[디자인과 태양광] 도로를 밝히는 심야 속 태양의 불빛
대학생신재생에너지기자단 20기 서범석, 22기 최정우
[활주로형 횡단보도]
최근, 횡단보도 근처 도로에 LED를 매립해 운전자에게 횡단보도임을 인식시키고 보행자를 보호하는 활주로형 횡단보도가 늘어나고 있다. ‘활주로형’이라는 수식어가 붙은 이유는 LED가 비행기 활주로처럼 횡단보도를 따라 배치되어 있기 때문이다. 바닥에서 밝은 빛을 내는 LED는 운전자가 어두운 밤에도 쉽게 인식할 수 있어 교통사고의 위험을 줄일 수 있다. 실제로, 활주로형 횡단보도를 도입한 서초구에서는 2020년 교통사고 재발률이 1%로 줄었다. 이처럼 활주로형 횡단보도는 보행자와 운전자 안전 도모에 큰 도움이 된다며 긍정적인 반응을 얻었다.
[자료 1. 활주로형 횡단보도]
출처: 뉴스펭귄
문제는 LED 횡단보도를 운영하는 데에는 전력과 전력을 전달하기 위한 전선이 필요하다는 것이다. 총 304개의 활주로형 LED 횡단보도를 도입한 서울시 서초구의 경우, 전기선 LED 바닥등 1개는 1.6W의 소비전력을 가지며, 요즘과 같이 밤이 긴 겨울철에는 전력 소비가 한 달에 1,897kWh, 이산화탄소 배출량은 885kg에 해당한다. 또한, 전기 공급을 위해 도로 아래에 전선을 설치하는 과정에서 도로가 손상될 수 있으며, 자칫 도로가 꺼질 위험도 있다.
[자료 2. 활주로형 횡단보도의 탄소발자국]
출처: 뉴스펭귄
[태양광 활주로형 횡단보도]
태양광을 이용한 LED 횡단보도는 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 태양광 바닥등은 낮 동안 태양 빛을 받아 전기를 생산하고 밤에는 불빛을 밝히는 데 전기를 사용하는 친환경 방식으로, 악천후에도 자동으로 점등된다. 전선을 따로 설치할 필요가 없어 전기 LED 바닥등보다 저렴하고 안전하다.
태양광 LED 횡단보도는 전기선 LED보다 훨씬 깔끔하고 경제적이라는 평을 얻으며 점점 확대되고 있다. 서울시 관악구는 활주로형 횡단보도 69개소에 모두 태양광으로 된 LED 바닥등을 설치했다. 부산시 기장군에서도 교리초등학교 외 13개소 구간에 태양광을 이용한 활주로형 LED 횡단보도를 시범 설치해 주민으로부터 큰 호응을 얻고 있으며, 설치와 관련한 인근 지자체의 문의도 잇따르고 있다.
해외의 유리 태양광 패널 블록 회사인 “SOLAR ROADWAYS”가 밝힌 태양광 LED 블록의 장점은 다음과 같다.
1. 교통정리
스마트 기술을 LED 신호와 결합해 보행자, 운전자의 안전을 지킬 수 있다. 횡단보도는 밝게 빛나고, 운전자와의 상호작용을 통해 소방차가 출동할 때는 도로의 색깔이 빨간색으로 바뀌는 등 실시간으로 도로의 정보를 사람들에게 알릴 수 있다. 특히, 도로의 가시성을 높여 야간 사고를 효과적으로 줄인다.
2. 예비 경고 시스템
허리케인과 같은 자연재해가 닥칠 때, LED 바닥등은 예보 시스템으로 작용한다. 차선이 빨간색 혹은 파란색으로 반짝일 때 재난이 가까이에 있음을 인식시키고 대피 경로를 안내하는 역할을 한다.
3. 도로 페인트 제거
LED를 사용하게 되면 기존의 페인트 형태의 차선이 필요 없어진다. 페인트는 수명이 짧으며 페인트가 지워질 때마다 다시 칠해야 하는 불편함이 있지만, 태양광 LED를 이용하면 페인트 비용 및 수고를 덜 수 있다.
[자료 4. 도로 페인트 대체재로서의 태양광 LED]
출처: Solar Roadways
4. 야생 동물 보호
센서가 도로 위 야생 동물을 감지하여 LED등으로 사람들에게 알리고 충돌 사고를 방지한다.
