많은 곳에 쓰이는 태양광, 이번엔 교통수단이다(상)

많은 곳에 쓰이는 태양광, 이번엔 교통수단이다(상)

대학생신재생에너지기자단 23기 김태현

태양광 설비 증가의 한계와 새로운 시도

태양광은 이전부터 우리나라 신재생에너지의 가장 큰 비중을 차지하고 있었다. 2024년을 기준으로 전체 신재생에너지 발전량 중 절반이 넘는 51.8%를 차지했다. 이 수치만 보면 현재 태양광 설비가 잘 갖춰져 있고 앞으로도 이 양이 증가할 것 같지만, 2022년 이후에는 매년 새로 설치되는 태양광의 발전량이 비슷한 수준으로 유지되고 있다. 이처럼 태양광은 우리나라 재생에너지의 핵심 요소지만, 새로 들어오는 설비가 전력 수요 증가 속도를 따라가지 못하고 있다. 

[자료 1. 새로운 태양광판 부지를 찾기 어려워지고 있다.]

출처 : Unsplash

이는 새로운 태양광 부지를 확보하지 못했기 때문이며, 국토 면적이 좁은 우리나라 특성상 앞으로 이 부지를 찾기는 더 어려울 것이다. 그럼에도 태양광 발전량은 늘려야 하므로 다른 방법으로 이를 대체하려는 움직임을 보이고 있다. 대표적인 방법으로 태양광 이격거리를 규제함으로써 설치 가능한 부지를 확대하려 노력하고 있다. 또한, 수상 태양광이나 BIPV 등 새로운 분야에 태양광을 도입하고 있다.

이들 외에도 이의 한 방법으로 여러 교통수단에 태양광을 도입하는 움직임도 늘어나고 있는데, 이에 대해 자세히 알아보도록 하자.

전기차의 태양광

[자료 2. 태양광을 포함한 전기차가 등장하고 있다.]

출처 : AI 제작

우리는 어릴 적 TV 프로그램에서 주차장에 있는 차가 햇볕을 받으면 계란프라이를 만들 수 있을 정도로 뜨거워지는 것을 본 적이 있다. 이에 화상을 입을 수 있으니 주의하라는 내용이었을 것이다. 그렇다면 전기차도 이를 이용해 태양광 발전으로 에너지 자급자족을 이뤄낼 수 있지 않을까? 실제로 이것이 이뤄지고 있다.

현재 많은 업체에서 차량에 부착하는 태양광을 판매하고 있다. 고객이 직접 탈부착할 수 있으나, 지붕 위에서 진행하는 과정이라 실제로는 어려움이 많다. 직접 붙였다 떼는 것이 아닌 관련 기술자의 도움을 받아 반영구적으로 차량 내외부에 고정하는 방식이 있다. 

이들 모두 태양광 판이 손상되면 차량에 직접적인 손상을 주지 않는다는 장점이 있지만, 태양광 판을 차 바깥에 직접 노출하기 때문에 이에 따른 단점도 있다. 태양광은 일조량이 많으면 발전량이 늘어나지만, 온도가 늘어나면 오히려 발전량이 줄어들기 때문이다. 40℃가 넘어가면 태양광 발전량은 감소하기 시작한다. 실제로 여러 기업이 사막에서의 태양광 발전에 어려움을 겪는 이유도 이 때문이다.

태양광판이 자동차 외부에서 보이면 외관 문제 때문에 부착형 태양광이 사람들의 선택을 받지 못할 수 있다. 이를 보완하기 위해 나온 것이 차에 내장된 태양광이다. 현대 소나타 하이브리드와 네덜란드 스타트업 자동차 기업인 Lightyear가 이를 직접 사용하고 있다. 이러한 방식은 외관 외에도 태양광의 내구성을 늘릴 수 있으며, 태양광판에 의한 공기 저항을 줄일 수 있다. 그러나 부착형 태양광과 마찬가지로 효율이 떨어질 수 있다는 점인데, 이는 온도가 아니라 빛 때문이다. 외부 물질은 태양 빛을 흡수하거나 반사할 수 있어 태양광판으로 들어오는 빛의 양을 줄인다. 원인은 다르지만, 부착형 태양광과 마찬가지로 발전량 감소의 요인이 존재한다.

자동차의 태양광판은 발전량이 많지 않다. 앞서 언급했듯 발전량을 줄이는 여러 원인이 있기 때문이다. 다만 다른 에너지 하베스팅과 마찬가지로 에너지 자급자족이 가능하다는 장점이 있으며, 전기차 배터리가 방전되는 갑작스러운 상황을 방지할 수 있는 점에서 큰 가치를 가진다.

