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모든 생명체의 근원인 태양은 밝은 빛으로, 따스함으로 들판의 곡식들을더욱 살찌운다.
요즘처럼 환경과 더불어 에너지를 이야기할 때 빠지지 않는 것이 태양을 이용한 대체에너지다. 대체에너지원으로, 청정에너지로 태양만큼 전 세계적으로 유용한것이 없는 듯하다.
지구상에 존재하는 모든 생명체는태양을 생명의 근원으로 하고 있으며, 태양광선을 받는모든 물체는 열에너지를 흡수해 자신의 체열로 바꿨다가 다시 방사한다. 특히 해바라기는 자동적으로 태양을향하다가 태양이 비치지 않으면 폐쇄하는 자연형태의집열기다.인간도 마찬가지가 됐다.무한한 에너지원인 태양을 누가 더 빨리 내 것으로만드느냐에 따라 경제와 환경이라는 두 마리 토끼를 확실하게 잡을 수 있게 된 것이다.
에너지는 국가의 산업이 발전함에 따라 필연적으로 소비가 증가하는 특징이있다. 자원의 97%를 수입에 의존하는 우리나라도 예외는 아니어서 70년대 이후 경제성장에 따른 에너지 소비의 증가를 보여 왔다.
그러나 화석에너지의 사용에따른 대기오염 및 지구온난화 문제로 인해 에너지에 대한 새로운 인식이 요구됐으며, 이를 극복하기 위해 재생 가능하고 경제적으로 효율적이며 환경에 무해한 에너지원에 대한 관심과 연구가 가속화되고 있다.
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태양에너지건축에서 태양에너지의 이용은 태양열시스템과 태양광을 이용한 태양전지시스템으로 구분한다. 이것은태양에너지를 흡수해 분배하는데 별도의 설비를 이용하는 시스템으로 태양집열기 및 태양전지를 주택의 상부혹은 측면에 부착시켜서 태양에너지를 흡수하고 이 흡수된 열 및 전기에너지를 순환유체(물·부동액)로 순환시켜 저장조에 저장하는 형태를 띤다.
태양열시스템은 우리에게 그리 낯선 것만은 아닌 듯하다. 건축물에서 태양열 이용은 햇빛이 비치는 곳이면어디에나 가능하며, 설치 규모에 따라 필요한 열을 얻을 수 있다. 주택에서 많이 쓰이는 형태로는 평판형 집열기로 그 구조는 아주 단순하다.집열기에서 태양열을 받아 열매체가 가열되면 비중이 낮아져 집열기 상부를 통해 축열조 내 열교환기로자연순환되는 자연순환형과 태양열에 의해 가열된 열매체를 순환펌프에 의해 강제 대류시켜 축열탱크에 열을 축적하는 강제 순환형이 있다.
집열기 표면은 검은색으로 코팅해 열의 반사를 지속적으로 막아줌으로써 다른 검은색 표면들에 비해 20%이상의 열 보존 및 온도상승 효과를 낸다.평판형 집열기의 적용범위는 섭씨 100도 이하의 저온으로 건물의 급탕과 실내난방에 사용할 수 있다. 평판형 집열기의 효율은 40~50% 정도이며, 이에 상응하는 축열조를 설치할 경우 집열기 표면은 평방미터당 매년 500kWh까지 열을 생산할 수 있다.
이러한 에너지양은 건물에서 사용하는 전체 에너지양의 20~40%를 차지한다. 이러한 시설은 투자회수기간이 10년 내외로자연에 부담을 주지 않는 에너지이용 방안이다.태양광전지를 이용한 태양광시스템태양빛을 이용한 태양광전지의 발명은 헨리 베큐렐이(Henri Becquerel)라는 물리학자가 규사를 포함하는물질에 빛이 비치면 전기가 발생한다는 사실을 발견하면서 시작됐다. 이러한 현상의 발견은 마치 식물의 광합성과 같이 인공적인 과정을 거쳐 빛에서 에너지를 직접 생산할 수 있는 혁명적인 발견이었다.태양전지는 컴퓨터산업의 부산물로 반도체로 이뤄져 있다.
