수상 태양광 R&D 성과로 '한국형 에너지슈퍼스테이션과 산업지역 상생의 길 찾다!

[아이앤아이월드]

AC 융복합계류장치로 고박한 수상 태양광 

'수상 태양광 핵심 원천기술’ AC 융복합계류 시스템

1. 독보적 '수상 태양광 위치방향제어기술’의 탄생, 그 배경과 산고

2023년 태양전지 시장의 대부분은 중국제품으로 잠식된 상황이고 2015년 이전부터 이를 예견하는 전망과 우려의 목소리가 세계적으로 일어나고 있지만 한국에 맞는 생존전략을 찾기란 아직까지 쉽지 않다. 단지 Grobal Energy Trend가 후쿠시마 원전사고 이후 원전과 석탄을 이용한 화력발전에서 재생에너지로 급속한 전환기를 맞이하고 이 변화는 대륙간 경제적 부의 차이와 무관하게 ‘에너지 산업의 주류’로 부상하고 있다. 전세계 발전시설 발주 물량을 보더라도 이런 추세는 지속될것이란 예측과 분석이 지배적이다.

수원 일월 저수지에 고정식과 무축 회전식 수상 태양광 발전시설을 구축하고 실증 위해 7년간 데이터를 수집했다. 국내외 태양광 산업은 최근까지 고정식 수상 태양광 연구에 머물러 있지만 성균관대학교 정보통신대학과 아이앤아이월드는 2015년부터‘무축 회전식 수상 태양광 발전 시스템’이란 전세계적으로 유일무이 (唯一無二)한 ‘수상 태양광 발전 시스템' 기술개발에 나섰고 2016년 초부터 실증시설을 설치 운영중이다.

‘무축 회전식 수상 태양광 발전 시스템’ 연구개발은 실패확율이 매우 높은 '알키미스트 프로젝트'이다. 운명적으로 시작된 '본연구개발'은 정부지원의 사각지대에서 극한 상황에 처했지만 대학과 개인 발명가의 의지로 연구개발은 시작되었다.

한국형  수상 태양광 배치 개념도

2. 세계가 주목한 '한국형 회전식 수상 태양광 기술’

태양광 산업에 있어서 ‘회전식 수상 발전 공법’ 은 선진 과학계에서 조차 난제라 인식하고 있다. 프랑스 독일 영국 스페인 등 선진 외국은 지금 대규모 수상 태양광 프로젝트를 마련하고 댐에 건설하려 한다. 과학자들은 댐을 거대한 ESS로 보는 시각이 지배적이다. 태양전지에서 발생한 전기를 낯에 공급하고 저녁에는 절약한 물로 터빈을 돌려서 전력수요에 대응한다는 구상을 마련하고 이를 확대하려는 움직임이 여러 국가에서 감지되고 있다. 호주를 비롯한 환경을 최우선하는 국가에서도 이런 움직임은 뚜렷하다. 댐은 낙차가 심하고 조류가 일어나며 수심이 깊어서 무축 회전공법의 최적의 조건을 갖추고 있다.

한국은 수출주도형 국가이다. ‘무축 회전식 수상 태양광 발전 기술’ 은 한국형 비즈니스모델을 겸비한 '그린수소 재생에너지 발전 프로젝트'로 해외진출의 길을 열게 되면 태양광 산업에 있어 '캐시카우'로써의 위상을 바라볼 수가 있다.

요즘 국내 대학교는 중국 등 동남아시아 국가에서온 외국인 학생들로 북적이고 있다. 수원 성균관대학교 자연관학캠퍼스도 외국인 학생이 많이 체류하고 있다. 일월 저수지는 본 성균관대 길 건너편에 위치하고 있어서 점심식사후 산책코스로 유명하다. 저수지 주변 산책로에서 중국, 인도를 비롯한 외국인을 보는 것은 흔하며 이들 사이에 일월 저수지 수상 태양광 실증 단지에 대한 입소문이 나서 외국에서 유명세를 타고 있다. 얼마 전 몇몇 외국인들이 저수지에서 수상 태양광 발전시설 위로 드론을 날리다가 빠트리는 사고가 벌어질 정도로 ‘무축 회전식 수상 태양광 발전’ 기술은 ‘과학 한국의 쾌거’로 새롭게 인식 되어가고 있다(#아래 관련논문 참고).

