전문가 연재

※ 연재순서

1. 신재생에너지의 정의와 현황(59권 1호 게재)

2. 태양광 발전(59권 2호 게재)

3. 태양광 발전 기술과 시스템(59권 3호, 4호 게재)

4. 태양전지 기술의 발전 방향(59권 5호 게재)

5. 태양열 기술 개요 및 동향

5. 태양열 기술 개요 및 동향

태양열은 인류가 가장 오랫동안 이용해오고 있는 에

너지 형태로 태양에너지 기술의 발전 연대기를 보면 돋

보기와 비슷한 형태의 유리로 집광을 해서 불을 붙이는

사례가 기원전 7세기경에도 있었던 것으로 알려져 있

다. 이러한 기술적인 사례 이전에 건물의 주거 환경에

서 남향이나 처마의 길이를 고려하는 것들이 모두 태양

열을 염두에 둔 것으로 우리의 생활 속에서 태양열 에

너지는 사실 매우 친숙한 개념이다.

태양열 에너지는 앞서 언급한 것처럼 직관적인 성격

이 강하기 때문에 이를 이용한 기술 역시 기본적으로는

명료하고 이해하기에 어렵지 않다. 하지만, 단위 면적

당 일사량이 제한되어 있는 태양에너지의 한계를 극복

하고 오늘날 요구되는 고효율, 고밀도 에너지의 특성을

구현하고자 할 때, 태양열 에너지에도 상당히 많은 연

구, 개발이 필요하게 된다. 태양열 에너지를 활용하는

가장 대표적인 방법은 온수를 활용해 난방, 급탕 등 주

거용으로 사용하는 것과 고밀도로 태양광을 집광해서

발전을 하는 태양열 발전이 있다.

최근 전 세계 규모로 본 태양열 에너지의 생산 능력

(Capacity in Operation)은 500GWth에 육박하고 있

으며 2017년 기준으로 생산된 한해의 에너지 실질 생

산량은 388TWh가 되고 있다. 그림 3에서 에너지 생산

능력과 생산량의 규모를 다른 재생에너지와 비교해 보

손 영 준 ㅣ 한국에너지기술연구원 책임연구원e-mail : yjsohn@kier.re.kr

신재생에너지의 현재와 미래

그림 1 지역 난방에 사용되는 대규모 태양열 냉난방 시스템의 예(ref:

Arcon-Sunmark AS, Denmark)

그림 2 태양열 발전 시스템의 예(ref: wikipedia.org, Crescent

Dunes Solar Energy Project at Nevada, USA)

52 ● 기계저널

면 생산 능력 면에서는 풍력, 태양광 에너지와 비등하

며 생산량도 태양광 에너지와 비슷하다고 볼 수 있다.

각 재생에너지의 생산 능력 추세를 보면 태양광의 경

우, 태양열, 풍력 등에 비해 매년 가파른 성장을 하면서

생산 능력 총량 측면에서 빠른 속도로 다른 에너지원과

비슷한 규모가 되고 있다. 태양열 에너지의 경우는

2010년대 초기에는 가장 많은 생산 능력을 보유하고

있었지만 시장 증가율은 완만한 하향 추세에 있으며

2016년 이후로는 풍력 에너지의 생산 능력이 추월한

상태다.(그림 4)

이와 같은 생산 능력의 증가 추세 경향은 태양열 발

전(CSP: Concentrating Solar Thermal Power)과 태

양열 냉난방 설비의 경향에서도 확인할 수 있다. 그림

5에서 보면 태양열 발전은 2008년부터 조금씩 나타나

기 시작해서 2010년대 초기에 급격하게 성장을 했지만

후기에는 성장세가 둔화되고 있다. 태양열 냉난방 설비

는 그림 6에서 보면 기술적으로 2007년 시점에서도 이

미 보편화 되어서 145GWth의 생산 능력을 보이고 있

었으며 태양열 발전에 비하면 급격한 증감이 있기보다

는 비교적 안정적인 증가 추세를 나타내고 있다.

