솔라루프

솔라루프(solar roof)란 태양광 에너지를 동력으로 사용하기 위해 태양에너지를 축적하는 지붕의 형태를 한 장치이다. '솔라패널', 태양전지판과 같은 개념이다.

개요

전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심과 투자가 지속되고 있다. 화석연료 고갈로 인한 대체에너지에 대한 필요성으로 대두되었지만 그보다 지구온난화를 예방하기 위해 신재생에너지에 대한 투자만큼 중요한 것이 없기 때문이다. 그 중 가장 대중화된 것이 바로 태양광 발전 시스템이다. 이미 우리에게도 익숙하고 많은 실천이 이루어지고 있다. 그러나 이러한 실험들이 몇몇 단체나 개인 일부 공공 기관에서만 이루어지는 것은 조금 아쉽다. 무엇보다 에너지 소모량이 큰 산업 환경에서 활용이 절실하다. 최근 글로벌 기업들을 중심으로 이루어지고 있는 태양과 지붕 설계 방식에 눈이 가는 이유이다. 구글, 이케아, 월마트, 콜스 등 이름만 들어도 알만한 거대 기업들이 에너지 자립을 목표로 다양한 정책을 실시하고 있다. 그 중 가장 주목할만한 것이 바로 건물의 지붕을 활용한 솔라루프 시스템이다. 국내 자동차 기업들은 소라 시스템 기술을 상용화 하여 태양광 충전 자동차 시대를 열고있다.

솔라시스템

솔라시스템은 자동차에 설치한 태양광 패널, 즉 솔라루프로 배터리를 충전하는 기술이다. 극심한 미세먼지가 한반도를 휘감고, 여름에는 온실가스 배출증가로 인한 열돔현상이 생기며 대한민국의 기온은 계속해서 증가 추이를 보이게 되었다. 정부는 2020년까지 자동차 제조사들이 판매하는 차량의 평균 온실가스 배출 허용 수치와 연비 기준을 각각 97.0g/km, 24.3km/l에 맞추는 안을 제시했다. 현대·기아차 역시 2020년 자동차 환경 규제에 대응하기 위해 솔라 시스템이라는 해결책을 내놨다. 연비 향상과 이산화탄소 규제 대응, 운전자 사용 편의와 절약이라는 다양한 이점들을 얻어내기 위함이었다. 솔라시스템은 메인 동력이 아니라 보조 동력이다. 솔라시스템이 친환경 자동차의 배터리를 충전 하거나 내연기관 자동차 동력 일부를 돕는 형태로 볼 수 있다. 현대자동차를 예로 들면, 2010년대 후반부터 1세대 실리콘형 솔라루프, 2세대 반투명 솔라루프, 3세대 차체형 경량 솔라리드 등 세 가지 형태의 솔라 시스템이 있다.. 먼저 친환경차 일반 루프에 양산형 실리콘 태양전지를 장착한 형태다. 내연기관 모델에 적용할 2세대 반투명 솔라루프는 개방감을 원하는 소비자를 위한 투과 및 개폐형 옵션으로 개발된다. 내연기관 자동차에 솔라시스템이 확대 적용되면 총 대상 차종 판매량이 증가해 북미/유럽/국내 지역별 탄소크레딧을 통한 환경법규 비용 절감이 증대될 것으로 전망된다. 그리고 환경 모델에 적용하는 3세대 차체형 경량 솔라리드가 있다. 이는 출력 극대화를 위해 차량 리드(본닛 부분)와 루프 강판에 태양전지를 일체형으로 구성하는 방식이다.