이런 유명세의 전조 증상은 수년 전으로 거슬러 올라간다. 2018년 봄 터키 이스탄블시 공무원을 포함한 8명의 방문단이 성균관대학교에 찾아왔고, 싱가폴, 베트남, 방글라데시에서도 관련기관과 기업이 찾아오기도 했다. 비공식 방문을 포함하면 10여개 국가에서 일월 저수지 무축 회전식 수상 태양광 실증 단지를 방문했으며 현재도 방문하겠다는 국가는 늘고 있다. 최근 해외에서 개최하는 여러 수상 태양광 컨퍼런스로부터 참여해서 그 연구결과를 발표해달라는 요청은 꾸준히 늘고 있다.​

AC 융복합계류장치를 적용한 수상 태양광 단면도

3. 고난과 역경으로 점철된 ‘골고다 언덕’을 넘어서

7년여의 산고의 시간을 거쳐서 성공한 ‘무축 회전식 수상 태양광 발전 시스템’ 기술개발의 그 주인공은 성균관대학교와 개인발명가이다. 연구개발하는 기간은 질곡의 순간순간들로 점철되었다. 한편 정부의 연구개발 지원을 받은 회전식 수상 태양광 연구과제가 실패로 끝나면서 누구도 성공을 예상하지 못한 새로운 방식의 무축회전기술은 때로는 사장위기에 놓이기도 했다. 사계절 기후변화와 수변의 악조건을 극복해야 하는 난제와 대형화를 위한 사업장소 확보 및 개발자금 마련 등 인위적인 문제들이 연구자의 발목을 잡고 있다. 대학과 개인이 감당하기에는 마치 다윗과 골리앗의 싸움을 연상케 하기에 충분한 이와같은 상황들이 지금도 연구개발 현장을 가로막고 있는 것이다. 이런 문제를 연구자에게 짐을 지우는 현실과 온전히 감내하라는 사회적 분위기는 마치 형벌과도 같으나 '본연구개발' 참여자들은 꿈만같은 성공을 뒤로하고 대형화 상용화에 오늘도 매진하고 있다. Sun is rising everyday again!

한국 토종 수상 태양광 기술개발에 매진하며 물위에서 맞이한 저녁 노을

튀르키에 이스탄블시와 수상태양광 협력을 위한 수원세미나 개최 

4. 산업과 지역 상생의 길을 찾다.​

수상환경은 태양광 발전의 악조건과 유리한 조건을 동시에 갖고 있다. 사업부지 확보 측면에서 유리하지만 수변환경과 기후영향의 변수를 극복해야 한다. 대표적인 예가 '새똥문제'이다. 새똥은 달라붙는 특징이 있어서 달궈진 태양전지는 표면 흡착율이 높아진다. 이런 '새똥'의 영향은 태양전지 특성상 발전시설 전체로 파급 확산하여 전기생산효율을 급격하게 감소시킨다. 따라서 즉시 제거해줘야 하는 당면한 문제이다. 한국은 새만금 수상 태양광 발전이 계획되면서 새똥문제가 이슈화 되어 있다. 현재까지 다수의 피해가 계량화 되지 않고 있으며 노출을 꺼려하고 있다. 서해안지역과 남해 일부지역은 철새도래지로써 알려져 있다. 이곳에 수상 태양광을 건설하기 위해서는 철저한 대비책을 마련해야 하는 이유가 여기에 있다.

싱카폴 정부연구기관에서 얼마전 발표한 자료에 따르면 새똥으로 인해서 전기생산량 감소, 마이크로 크렉, 핫스팟 문제가 있다고 보고 있다. 나는 친환경적인 해법을 찾기 위해서 수만번 저수지로 들어갖고 새똥위를 뒹굴며 태양전지판을 수도없이 딱았다. 그결과 ‘무축 회전기술’ 은 새똥문제 차단 방법를 찾아서 오염도 50% 이상 줄이는 효과를 나타내고 있다. 아울러 유지관리부담을 경감하는 방법도 갖고 있다. 결론적으로 수상 태양광 산업은 시스템 기술로 획기적 발전효율 개선과 새똥오염방지 솔루션으로 유지보수 부담 줄여 얻어지는 수익으로 지역발전에 기여하는 선순환적 ‘산업지역 상생 비젼’ 이 가능하다.

5. 맺음말

지금 세계는 Global Green Renewable Energy Paradigm으로 급변하는 '에너지 전환기 서막' 앞에 서 있다. 한국은 수상 태양광 산업과 그린수소생산 인프라를 'KOREA Style' 로 조합한 한국다운 친환경 재생에너지 발전모델인 'KOREA Hydro-Floating Solar Power Plant Program' 을 준비하고 있다. 나 또한 국내외 수상 태양광 발전 시설 대형화 및 상용화 프로젝트를 추구하고 있다. 수면 임대 및 자금투자로 한국다운 친환경 재생에너지 발전모델 'Solar is One Project'를 실행하는, 지역 주민과 첨단기술이 더불어 사는 꿈 같은 미래가 우리 눈앞에 다가와 있다!

관련논문 : Comparing the Performance of Pivotless Tracking and Fixed-Type Floating Solar Power Systems

by Hongsub Jee 1,Yohan Noh 1,Minwoo Kim 2 andJaehyeong Lee 1,*ORCID

1. Department of Electrical and Computer Engineering, Sungkyunkwan University, Suwon 16419, Republic of Korea

2. INIworld Co., Ltd., Suwon 16417, Republic of Korea*

Author to whom correspondence should be addressed.

Appl. Sci. 2022, 12(24), 12926; https://doi.org/10.3390/app122412926

Received: 13 November 2022 / Revised: 8 December 2022 / Accepted: 15 December 2022 / Published: 16 December 2022

https://www.mdpi.com/2076-3417/12/24/12926