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‘친환경’ 품은 태양광 구조물, ‘안정성’ 극복할까?
포스맥, 알루미늄 등 친환경 소재에 각종 공법 통해 안정성 및 시공성 높여… 새만금 수상태양광, 업계 최고 관심사로 떠올라

[인더스트리뉴스 정한교 기자] 날로 심각해지는 기후변화, 점차 고갈되고 있는 화석연료 등 에너지전환에 대한 열망은 그 어느 때보다 높고, 넓다. 현재 선진국을 필두로 한 전 세계는 깨끗한, 친환경적인 에너지로의 전환에 열을 올리고 있다.

경제협력개발기구(OECD)에 가입된 국가들을 살펴보면, OECD 가입국 모두 2000년대 이후 석탄 및 원전에 의한 비중이 감소하고, 재생에너지 비중이 증가하고 있는 상황이다. 우리나라 역시 이러한 흐름에 편승해 2017년 ‘재생에너지 3020’ 이행계획을 발표하고, 장기적·점진적 관점에서 에너지전환을 추진하고 있다.

재생에너지 확산의 선봉에는 태양광이 위치하고 있다. 전 세계 태양광 시장은 연평균 약 35%의 성장세를 보여주고 있고, 지난 3년간 국내 신재생에너지 사업 중 약 65%가 태양광발전일 만큼 재생에너지 확산의 선봉장 역할을 톡톡히 하고 있다.

태양광 시장이 다변화되고, 태양광 산업이 고도화되면서 태양광 구조물 시장도 변화의 시기를 겪고 있다. [사진=dreamstime]

육상태양광 시장, 무분별한 확산 넘어 변화의 시기로

장밋빛 미래만이 펼쳐져 보였던 태양광 시장에 제동이 걸렸다. 깨끗한, 친환경적인 에너지로 각광받던 태양광이 오히려 산림훼손, 중금속 오염 등의 문제를 일으킨다는 여론이 제기된 것이다. 태양광이 보급된 만큼 부정적인 여론 역시 빠르게 확산됐다.

부정적인 여론이 제기된 이유 중 하나는 오직 수익에만 목적을 둔 무분별한 태양광발전소 건립에 있었다. 산을 깎고, 멀쩡한 나무를 뽑아내는 등 태양광발전소를 설치할 수 있는 부지를 만들기 위한 만행이 거침없이 자행됐기 때문이다. 이에 정부는 각종 규제를 시행하며 이러한 행위를 방지하기 위한 노력을 기울이고 있다.

또 다른 이유론 발전소 건립에 사용된 자재에서 발생했다. 태풍 등의 자연재해로 인해 발전소 파손현상이 주변 환경을 오염시킨다는 지적이었다. 이에 태양광 제조기업들은 태양광발전소의 내구성 향상을 위한 연구개발에 아낌없는 노력을 기울이고 있다.

특히, 태양광 구조물 분야에서 노력 여부를 눈에 띄게 확인할 수 있다. 사람 몸으로 치면 뼈대에 해당하는 구조물인 만큼, 뼈대가 튼튼해야 중요한 장기들을 안전하게 지킬 수 있기 때문이다. 고성능, 고내구성의 모듈, 인버터 등 아무리 좋은 성능의 제품을 사용해도 결국 태양광발전소의 내구성은 완벽한 시공이 선행돼야 가능한 부분이다. 이에 구조물 제조기업들은 어떤 소재로, 어떤 모양으로 뼈대를 만들어야 할지 고민했고, 다양한 해답을 내놓고 있다.

‘포스맥’과 ‘알루미늄’, 서로 다른 매력으로 어필하다

한 가지 분명히 짚고 넘어가야 할 것은 현재 태양광 구조물 제작에 있어 사용되는 소재가 ‘포스맥’과 ‘알루미늄’만 있는 것은 아니다. 여러 기업들이 각각 최선이라고 생각하는 소재를 사용한 태양광 구조물을 공급하고 있다. 굳이 두 소재만 언급하는 이유는 현재 시장에서 가장 많이 선택받는 소재가 ‘포스맥’과 ‘알루미늄’이기 때문이다.

국내 태양광 구조물 시장에 ‘포스맥’이 자리잡은 것은 그리 오래된 이야기가 아니다. 2013년 출시 이후 태양광 구조물용에서 포스맥은 해마다 2배 이상 증가하는 판매량을 보여줬다. 이러한 포스맥의 인기 비결은 기존 용융아연도금 강판과 비교해 5배 이상 부식에 강해 ‘녹슬 걱정 없는 철’로 불리는데서 찾을 수 있다.

