태양전지와 광섬유의 콜라보… 더 작아지고 더 많이 전기 만든다

재료연구원-솔라옵틱스, 태양광 발전 시스템 개발
광섬유 이용해 최대 전기변환 효율 시간 늘리고
태양광 패널 면적을 기존보다 5분의 1 축소 가능

한국재료연구원 나노표면재료연구본부 에너지전자재료연구실 임동찬 박사팀과 ㈜솔라옵틱스가 함께 개발한 광섬유-하이브리드 시스템(왼쪽)과 광섬유를 활용한 태양전지. 재료연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 광섬유와 태양전지를 융합해 햇빛을 정면으로 받지 않아도 전기변환 효율이 높으며, 평면이 아닌 곡선을 가지는 태양광 발전설비로 만들어냈다. 이 태양광 발전설비는 일평균 최대 전기전환 효율 시간을 두배로 늘릴 수 있으며, 태양광 패널 면적을 80% 이상 작게 만들어도 기존 태양광 패널만큼의 전기를 만들어낸다.

한국재료연구원(KIMS)은 나노표면재료연구본부 에너지전자재료연구실 임동찬 박사팀이 ㈜솔라옵틱스와 함께 새로운 형태의 태양광 발전 시스템 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

임동찬 박사는 "이 기술은 기존 태양광 패널의 면적보다 5분의 1 이상 대폭 줄일 수 있고, 이동형 솔라발전기, 전기자동차, 분산형 발전시스템 등에 적용할 수 있다"고 말했다.

기존 태양광 발전은 평평한 형태의 패널에 태양광을 수직으로 흡수해 전기를 생산하는 구조다.

태양광 패널이 가진 평평한 형태의 2차원 구조는 빛의 수용성과 최적 각도의 문제로 면적대비 약 24% 수준의 효율과 일평균 3시간 30분 이내에서 최대 효율을 내는 한계가 있다.

연구진은 광섬유 표면에 나노 크기의 홀을 가공해 빛이 사방으로 퍼지는 것을 극대화했다. 또 산란된 빛을 최대한 흡수할 수 있도록 유기물 기반의 태양전지 구조를 재설계했다.

이를 통해 광섬유와 수평 형태의 태양광 패널을 수직 형태의 3차원 구조로 배치한 것이다. 즉, 빛을 수용하는 각도에 상관없이 기본적인 효율을 장시간 유지할 수 있게 했다. 그결과, 태양광 패널의 발전 효율은 물론 태양전지 패널의 최대 효율 구현 시간을 일평균 6시간 이상으로 크게 개선했다.

이번 연구성과는 측면 발광이 가능한 광섬유를 적용해 기존의 태양광을 실내환경(광섬유-태양전지 하이브리드 시스템)으로 이동시킨 것. 이를 통해 불안정한 외부 환경으로부터 패널을 안전하게 유지 및 관리하는 게 가능하고, 안정성 또한 향상할 수 있게 됐다.

외부에 노출됐던 기존의 불안정한 환경이 아닌 안정된 내부 환경에 이를 설치해 열과 먼지, 습도 등 외부 환경에 민감해 그동안 사용하지 못했던 고효율 패널의 채택도 가능해졌다.

연구진은 "향후 다양한 고효율 제품 개발과 양산화를 기대할 수 있다"고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자