태양열 에너지의 생산 추세와 함께 주목해야 할 것이

각 지역별 설비 설치 동향인데 이 부분에서는 중국이

압도적인 우위를 점유하고 있다. 에너지원별 생산 또는

설치 분포 중에서 태양열만큼 특정 국가가 압도하는 경

우는 흔하지 않아서 태양열 에너지의 시장 분포는 매우

특이하다고 할 수 있다.

우리나라의 신재생에너지 기술 중에서 태양열 에너

지는 가장 먼저 시장에 등장을 하였으며 오랜 역사를

그림 3 2017년 세계 재생에너지 생산 규모(ref : IEA Solar Heat

Worldwide 2018 edition)

그림 4 태양열, 풍력, 태양광 에너지의 세계 생산 능력 및 시장 성장률

추세(ref : IEA Solar Heat Worldwide 2018 edition)

그림 5 CSP 열에너지 저장 세계 생산 능력 및 증가 추세(ref :

REN21-Renewables 2018 Global Status Report) 그림 6 태양열 냉난방 세계 생산 능력 및 증가 추세(ref : REN21-

Renewables 2018 Global Status Report)

2019. 6., Vol. 59, No. 6 ● 53

전문가 연재

가지고 있다. 특히 농촌과 주택 등에서 온수 공급을 위

해 태양열 온수기 등이 활발하게 보급된 바가 있다. 하

지만, 2000년대에 들어서면서 온수 사용을 위한 수단

으로 도시가스 보일러 또는 태양전지를 이용한 전기에

너지 활용으로 빠르게 전환되어 태양열 에너지 기술의

보급 추세가 급격히 감소하여 산업화가 주춤한 상황이

다. 이는 다른 국가의 태양열 에너지 사용 현황을 보면

보다 확연하게 드러난다.

그림 8은 나라별 태양열 온수 공급 시스템의 생산 용

량을 나타내고 있는데 중국이 압도적인 1위를 하고 있

으며 우리나라는 17번째로 되어 있다. 생산 용량 표기

가 로그 스케일로 되어 있음을 감안하면 우리나라의

생산 용량은 산업 경쟁력 면에서 열세에 놓여 있다고

볼 수 있다. 또한 그림 9는 인구 1,000명당의 생산 용

량으로 재편집한 순위인데 이것을 보면 우리나라는 순

위가 더 낮아짐을 알 수 있다.

재생에너지에서 앞서가고 있는 유럽 국가들을 보면

독일이나 오스트리아와 같이 총량과 인구당 보급률 양

쪽 지표에서 동시에 순위권에 있는 견고한 산업 기반을

구축하고 있는 나라들이 있다. 우리나라와 비슷한 인구

와 국토 면적을 가진 나라도 있는 만큼 이러한 사례들

을 참고하여 우리나라에서도 태양열 에너지 기술과 산

업화에 더욱 박차를 가해야 할 것으로 사료된다.

특히 최근에는 세계적으로 지구 온난화에 의한 이산

화탄소 감축 규제가 더욱 엄격하게 되면서 재생에너지

분야에 투자가 활발해지고 태양열 시스템 분야도 보급

확산에 대한 요구가 증가하고 있는 추세이다. 이러한

상황을 이용하면 그간 지속적으로 연구 개발을 수행해

온 태양열 발전, 냉난방 기술에 대한 산업화의 기회로

삼을 수 있을 것으로 기대된다.

다음 회에는 태양열 시스템에 대한 종류와 이에 대

한 기술적 내용을 살펴보기로 한다.

그림 7 2016년 태양열 냉난방 설비 설치 분포 현황(ref : IEA Solar

Heat Worldwide 2018 edition)

그림 8 국가별 2016년도 Glazed Water Collectors1) 총 생산 용량(ref :

IEA Solar Heat Worldwide 2018 edition)

그림 9 국가별 2016년도 Glazed Water Collectors의 인구 1000명당

생산 용량(ref : IEA Solar Heat Worldwide 2018 edition)

1) Glazed Water Collector: 태양열을 집광하는 패널에 불투명한 고무나 플라스틱 소재를 쓰는 것이 아닌 유리 소재를 사용하는 집

광 시스템.

54 ● 기계저널