철이 부식에 약하다는 것은 일반적으로 잘 알려진 내용이다. 이러한 철에 녹이 슬면 내구성이 떨어지고, 미관상에도 좋지 않아 시설물의 가치를 떨어트리게 된다. 특히, 한 번 설치하면 약 20년 이상 외부환경에 그대로 노출되는 태양광발전소에는 매우 치명적인 단점으로 지적돼왔다.

이에 포스코는 고유 기술로 아연에 마그네슘과 알루미늄을 합금 도금해 시몬클라이트라는 산화층을 생성, 반영구적으로 표면 부식을 막아주고 절단된 부분까지 커버해 절단면의 내식성도 높여주는 ‘포스맥’을 만들어낸 것이다. 포스맥은 이에 더해 가격 경쟁력에 있어서도 강점을 보이며, 국내 태양광 구조물 시장을 잠식해 나갔다.

이러한 포스맥과 함께 높은 시장점유율을 보이고 있는 소재, 바로 ‘알루미늄’이다. 특유의 구조적 디자인과 미려함, 스틸 재질의 구조물에 비해 상대적으로 경량 재질이라는 특징이 태양광 구조물 시장이 ‘알루미늄’을 선택하게 만들고 있다. 또한, 경량 재질이라는 특성으로 인해 강도가 약할 것이라는 편견 역시 많이 옅어지면서 알루미늄을 사용한 태양광 구조물의 선호도가 많이 높아지고 있다.

알루미늄이 가진 강점이 잘 활용되는 곳이 바로 지붕형태양광발전소이다. 가볍다는 소재의 특성상 시공 시 핸들링이 수월해 공사기간이 단축된다는 장점이 있고, 하중에 주는 부담이 덜해 지붕, 또는 옥상에 태양광 구조물을 설치하는데 자신의 매력을 어필하고 있다.

특히, 경량 재질인 알루미늄 구조물은 단위 면적당 여유하중 수치가 작게 설계된 건물에 있어서도 경우에 따라 건물내부의 구조적인 보강작업 선행 없이 안정적인 태양광발전소 시공이 가능하다는 장점이 있다.

자체 공법 개발로 안정성 높인다

아무리 태양광발전소 운영에 적합한 소재를 사용한다고 하더라도 수많은 외부요인에 의해 오랜 시간 위협받는 태양광발전소의 특성상 소재만으로는 이러한 모든 상황에 완벽히 대비할 순 없다. 이에 태양광 구조물 제조기업들은 부단한 연구개발 끝에 다양한 자체 공법을 개발하며, 태양광 구조물의 안정성을 끌어올리고 있다.

특히, 구조물 제작 시 용접작업을 최소화하거나 아예 없애는 방향을 추구하는 기업들의 모습이 눈에 띄었다. 아무리 내식성에 강한 소재를 사용한다고 해도 용접부분에서 발생하는 부식은 막을 수 없기 때문이다. 또한, 용접작업 시 도금이 훼손돼 내구성에 문제를 일으킬 수도 있다.

자체 개발 공법에 대한 열기도 뜨겁다. 태양광의 확산과 함께 관련 산업의 기술개발 역시 높은 수준으로 이뤄졌다. 태양광 구조물은 안정성을 내새워 일정 수준에 도달했고, 현재 태양광 구조물 시장은 어느 정도 보편화된 기술수준을 보여주고 있는 현실이다. 이에 기업들은 각자의 특색을 내세워 매력 어필에 나섰다. 안정성 향상, 시공의 간편성, 비용절감 등을 내세운 제조기업간 다양한 공법은 난립하는 국내외 태양광 구조물 기업들 사이에서 각자의 매력을 어필할 수 있는 하나의 수단으로 널리 이용되고 있다.