5. 유연성
LED의 광도와 색깔을 자유자재로 조절해 다양한 신호를 전달할 수 있다. 또한, 사용하지 않는 횡단보도, 도로에 대해서는 LED를 꺼서 전력을 절약할 수 있다. 차량 혹은 사람이 근처를 지나갈 때 센서로 감지하여 LED등을 켤 수 있다.
6. 넓은 적용 범위
횡단보도, 일반도로뿐만 아니라 주차장, 공항, 학교, 놀이터, 자전거 도로 등 다양한 곳에 사용할 수 있다. 주차장에서 차량의 크기에 맞게 주차선을 변경할 수도 있고, 비상 상황 시 도로에서 우회로를 제공할 수도 있고, 놀이터와 학교에서는 교육용 게임 및 교육 활동에 사용되는 장소를 제공한다.
[태양광을 접목한 도로 위 요소]
활주로형 횡단보도 외에도 태양광 기술을 도로 위에 접목하려는 시도는 다방면으로 이루어지고 있다. 태양광을 이용한 가로등과 벽부등은 낮에 태양광으로 충전했다가 야간에 움직임 감지 시 일정 시간 점등되어 밤길을 환히 비춘다. 비슷한 원리로 안심 귀갓길 조명과 같은 그림자 조명도 태양광을 이용하여 비출 수 있다. 이는 전기료 절감뿐만 아니라 어두운 골목길에서 보행자 안전 확보와 범죄 심리 차단 효과를 내어 전국적으로 확대하고 있다.
[자료 5. 태양광을 이용한 안심 귀갓길 조명]
출처: 뉴스펭귄
도로 위에 태양광 햇빛발전소를 조성한 사례도 있다. 세종시에서 대전시 유성구 쪽으로 가는 8차선 도로 중앙에는 3.9m 폭의 태양광 자전거길이 있다. 태양광 자전거길에 설치된 총 7,502개의 패널은 설비용량 1.9MW의 햇빛발전소를 이루며, 연평균 2,200MWh의 전기를 무공해로 만들어 세종시 내 가로등과 전광판 등에 보내고 있다.
또한, 세종시는 온도와 바람에 따라 차양막이 자동으로 개폐되고 야간에는 LED 조명이 켜져 보안등 기능을 하는 스마트 그늘막을 설치해 운영한 바 있다. 스마트 그늘막은 태양광에너지를 이용한 제품으로 온도가 15도 이상일 때 차양막이 자동으로 펼쳐지며 바람이 7m/s 이상으로 불면 자동으로 접혀 기상 상황에 따른 신속한 대처가 가능하다. 태양광 에너지를 통해 외부온도에 따라 차양막 하부로 시원하거나 따뜻한 바람을 공급해 줌으로써 그늘막을 이용하는 보행자에게 쾌적함을 줄 수 있다. 또한, 야간에는 LED 조명이 자동으로 점등되어 멀리서도 교차로 주변 보행자 식별을 도와 안전한 보행환경 조성에 기여할 수 있다. 태양광 그늘막 조성으로 시민들에게 쾌적하고 안전한 도로 환경을 제공하는 한편, 신재생에너지를 확대 및 보급하는 일석이조의 효과가 있을 것으로 보아 다른 지역에서도 태양광 그늘막 설치가 늘고 있다.
'동서발전'은 국내 최초로 태양광 패널을 보도블록에 접목한 ’노면 블록형 태양광’ 상용화 기술을 개발했다. 일반적으로 보도블록의 태양광 발전은 태양광 입사각도, 그늘, 지열 등으로 인해 효율이 저하된다. 반면, 동서발전은 블록 표면에 빛을 모을 수 있는 집광렌즈를 적용해 효율 저하를 최소화했다. 또한, 태양광 블록과 함께 LED 블록을 구성해 주간에는 전력을 생산하고, 야간에는 음악과 영상을 송출하여 볼거리를 제공하고 있다.
‘이연쏠라스톤’은 태양광 보도블록과 경계석을 통해 사람들의 밤길을 밝힌다. 보도블록, 학교 벤치, 경계석 등 다양한 형태로 존재하는 태양광 시설은 도시 곳곳에 설치되어 100% 태양광만으로 불빛을 만든다. 이 역시 배선작업이 필요 없어 따로 전기요금이 들지 않는다. 단순히 길을 밝히는 기능만 넣지 않고, 스스로 조도를 인식해 야간에 자동으로 켜지는 기능, 바깥에서 내리는 비로부터 보호할 수 있는 3단 방수 처리, 도로를 달리는 차의 무게를 견딜 수 있는 내구성 등 도시에 적용할 수 있도록 제조했다. 또한, 자동발광 시스템을 장착한 바탕석에도 화강암을 이용해 심미성을 높였으며, 경계석에는 반려견 동행 수칙 등 길을 걸어가는 사람들이 필요한 여러 안내 문구가 불빛의 형태로 제공되어 유용하다. 이러한 경계석은 주정차금지구역, 어린이보호구역, 의자석 등 도시 곳곳에 적용되어 사람들의 안전을 지켜줄뿐더러 각종 안내 기능과 랜드마크 역할까지 해낼 수 있을 것으로 보인다.