태양광 무인 항공기의 변천사

태양과 가까운 하늘을 날아다니는 비행기를 포함한 항공 산업에서는 태양광 발전 효율이 더 높아질 것을 짐작할 수 있다. 특히 태양 빛의 간섭이 많이 일어나는 구름 위를 달리는 비행기에 이를 탑재하면 발전 효율이 더 올라갈 것이다. 그렇다면 항공 산업에서의 태양광 발전은 어디까지 진행되고 있을까?

이 분야에서 가장 두드러지는 활약은 탐사를 목적으로 한 태양광 드론이다. 이는 태양열과 태양 전지를 이용해 발전을 진행하고 여기서 발전한 전력을 배터리에 저장하는 방식으로, 낮에는 태양으로 발전한 에너지를 사용하면서 배터리에 저장하고, 밤에는 해당 배터리의 전력을 사용하는 방식이다. 대표적으로는 NASA(미국 항공 우주국)의 Helios Prototype, Airbus(에어버스)의 Zephyr(제퍼)의 최신 기술이 들어간 태양광 감시용 Skydweller Aero(스카이드웰러 에어로)의 무인 비행기가 있다.

NASA의 Helios Prototype은 이러한 태양광 및 태양열 기반 드론의 시초로, 1999년 위성의 기능을 대체하기 위해 만든 항공기다. NASA는 값비싼 위성의 기능을 대체하기 위해 태양열, 태양광과 연료전지가 혼합된 무인 탐사선을 만들고 실제로 비행한 후 부족한 점을 수정하는 과정을 반복했는데, 이의 넷째이자 마지막 단계가 이 Helios Prototype다. 이는 최대 수십 시간까지 날았으며, 약 30킬로미터에서 비행하는 등 당시 세계 날개를 가진 비행기의 비행 고도 기록을 세웠다. 2003년에 비행 도중 구조가 붕괴하며 파괴됐지만, 이 Helios Prototype는 후대 태양광 기반 무인 항공기에 영향을 줬다.

영국 기업 Qinetiq(키네틱)은 Helios Prototype이 분해된 2003년에 처음으로 제퍼를 개발했다. 시간이 지날수록 경량화에 성공하며 더 많은 시간 비행하기 시작했고, 2010년 336시간 22분 8초간 비행에 성공했다. 이후 2013년에는 현재의 Airbus인 EADS가 키네틱을 인수하며 이 사업을 그대로 이어받았다. 점점 비행시간이 길어짐에 따라 2010년대 중반 영국 국방성이 제퍼를 구매했고, 2018년에는 25일 23시간 37분간 비행에 성공했다. 여기에는 배터리 용량 증가와 유연성이 좋은 태양 전지 도입이 큰 역할을 했다. 2022년에는 이를 훌쩍 넘어 64일까지 비행함이 확인됐으나, 비행 도중 분실해 이후의 비행은 볼 수 없었다.

스카이드웰러 에어로는 2021년 기존 제퍼가 세웠던 시간보다 더 오래 비행하도록 무인 항공기를 설계했다. 날개의 길이는 25미터였던 제퍼의 3배에 가까운 71미터다. 날개가 긴 만큼 더 많은 전기를 생산하고 저장할 수 있다. 태양 전지의 무게도 가벼워지며 오래 비행할 것이라는 기대감을 두고 있다. 아직 제퍼의 기록을 넘기진 못했지만, 스카이드웰러 에어로의 이 항공기는 장시간 비행을 위한 여러 조건을 맞춰가고 있다. 이 무인 항공기가 안정적으로 장시간 비행하는 신뢰성을 확보한다면 국방 분야에 유용하게 쓰일 것으로 전망한다. 상공에 있는 적국의 함정을 파악할 수 있기 때문이다. 여기에 5G 통신 장치를 탑재해 통신 사각지대를 보완해 국방뿐 아니라 민간 분야에도 통신 강화를 꿈꾸고 있다.

유인 항공기에도 태양광을?