주차장 지붕, 건물 옥상 등 다양한 공간을 활용한 태양광발전소의 모습을 생활 속 곳곳에서 어렵지 않게 확인할 수 있다. 태양광 구조물 제조기업들은 이러한 모습을 더욱 다양한 공간에서 활용할 수 있도록 연구개발 중이다. [사진=dreamstime]

새로운 시장으로 눈 돌리는 태양광 산업

산림, 임야에 급속도로 늘어나던 태양광은 국내의 지리적 한계와 무분별한 난개발로 인한 환경파괴로 점차 추진력을 잃어갔다. 이에 태양광 산업은 새로운 곳을 향해 눈을 돌렸고, 수상태양광과 영농형태양광에 대한 수요가 급증하기 시작했다. 영농형태양광의 경우 농작물을 키우는 동시에 태양광발전소 운영을 할 수 있다는 장점을 통해 최근 국내 농업 종사자들에게 새로운 수익모델로 각광받고 있다. 농업과 병행이 불가능했던 기존의 육상태양광발전소에서 구조물을 높게 설치함으로써 기존 생업에 태양광발전소 수익을 더할 수 있게 한 것이다.

특히, 정부의 새만금 재생에너지단지 조성 발표와 함께 수상태양광이 태양광 시장의 새로운 블루오션으로 주목받기 시작했다. 이미 우리나라는 수상태양광 개발에 꾸준히 노력을 기울여왔다. 2012년 한국수자원공사가 합천댐에 0.5MW 규모의 수상태양광발전소를 국내 최초로 상용화한 이후 크고 작은 규모의 수상태양광발전소가 전국 곳곳 저수지에 생겨났다.

국내에서도 수상태양광발전소의 모습을 어렵지 않게 확인할 수 있게 되면서 중금속 오염으로 인한 수질오염 논란이 제기됐다. 태양빛이 태양광 모듈에 걸려 수면에 도달하지 못하면 물 아래 동식물들에게 영향을 주거나, 태양광 셀 안에 포함돼 있는 납(Pb) 등 유해물질이 수중으로 유입될 수 있다는 지적이었다. 이에 한국수자원공사는 한국환경정책평가연구원을 통해 합천댐 수상태양광에 대한 환경영향분석을 7년여간 진행했고, 어떠한 유해물질도 검출되지 않은 상황에서 생태계에도 어떠한 영향도 주지 않았다는 검사결과를 발표했다.

‘환경오염’ 오명 벗은 수상태양광

수상태양광 환경영향분석결과로 인해 수상태양광이 환경오염으로부터 완전히 자유로워진 것은 아니다. 지반에 비해 하중 지지도가 매우 불안정한 수상태양광의 특성상 태풍 등 자연재해에 대한 위험이 매우 크고, 수분을 머금은 구조물에 발생한 녹이 환경오염을 유발할 수 있기 때문이다.

더욱이 새만금 등 염분이 강한 해상에 설치하는 수상태양광은 그 조건이 더욱 까다로워 요구기준이 매우 높은 상태이다. 특히, 새만금은 파고, 강한 염분 등 다양한 환경요인이 복합적으로 발생하는 열악한 환경조건을 감안한 기준을 요구하는 상황이다. 이에 수상태양광 산업에 도전장을 낸 구조물 제조기업들은 알맞은 소재 및 구조물 제조방식을 찾기 위한 연구개발을 진행 중이다.

현재 국내에 수상태양광 구조물을 공급 중인 제조기업들은 대부분 부력체에 모듈을 바로 연결하는 ‘일체형’과 부력체 위에 구조물 프레임을 설치하는 ‘프레임형’, 두 가지 버전의 부력체를 공급하고 있다.

먼저 ‘일체형’은 시공성과 경제성, 미려성에서 강점을 나타낸다. 일체형이 가진 장점을 가장 잘 활용할 수 있는 곳은 잔잔한 호수, 저수지 등 태풍에 영향을 덜 받는 내륙지방에서 매우 효과적인 형태로 꼽힌다.

이에 반해 프레임형은 안정성에서 강점을 보인다. 일체형 패널은 부력체 위에 바로 패널을 부착하다보니 넘실거리는 수면에 패널이 노출될 위험이 잦은 반면, 프레임형은 부력체 위에 구조물을 세워 패널 위치가 높다보니 비교적 수면에 노출될 위험이 적은 편이다.

프레임형의 경우 구조물 결합 시 볼트를 사용하는데, 체결 후 볼트가 풀리며 수질을 오염시키거나 이로 인해 구조물이 무너져 내리는 등의 문제가 발생했을 시 환경오염을 야기한다. 이 때문에 최근 구조물 제조기업들은 볼트 사용을 최소화하는 방향으로 구조물을 제작하고 있다. 또한, 볼트 사용 최소화는 시공비를 절감시키는 효과도 따라온다.

