신재생에너지 소개 태양열 시스템 구성 및 분류

무한한 에너지원인 태양으로부터 얻을 수 있는 에너지가 태양광 외에 또 어떤 것이 있을 지 궁금했다. 궁금증이 꼬리를 물더니 갑자기 여름철 가장 더운 낮 시간에 야외주차장에 주차돼있는 검정색 차량이 생각나게 했다. 그나마 흰색은 다행히 빛을 반사시키는 색이지만 검정색은 빛을 흡수하는 색이기 때문에 열을 받으면 더 뜨겁다고 느낀다. 그렇다. 이처럼 태양에서 얻을 수 있는 또다른 에너지는 바로 태양 방사 에너지라 불리는 열 에너지다.

태양열 에너지는 태양광의 파동성질을 이용하는 기술로 태양의 열을 흡수해서 건물의 난방에 바로 사용하거나 저장 후 한꺼번에 사용하기도 한다. 또한 열전환 등의 방법으로 집의 물을 데워주는 급탕에도 사용할 수 있다. 쉽게 생각하면 내가 집에서 온수를 사용하고 싶을 때 보일러를 틀면 된다. 집이 너무 추워서 온도를 높이려 할 때도 보일러를 틀면 된다. 즉 태양열 에너지는 천연보일러라 할 수 있는 것이다.

실제로 솔라 워터 보일 시스템은 다른 신재생에너지에 비해 설치가 용이하고 가격이 저렴하다는 확실한 메리트가 있다. 그래서 현재 세계적으로 상당히 높은 보급률을 차지하고 있는 시스템이다. 그 중에서도 특히 가정용 온수와 난방 시스템에서 압도적인 보급률을 차지하고 있는 상황이다.

태양열 시스템은 어떻게 구성되어 있는가?

태양열 에너지를 사용하는 시스템의 구성은 크게 집열부, 축열부, 이용부 3가지로 볼 수 있다. 우선 가장 중요한 장치인 집열부는 태양의 복사 에너지를 열 에너지로 변환하는 역할을 한다. 그리고 이 집열부의 온도는 열손실율 및 집광장치가 있고 없음에 따라 결정된다.

그 다음 중요한 장치인 축열부는 일종의 버퍼 역할을 해주는 열 저장탱크를 말한다. 버퍼 역할이 필요한 이유를 좀 더 쉽게 설명하겠다. 사람은 먹은 만큼 싼다는 명제가 참인 지 한 번 생각해보자. 나는 절대 먹은 만큼 싸지 않는데 혹시나 먹은 만큼 싸는 사람이 있으면 나에게 알려주길 바란다. 어쨌든 세상에 효율이 100%인 에너지는 존재 할 수 없다. 그래서 제어를 통해 집열부의 열을 저장해주는 축열부가 필요한 것이고 그렇기 때문에 중요한 것이다.

게다가 태양열 에너지는 밀도가 낮기 때문에 날씨와 시간에 따른 변화에 민감할 수 밖에 없다. 예를 들어 비오는 날이나 밤처럼 해가 없는 상황에서는 열을 변환할 수도 저장할 수도 없다. 그러므로 태양열 시스템에서 집열과 축열기술이 가장 중요한 핵심기술인 것이다.

이용부는 축열조에 저장돼 있는 태양열 에너지를 난방이나 온수라는 원하는 목적에 맞게 이용할 수 있도록 해주는 장치를 말한다. 보다 효과적으로 태양열을 공급해주기도 하고 부족할 땐 보조보일러를 통해 열을 공급받기도 한다.

태양열 시스템의 분류

태양열 시스템은 집광장치의 유무에 따라 크게 자연형과 설비형 시스템으로 분류된다. 자연형 시스템은 온실이나 트롬월처럼 건물 남향에 달린 창문 또는 벽면 같은 구조물을 활용함으로써 태양의 복사 에너지를 집열한다. 설비형 시스템은 별도의 집열기를 설치하고 펌프라는 구동장치와 함께 사용해서 집열하는 시스템을 말한다. 흔히 사람들이 알고있는 태양열 시스템은 설비형 시스템을 뜻하는 것이다.

태양열 시스템은 집열부의 형태에 따라 평판형, 진공관형, 접시형으로 한 번 더 분류할 수 있다. 또한 활용온도에 따른 분류도 가능한데 60도 이하는 저온용이라 한다. 실제 사용되는 분야는 건물의 공간 난방에 사용된다. 100도 이하는 중온용이라 하는데 냉난방 및 급탕, 농수산물의 건조와 난방에 사용된다.

고온용은 300도 이하와 이상으로 나뉘어진다. 300도 이하의 고온용은 건물과 농수산물의 냉난방, 담수화시설, 열발전 분야에 사용된다. 300도 이상의 고온용은 인공위성과 같이 항공우주분야 또는 광화학 등에 사용되고 있다. 결국 실제 사용분야를 중심으로 분류할 경우 태양열 온수급탕 시스템, 태양열 냉난방 시스템, 태양열 발전 시스템 등이 있다.