지금까지는 태양광 기반 무인 항공기를 살펴보았다. 그렇다면 태양광을 탑재한 유인 항공기는 개발되고 있을까? 2009년, 태양광으로만 가는 최초의 유인 항공기인 Solar Impulse 1이 처음으로 비행에 나섰다. 다음 해인 2010년, 이 비행기는 태양광으로만 26시간 비행에 성공했다. 2014년 이보다 더 발전한 Solar Impulse 2가 등장했다. 이 비행기는 배터리 냉각 시스템을 탑재해 수명을 늘렸다. 이 비행기는 2015년 8월에 아랍에미리트 아부다비에서 비행을 시작했고, 중간에 배터리가 다 닳으면 내려 태양광 발전으로 충전한 후 다시 비행하는 과정을 반복했다. 아시아, 아메리카, 유럽, 아프리카를 모두 거쳐 비행 시작 506일 후 다시 아부다비로 돌아왔다. 유인 태양광 비행기로 세계 일주에 성공한 것이다. 이러한 유인 태양광 비행기는 한두 명만 탈 수 있는데, 비행기 성능을 테스트하는 데 쓰일 수 있다. 따라서 이것이 더 개발되면 시범 비행을 더 친환경적으로 할 수 있을 것으로 생각한다.

마지막으로 여객기에는 태양광이 쓰이지 않는다. 태양광에서 통신이나 비행 제어에 필요한 전기를 태양광으로 충당하기엔 태양광 발전량이 0.5%도 안 되기 때문이다. 또한, 여객기는 무게가 무거울수록 연료가 더 빨리 닳는다. 태양 전지의 무게가 점점 가벼워지고 있다고 해도 전기를 얻기 위해 이를 설치하면 무게 증가에 따른 연료 소모 속도 증가에 따른 효과가 더 크다. 이는 당연하게도 비행기 성능이 나빠질 뿐 아니라 환경 측면으로도 비효율적이다.

흔히 생각하기 어려운 교통수단 태양광과 그 이점

태양광이 어디에 쓰이는지에 관한 질문을 받았을 때 대부분은 주거 시설이나 BIPV, 영농형 태양광, 발전소 등을 이야기할 것이다. 하지만 태양광은 교통 분야에도 쓰이고 있다. 전기차를 배터리로 충전한다면 충전에 필요한 전력은 주변 전력망에서 온다. 이는 전력 손실이 일어남을 뜻한다. 하지만 소량일지라도 전기를 자급자족한다면 손실을 줄여 더 많은 에너지를 절약할 수 있다.

기사의 하편에서는 선박, 버스, 철도 등 다른 교통수단에 들어가는 태양 전지나 태양광 설비를 살펴보고자 한다. 이번 기사로 우리가 어딘가에 갈 때마다 함께하는 교통수단에 태양광이 생각보다 많이 들어감을 인식하기를 바란다.

태양광에 대한대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "건물일체형 태양전지 BIPV, 도시 탄소중립의 현실적 대안이 될 수 있을까 ", 28기 민예슬, https://renewableenergyfollowers.org/renewable-energy/?idx=170035553&bmode=view

2. "태양전지의 진화: 실리콘에서 페로브스카이트까지", 28기 홍서연, https://renewableenergyfollowers.org/renewable-energy/?idx=169447130&bmode=view 

참고문헌 

[태양광 설비 증가의 한계와 새로운 시도]

1) 강지혜, "국내 신재생에너지 및 전력시장 지역별 확정 통계", Korea Business Review, 2026.04.01, https://www.koreabizreview.com/detail.php?number=7757&thread=26r02

2) 한국에너지공단, "2025 상반기 국내 태양광 산업 동향", 한국에너지공단 에너지 이슈 브리핑, 271호, 2025.07.28, https://www.energy.or.kr/energy_issue/mail_vol271/pdf/issue_374_03_01.pdf

[유인 항공기에도 태양광을?]

1) 김대은, "전기차 후드·천장에 태양광 패널 부착하고 충전 빈도↓", 산업일보, 2024.10.22, https://kidd.co.kr/news/238749 

[태양광 무인 항공기의 변천사]

1) 김진영, "에어버스 초고도 무인항공기 제퍼, 애리조나에서 추락", 글로벌이코노믹, 2022.08.22, https://www.g-enews.com/article/Industry/2022/08/2022082216075976646ed0c62d49_1

2) 이정호, "미·스페인 합작사 ‘스카이드웰러 에어로’, 90일 무착륙 비행기 개발 착수", 경향신문, 2021.08.16, https://www.khan.co.kr/article/202108162128035

[유인 항공기에도 태양광을?] 

1) 이광재, "[디지키 테크리포트] 태양광 전력과 배터리간의 간극 해소하기", 테크월드, 2025.11.17, https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=324739