규사를 주원료로 해 만들어지는 태양광 셀(cell)은 플라스틱이나 유리로 씌워져 반영구적으로 사용이 가능하다.초기 투자비는 많이 드는 편이나한번 시공하면 지속적으로 전기를생산할 수 있기 때문에 환경에부담을 주지 않는 우수한 제품이다.특히 소비가 촉진돼 대량 생산될 경우는 가격 경쟁력도향상될 수 있으며, 일본이나독일·덴마크·네덜란드 등환경 선진국들은 이미1980년대부터 재생 가능한 에너지 생산에 관심을가져 태양광발전 분야에서 많은 진전을 보이고있다.태양광시스템은 빛을전기로 변환시켜 공조·조명·난방을 하기 위해사용되며, 태양전지로 구성된 모듈과 축전지 및 전력변환장치(인버터), 충전지,보조발전기 등으로 구성돼 있다.
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태양전지는 반도체의성질을 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는장치이며, 전력조절장치는 태양전지가 주어진 조건에서 최대의 전력을 낼 수 있도록 하는 장치다. 여기에 태양전지에서 생산된 직류(DC)전기를 교류(AC)로 바꾸기 위해 인버터(Inverter)를 설치하며, 낮에 생산된 전기를 밤에 사용할 수 있도록 전기를 저장하는 축전지(Battery)를 설치한다.
추가적으로 장마철이나 태풍 등의 영향으로 비교적 장기간 태양전지가 작동할 수 없는경우에 대비해 보조발전기를 사용한다.건축물을 설계할 경우 건물 내에서 필요한 에너지의양에 따라 설치할 태양전지판의 규모를 결정한다. 최근에는 건물 지붕뿐만 아니라 면적이 넓은 건물벽면을 태양전지판을 붙여 벽면 마감과 에너지 획득의 이중효과를 거두고 있다.
물론 벽면은 에너지취득 효율이 낮지만 상대적으로 지붕보다 많은 면적을 가지고 있기 때문에 에너지 취득을 많이 할 수 있는 장점도 있다.우리나라의 전기생산은 대부분 대규모 발전소에서생산해 이를 각 가정에 공급하고 있다. 이렇듯 대규모 시설은 시공에따른 환경파괴와 전기 공급 과정에서 발생하는 환경부하를 발생한다. 그러나 태양광을 이용해 전기를 직접 생산하는 것은 그에 비해 매우 환경친화적이라고 할 수 있다. 건물에 직접 전기를 지속적으로 사용하기 위해서는 햇빛이비치는 낮 동안 전기를 생산해 축전지에 저장했다가 흐린 날에나 야간에 사용하게 된다.
이미 외국에서는 지역적으로 전기를 생산하고, 장기적으로 전기 생산이 안될 경우는 일반적으로 전기회사에서 전기를 받아쓰고남으면 전기회사에 파는 경우가 많다.이제까지는 건축물이 사람들만을 위한 공간이었다면 앞으로는 자체적으로 에너지를 생산하고 자연을 훼손해왔던 것에 대해 보상해줄 수 있는 공간으로 인식돼할 것이다.
유행 지난 옷처럼 우리의 관심에서 멀어지다 이제 다시 환경이라는 유행을 타고 태양열 주택을생각해 보지만, 이것이 한때의 유행만이 아닌 앞으로일어나는 모든 건축행위에서 지켜져야 할 원칙으로 여겼으면 하는 바람이다.

이태구
세명대학교 교수
독일베를린 공대에서 공학박사 학위를 취득한 후 1999년부터 세명대학교에서 교수로 재직 중이며, 생태건축, 친환경 단지조성 및 우수관리, 저에너지 주택설계 등 주거학 분야에서 많은 중요한연구 논문을 발표했다

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