부력체는 생산방식에 따라 회전성형, 사출 후 융착, 블로우성형, 우레탄 발포 등의 특성을 보이고, 기존 폴리에틸렌(PE) 소재와 이에 코팅, 또는 메탈을 접목하는 소재 등으로의 발전을 이어나가고 있다. 여기에 제조기업들마다 다양한 방법으로 부력체 구성을 달리하며, 안정성을 높이는데 주력하고 있다.

육상태양광에 대한 비중이 줄어들면서 자연스레 수상 및 영농형태양광에 대한 수요가 증가하고 있다. [사진=dreamstime]

새만금 수상태양광, 기존과는 다른 시각으로 접근해야

현재 국내를 넘어 전 세계 태양광 기업의 이목이 집중되고 있는 새만금엔 앞으로 2.1GW 규모의 수상태양광발전소가 건설될 예정이다. 세계 최대 규모의 수상태양광발전소 건설을 두고 정부와 기관, 기업들이 열띤 논의를 이어가고 있는 중이다.

수상태양광 전문기업 신화이앤이 황성태 대표는 “새만금 수상태양광은 기존의 수상태양광과는 다른 시각으로 접근해야 된다”며, “전 세계의 이목이 집중된 사업이다. 하루 수백 대의 비행기가 새만금 상공을 지나다닌다. 국가적 위신이 걸렸다고 봐도 무방하다. 이에 초기 시공 시 20년이 넘는 시간 동안 문제가 생기지 않도록 사업을 진행해야 한다”고 설명했다.

새만금 수상태양광은 방조제에 설치하는 만큼 파고와 염도 등 저수지 등에 설치하는 수상태양광과는 분명히 괘를 달리해야 한다. 이에 기존의 수상태양광 설치 시 사용됐던 구조물 소재 ‘포스맥’, ‘알루미늄’, ‘FRP’ 등이 과연 이러한 상황에서 안정성을 유지할 수 있을지에 대한 논의가 이어지고 있다.

‘포스맥’, ‘알루미늄’과 함께 새만금 수상태양광에서 사용될 수 있을지 논의가 이어지는 FRP는 고내구성 강재인 섬유강화복합재(Fiber Reinforced Polymer, FRP)로, 육상태양광 구조물에선 잘 사용되지 않는 소재이다. 가볍고 내식성이 강하다는 장점을 가진 반면, 가격경쟁력에서 다소 뒤처지는 소재이다. 하지만 FRP의 장점이 새만금 수상태양광에 매우 적합하다는 의견이 제기되며, 최근 주목받고 있다.

설치환경에 따른 소비자의 현명한 선택 필요

태양광 구조물은 시공성, 친환경성, 경제성 등을 끌어올리기 위한 다양한 시도가 진행돼왔다. 구조물 제조기업들은 소재, 공법 등 다양한 연구개발을 진행했고, 현재 구조물 시장은 일정수준의 발전 단계로 진입했다.

태양광 구조물 제조기업 관계자들은 입을 모아 현재의 구조물 시장에서 우선적으로 검토돼야 하는 것은 ‘설치환경’의 고려라고 강조했다. 아무리 좋은 품질의 제품을, 좋은 기술로 만들어도 설치환경을 고려하지 않는다면 구조물이 가지는 내구성은 ‘무용지물’이 될 수도 있다는 것이다.

기업들 역시 임야, 전답, 염해, 지붕형 등 설치현장에 따라 서로 다른 조건을 제시하는 구조물 기준에 부합하기 위한 다양한 시도를 진행하고 있다. 설계 단계에서 환경조건에 부합하는 강도 테스트, 최대 풍속에서 가정한 모의실험 등 꼬리를 물고 이어지는 태양광 안정성에 대한 의구심을 지우기 위해 부단한 노력을 기울이고 있는 것이다.

태양광 구조물 제조기업 관계자는 “최근의 태양광 구조물 제조기업들은 친환경이라는 전지구적, 시대적 명분이 충분히 반영된 수준 높고 성숙된 형태로 발전해나가는 모습”이라며, “공급자와 수요자가 함께 구조물 설계 단계에서부터 시공까지 충분한 의견검토를 나누며, 현장조건에 따른 발전소 건설이 진행돼야 오랫동안 안전한 발전소를 구축할 수 있다”고 말했다.

[정한교 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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