[국외에서의 사례]
태양광으로 도로를 밝히려는 노력은 국내에 제한되지 않는다. 국외에서도 도로에 태양광 시설을 융합시켜 환경과 안전을 동시에 지키려는 노력이 이뤄지고 있다.
런던에 본사를 둔 회사 “Umbrellium”은 태양광 발전을 기반으로 한 스마트 횡단보도 기술을 개발했다. 실시간으로 교통 상황과 보행자의 상태를 관찰해 적합한 형태, 크기, 방향의 횡단보도를 LED 영상으로 비춘다. 카메라는 도로를 관찰하면서 컴퓨터로 데이터를 보내 운전자와 보행자를 위한 경고 문구, 지침을 만든다. 사람들이 많이 다니지 않는 시간에는 횡단보도가 자동으로 사라진다. 반면, 보행자가 많이 다니는 시간대에는 횡단보도의 너비가 넓어진다. 스마트폰을 보는 보행자나 어린이 등 주의가 산만한 사람들을 위해 경고 패턴을 켜기도 하고 주변 운전자에게 주의를 주는 등 보행자의 안전을 최우선으로 운영한다.
[자료 8. 스마트 태양광 횡단보도]
출처: CURVED
미국 아이다호주의 샌드포인트 시는 중심가 광장에 태양광 유리 보도블록을 설치했다. “Solar Roadways”는 8각형 모양의 유리 패널을 광장에 설치해 사람들의 시선을 끌었다. 1,600만 컬러를 재현할 수 있는 밝은 LED를 통해 편의 서비스 및 영상을 제공한다. 패널의 센서는 보행자 또는 운전자와의 상호작용을 통해 영상의 내용을 변화시킨다. 예를 들어 차선 위에 우회전, 좌회전 등의 신호를 보여주면서 운전자에게 도로에 대한 정보를 제공한다. 또한, 앞서 언급한 장점처럼 야생 동물 보호에도 유용하다. 패널에 열선을 설치해 눈과 얼음을 녹이고 차량이 겨울에도 미끄러지지 않도록 할 수 있다. 태양광 패널을 구성하는 센서, 난방장치, LED 등에 사용되는 전력은 모두 태양광으로부터 만들어지며, 조립식이기 때문에 파손되더라도 쉽게 교체할 수 있다.
[자료 9. Solar Roadways의 유리 태양광 LED 패널]
출처: TheScienceTimes
애틀랜타에 본사를 둔 기업 “Ray”는 기존 태양광 도로의 단점을 보완하기 위해 다방면으로 패널을 개발했다. 자동차가 패널을 지나갈 때 패널 틈새에서 나는 시끄러운 소리를 줄였고 재활용 유리로 만든 미끄럼 방지 표면을 통해 패널 내 습기를 방지한다. 또한, 도로에 자동차 타이어의 공기압을 자동으로 측정하는 Wifi-way station을 설치한다. 타이어의 공기압이 부족하면 평소보다 연비 효율이 떨어진다. 센서는 타이어의 공기압을 측정하여 운전자에게 전송하고 전체적인 연료 소비를 줄이는 데 기여한다.
독일에서는 독일, 오스트리아, 스위스가 협력하여 고속도로 위에 태양전지 지붕을 설치했다. 고속도로에서 5.5m 높이에 solar roof를 설치하여 신재생에너지원으로의 역할을 하게 했다. 차량이 빠르게 달리는 도로에 설치한 태양전지는 차량으로부터 발생하는 먼지의 영향을 받고 안전하게 운영하기도 어렵지만, 고속도로 위 지붕에 설치하는 것은 간단하다는 것에 주목했다. 태양전지의 손상을 막기 위한 보호 장치도 필요 없으므로 비용 측면에서도 우수하다. 독일의 고속도로를 180W/㎡ 용량의 태양전지로 덮는다면 이론적으로 56GW 용량의 발전이 가능할 것으로 예상된다.
