빼내기 위하여 자동화된 제어 시스템을 이용한다. 콜로라도에 위치한 국립 재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 Tim Merrigan은 과열은 태양전지의 성능을 저하시키며 하이브리드 태양에너지 시스템 운용에 있어 큰 문제라고 말한다. Merrigan은 보다 정교한 장치를 사용하여 온도 증가를 모니터링하는 것이나 전지에서 유체를 내보낼 수 있도록 흐름을 제어하는 것은 문제 예방에 도움이 되나 쉽게 할 수 있는 일은 아니라고 말한다. Cogenra사의 기술에도 태양전지의 효율과 열의 양과는 상반관계(Trade-off)가 있어 온수 생산량이 많아지면 태양전지의 효율은 저하된다.

하이브리드 설비를 양조장에 설치하는 것은 Cogenra의 기술 및 하이브리드 기술에 대한 중요한 시험대 역할을 할 것이다. 이번 프로젝트를 통해 다양한 날씨 조건에 따라 얼마나 효율적으로 전기를 생산하고 물을 가열할 수 있는지와 양조장 가동에 필요한 가변적 수요를 충족시킬 수 있는지에 대한 데이터를 얻을 것으로 기대된다. 태양 어레이는 50kW의 전기를 생산할 수 있으며 이것은 222kW의 열에너지에 해당한다. Cogenra사의 CEO인 Gilad Almogy는 이러한 시스템이 양조장에서 물을 가열하기 위해 사용되는 천연가스의 45~50%를 저감할 수 있으며 전기 수요의 약 10%를 충족시킬 수 있다고 말한다.

Cogenra사에게 이 기술을 비용-효과적(Cost-effective)으로 만드는 것은 또 다른 도전이 될 것으로 보인다. 그러나 태양에너지를 활용한 온수 설비 도입에 혜택을 주는 정부 프로그램이 증가하고 있어 재정적 지원을 받을 것으로 기대된다. 캘리포니아에서는 이러한 지원 프로그램이 지난 10월부터 시작되었다. `17년까지 지속될 이 프로그램은 태양 온수 설비 도입에 대해 350백만 달러(약 4천억원)를 지원할 계획이다. 참고로 현재 캘리포니아에서 가동되는 대부분의 온수 설비는 천연가스를 이용하고 있다. 이번 프로젝트에 10.5 백만 달러(약 120억원)를 투자한 벤처캐피털 회사인 Khosla Ventures의 Vinod Khosla에 따르면, 다른 태양에너지 업체들이 시장진출을 위해 수백만 달러를 사용한데 반해 10백만 달러정도 사용한 이 기술은 매우 비용-효과적인 기술이라고 평가하였다.

키워드 : 태양 어레이, 파라볼릭 디시, 온수, 전기

출처: http://www.technologyreview.com/energy/26708/