- 양면 발전 × 추적식으로 실증

홋카이도에서는 연간 일사량이 전국 평균을 상회하지만, 겨울 강설량도 많다. 설국의 재생가능 에너지를 확대하기 위한 시책으로서 태양광발전 효율을 통상의 1.5배에 해당하는 20% 이상으로 높이는 실증사업이 시작된다. 뒷면에서도 발전할 수 있는 태양전지를 채용하고 태양의 움직임을 추적하는 추적식을 병용한다.

홋카이도청과 삿포로시가 보조금을 교부하여 “눈을 극복하는 추적식 양면 발전시스템의 개발 사업”이 2015년도 내에 시작된다. 태양광 패널 위에 눈이 쌓이는 것을 방지하면서 설비 이용률(발전능력에 대한 연간 발전량)이 20%를 넘는 고효율 태양광발전을 목표로 하는 프로젝트이다.

태양광발전 설비에는 두 종류의 기술을 조합시킨다. 하나는 태양의 움직임에 맞춰 패널의 방향을 변화시키는 추적식 태양전지시스템이다. 지주 위에 가동식 받침대를 탑재하고, 그 위에 태양광패널을 배열하여 설치한다. 강설 시에는 지면에 대해 수직방향으로 패널면을 세워 적설을 방지할 수 있다. 또 하나의 기술은 패널 앞면과 뒷면 양면에서 발전할 수 있는 태양전지이다. 태양광 에너지를 전력으로 변환하는 반도체 양측에 수광기구(受光機構)를 도입한 것이다. 지면에 반사한 태양광으로 발전할 수 있으며, 강설 시에 수직상태가 되더라도 양면을 사용하여 발전을 계속할 수 있다.

일본 국내의 태양광발전에서는 설비 이용률의 표준치가 13% 정도이다. 추적식을 사용하면 발전량은 1.4배가 되며, 그리고 양면발전으로 1.2배로 증가할 것이다. 두 개를 조합시켜 1.68배의 발전량이 되면 설비이용률은 21.8%로 상승한다.

추적식을 개발한 후지프레암(Fujipream)과 양면발전시스템의 PVG Solutions가 컨소시엄을 구성하여 삿포로 시내에 있는 홋카이도과학대학 캠퍼스에서 실증사업을 개시할 계획이다. PVG Solutions는 아사히카와시에서 가동 중인 “가사히카와 북부 솔라발전소”에 양면발전 태양전지를 납품한 실적이 있다. 3만 5,000평방미터의 부지에 5,320장의 양면발전 패널을 설치하여 1,250kW의 발전능력이 있다. 패널의 표면에 눈이 잘 쌓이지 않도록 설치각도를 40도로 하였다.

2013년 9월에 운전을 개시하여 이미 3년째이다. 2014년 8월~2015년 7월 실적을 보면, 연간 발전량은 169만kWh로 단면발전의 경우와 비교하여 1.2배 이상을 기록하고 있다. 설비이용률은 표준을 상회하는 15.4%에 이른다.

PVG Solutions에 의하면 겨울 적설 시에는 지면에 쌓인 눈의 반사광으로 뒷면의 발전이 먼저 발생한다. 그리고 발전에 동반된 열로 패널 표면의 눈이 제거되기 쉬워지는 효과를 발휘한다. 눈이 내리는 겨울에는 초봄과 비교하여 발전량이 1/4까지 감소하지만, 그래도 양면으로 발전함으로써 단면의 발전량보다 40% 이상 증가시킬 수 있다.

한편 추적식은 후쿠시마현의 농원에서 영농형 태양광발전에 사용되고 있다. 이와키시에 75기의 발전시스템을 설치하여 2014년 9월부터 가동 중이다. 발전능력을 합계하면 412kW가 되며, 연간 발전량은 71만 kWh로 예상되고 있다. 예정대로 발전할 수 있다면 설비 이용률은19.6%에 이른다. 표준인 13%와 비교하면 1.5배의 효율이다.

그리고 양면발전이 추가되면 설비이용률은 20%를 넘을 가능성이 충분히 있다. 홋카이도에서는 여름보다 겨울의 전력수요가 크게 되기 때문에 재생가능 에너지에 의한 자급률을 높이기 위해서는 겨울의 발전량을 가능한 한 증가시킬 필요가 있다. 이 실증사업은 홋카이도의 “2015년 환경, 에너지 프로젝트 형성 촉진사업”과 삿포로시의 “삿포로형 환경, 에너지 기술개발 지원사업”의 보조금으로 지원한다.

(그림 1) 추적식 태양전지시스템(좌), 양면발전 태양전지시스템(우)
(그림 2) 양면발전 태양전지를 채용한 발전소
(그림 3) 추적식 태양전지 설치 모습

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 10월 28일]