[자료 10. 고속도로 지붕의 태양광 발전]
이렇듯 태양광과 도로, 그리고 LED의 융합은 태양광 발전의 가능성을 극대화하고 안전한 교통 문화를 만들 수 있다. 우리나라의 경우 태양광 LED를 이용한 도로가 도입된 지 얼마 되지 않았지만, 해외에서는 다양한 나라가 예전부터 태양광 보도블록 등을 도입했다. 밤에도 가시성이 좋은 태양광 LED의 도입 속도가 향상되어 더욱 깨끗하고 더욱 안전한 사회를 기대해본다.
디자인과 태양광에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기
1. "[디자인과 태양광] 생활 속에 녹아든 태양광 시설", 20기 서범석, https://renewableenergyfollowers.org/3520
2. "[디자인과 태양광] BIPV도 다채롭게, 컬러 태양전지 건축재", 15기 김민서, 20기 서범석, https://renewableenergyfollowers.org/3564
참고문헌
[활주로형 횡단보도]
1) 이수연, 뉴스펭귄, "상 줘야 한다"는 횡단보도 조명, 친환경은 덤“, 2022.12.21., https://www.newspenguin.com/news/articleView.html?idxno=13070
2) SOLAR ROADWAYS, https://solarroadways.com/specifics/leds/
[태양광을 접목한 도로 위 요소]
1) 김은송, 단비뉴스, ”옥상·주차장·도로 등 태양광 설치할 곳 수두룩“, 2022.06.14., http://www.danbinews.com/news/articleView.html?idxno=20663
2) 송명규, 투데이에너지, ”태양광 스마트 그늘막으로 더위 피한다“, 2020.05.25., http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=225218
3) 한국동서발전, ”동서발전, 국내최초 ‘노면 블록형 태양광’ 상용화“ 2020.12.22., https://ewp.co.kr/kor/subpage/content.html?pc=W7ADTHM4F3LZV1D51SG246L8B073MG0&state=view&idx=26754
4) 노준희, 천안아산신문, 경제성 안전성 기능성 심미성 다 잡은 태양광 보도블록 & 경계석, 2020.05.21., http://www.canews.kr/news/articleView.html?idxno=3962
[해외에서의 사례]
1) Lauren Ro, CURBED, Smart crosswalk reacts to cars and pedestrians in real time, 2017.10.13., https://archive.curbed.com/2017/10/13/16469630/starling-crossing-umbrellium-smart-crosswalk-road-tech
2) 심재율, The Science Times, 태양광 패널로 만든 보도블럭, 2016.10.21., https://www.sciencetimes.co.kr/news/%ed%83%9c%ec%96%91%ea%b4%91-%ed%8c%a8%eb%84%90%eb%a1%9c-%eb%a7%8c%eb%93%a0-%eb%b3%b4%eb%8f%84%eb%b8%94%eb%9f%ad/?cat=134
3) David Roberts, Grist, Could we replace the nation’s pavement with solar panels?, 2009.08.29., https://grist.org/article/2009-08-28-could-we-replace-roads-and-parking-lots-with-solar-panels/
4) Gillian Neimark, Energy News Network, Despite criticism, solar roads remain part of Georgia sustainable highway lab, 2019.02.26., https://energynews.us/2019/02/26/highway-to-sustainability-in-georgia-zero-carbon-transportation-is-the-goal/
5) ARNOUD CORNELISSEN, Innovation Origins, Research project on the A81 Autobahn: Solar roof over the highway, 2021.05.17., https://innovationorigins.com/en/research-project-on-the-a81-autobahn-solar-roof-over-the-highway/
6) et_editor, EnergyTrend, Germany Released A New Version of Solar Highway. Is Driveway Canopy Attainable?, 2020.08.14., https://m.energytrend.com/news/20200814-19179.html
'News > 태양광-태양열' 카테고리의 다른 글
| 태양광 발전 효율 50%가 머지않았다: 탠덤 태양전지 (5) | 2023.03.15 |
|---|---|
| 점점 더 얇아지는 태양전지 (0) | 2023.01.30 |
| 폴더블 열풍! 자가치유형 태양전지 (6) | 2022.12.26 |
| 빛으로 가공하는 반도체, 태양전지 효율 상승의 무궁무진한 미래 (3) | 2022.12.26 |
| 물 위 발전, 수상 태양광 (3) | 2022.08.29 |
댓글