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  • 기사등록 2020-08-27 09:18:53
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▲ 한국전자기술연구원(KETI)이 고효율 투명 발광 태양집광판(LSC)이 적용된 창호형 태양광 모듈을 개발했다. KETI가 개발한 LSC가 적용된 창호형 투명 태양전지(좌)와 일반창호(우)



[기계신문] 한국전자기술연구원(KETI)이 고효율 투명 발광 태양집광판(Luminescent solar concentrator, LSC)이 적용된 창호형 태양광 모듈을 개발했다고 27일 밝혔다.


태양전지 관련 기술 및 산업은 신재생에너지의 중요성이 대두되면서 급속도로 발전하고 있으나, 비교적 넓은 설치 공간이 필요하다는 태생적 한계를 지니고 있다.


이를 해결하기 위해 태양광 밭(Photovoltaic Farm)이나 지붕 형태의 태양전지를 사용하고 있으나, 토지가격과 옥상 활용률이 높은 우리나라에서는 널리 활용하기 어려운 방식이다.


최근에는 전력 소모량이 높은 고층 빌딩을 중심으로 전력의 송배전 손실까지 절약할 수 있는 건물 일체형 태양광 발전(Building Integrated Photovoltaic, BIPV) 방식이 주목을 받고 있다.


건물 일체형 태양광 발전은 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용하여 태양전지에서 생산된 전기에너지를 바로 건물 내부로 공급하여 사용할 수 있는 발전시스템이다.


하지만 기존 실리콘 태양전지를 빌딩의 벽면에 붙이는 방식은 ▶설치의 어려움 ▶태양광 각도에 따른 효율저하 ▶창호면적의 증가로 인한 설치 면적의 감소 등의 어려움이 있다.



▲ 일반 투명소재와 LSC가 적용된 소재의 차이



이번에 KETI가 개발한 창호형 고효율 투명 태양전지를 활용하면 기존 BIPV 방식의 어려움을 해소하는 것은 물론 ▶투명 ▶전력 생성 ▶열에너지 보전 등 세 가지 기능을 동시에 수행한다는 장점이 있다.


이번 기술 구현을 위해서는 고효율 LSC 개발이 핵심이다. LSC는 나노입자 크기의 형광체가 분산된 투명한 판으로, 수직 방향에서 입사한 태양광의 일부분은 투과시키고 일부분은 수평면으로 집광시켜 보내는 특성을 지닌 소재이다.


즉, LSC를 적용하면 투명한 특성을 유지하면서도 입사되는 광량의 상당량을 수평면으로 보낼 수 있기 때문에 수평면에 태양전지를 설치하면 투명한 특성을 유지한 채 태양광 발전을 할 수 있다.


KETI는 양자효율 90% 이상인 파장선택성 양자점 및 이와 파장이 매칭 되는 GaAs(Gallium arsenide, 갈륨과 비소로 구성된 화합물) 태양전지가 적용된 LSC 모듈 개발에 성공함으로써 5cmx5cm 단위셀이 5.33% 발전 효율을 갖는 세계 최고 수준의 고투명 LSC를 제조할 수 있게 되었다.



▲ 단위 LSC 태양전지 모듈



참고로, 현재 투명 LSC가 적용된 세계 최고 수준의 발전 효율은 5cmx5cm 단위셀 기준 ECN(Energy research Centre of the Netherlands)의 5.30%이다.


특히 참여기관들과의 공동 연구를 통해 핵심 소재인 고효율 근적외선 양자점 소재(홍익대학교)뿐만 아니라 파장 선택성 고효율 플렉서블 GaAs 태양전지(한국나노기술원)까지 해외 의존에서 탈피한 독자 기술을 확보함으로써 국산화가 가능해졌다.


KETI 디스플레이연구센터 한철종 센터장은 “퀀텀닷은 미래 핵심 소재로 이번 기술개발을 통해 디스플레이뿐만 아니라 투명 태양전지 분야에도 적용 가능함을 확인했다”며 “향후 창호, 차음벽, 전기자동차 선루프 등에 적용하면 투명하면서도 태양광 발전을 할 수 있기 때문에 사업성 및 사회적 파급효과가 높을 것”이라고 전했다.


한편, 이번 기술은 산업통상자원부의 ‘신재생에너지핵심기술개발사업’으로 지원된 ‘에너지 하베스팅 및 단열 성능을 고려한 창호형 태양광 모듈 개발’ 과제를 통해 개발되었으며, 한국나노기술원, 홍익대학교, 경기대학교, 영동테크윈, 엘지화학이 공동 참여했다.


기계신문, 기계산업 뉴스채널

한음표 기자 hup@mtnews.net

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