세대별 특징

1. 1세대, 실리콘형 솔라루프: 1세대 실리콘형 솔라루프는 2019년부터 친환경 차량에 적용됐다. 솔라루프는 차체 지붕에 양산형 실리콘 태양전지를 장착하여 계절 및 사용 환경에 따라 하루에 30%부터 약 60%까지 배터리를 충전할 수 있다. 투과형 혹은 개폐형 썬루프 적용은 불가능하다. 허나, 제작 의도 자체는 연비 향상과 이산화탄소 총량 규제 대응을 염두에 두고 제작했다는 점이다.
2. 2세대 반투명 솔라루프: 반투명 솔라루프는 내연기관 모델, 즉 실제로 현재 사용하고 있는 자동차에 적용된다. 투과형, 개폐형이 불가했던 1세대 모델과는 달리 반투명한 재질을 사용해서 개방감을 살린 것이 특징이다. 투과, 개폐형을 옵션으로 가지고 있으며 파노라마 선루프에 반투명한 태양전지를 장착하는 형태다. 투광성이 확보됐다는 점에서 사용자들이 원하는 실용성을 고안해낸 결과다. 이 시스템이 확대 적용될 시 전 세계 지역별 탄소크레딧을 통한 환경 법규 비용 절감이 증대될 것으로 전망된다. 1세대 모델이 먼저 시장에 자리 잡은 이후, 차후 4-5년의 이후에는 본격적인 시장화가 될 가능성이 다분하다.
3. 3세대 솔라리드: 3세대 차제형 경량 솔라리드는 현재까지도 개발 진행 단계에 있다. 전기 출력의 극대화를 위해서 차량 보닛과 루프 강판에 태양전지를 일체형으로 삽입하는 형태이다. 강판에 솔라시스템을 직접적으로 적용하는 것이 그 목적인데, 더 넓은 의미로 해석하자면, 일반 차량과 동일한 내구성을 확보하는 것이 솔라리드 개발 제작 및 상용화의 핵심 목표라 할 수 있다.

구성 원리

솔라시스템은 솔라패널과 제어기, 그리고 배터리 세 가지로 구성된다. 먼저 솔라패널에서는 태양광이 태양전지 셀 표면에 입사되면 전자와 정공으로 분리되면서 에너지가 발생한다. 100W급 솔라패널 장착 여름철 정오, 1000 W/㎡ 광량(1SUN)으로 100W를 생산해낸다. 즉 1시간 태양광을 받으면 100Wh 에너지를 저장하는 게 가능다는 것이다. 제어기에서는 MPPT(Maximum power point tracking)와 변압이 이뤄진다. MPPT란 솔라셀에 모인 전력의 효율을 높이기 위해 전압, 전류를 제어하는 것을 말한다. 이렇게 발전된 DC 전력은 제어기를 통해 차량의 기준전압으로 변압되어 배터리에 저장되거나 알터네이터 부하를 낮추는데 사용된다.

효과, 전망

1세대 솔라루프 시스템을 적용할 경우 여름철 하루 58%, 겨울철에는 하루 30%까지 배터리 충전이 가능하며, 실도로 운전에서의 연비 상승 효과를 누릴 수 있는 것은 물론 탄소 배출도 현저히 줄어든다. 탄소 배출에 점점 깐깐해지고 있는 글로벌 추세에 적극 대응할 수 있는 것이다. 솔라루프를 설치한 차는 솔라시스템을 개발하면서 효율과 디자인적 측면을 중점적으로 고려해야 한다. 차량 내구성을 유지하면서 효율을 높이고, 디자인도 훼손하지 않는 솔라시스템 개발을 목표로 하고 있다. 국내 자동차 기업은 현재 2019년 이후 출시될 친환경 자동차에 1세대 솔라루프를 적용하기 위해 개발에 박차를 가하고 있다. 연비 향상으로 주행거리를 늘려 운전자 사용편의를 높이는 동시에 글로벌 환경규제에 대비하는 솔라시스템이 유망한 발전을 이루고 있으며, 태양에너지가 자동차의 주 동력원이 될 가능성도 전도유망하다.

도입

테슬라

테슬라의 엘론 머스크는 솔라루프가 차세대 킬러 제품이고 장차 성장할 유망한 아이템이라고 주장했다. 테슬라의 솔라루프는 2017년도에 주문이 시작됐으며, 2018년부터 보급되었다. 솔라루프 패널은 총 4종류로 판매되며 주택의 외관 디자인에 따라 텍스터, 스무스, 투스칸, 슬레이트로 나눠진다. 테슬라의 솔라루프 패널은 무기한 보증을 보장하며, 전력 보증 기간은 30년, 내후성 보증기간 역시 30년이다. 엘론 머스크가 솔라루프 패널의 가장 큰 특징으로 뽑은 접은 내구성이다. 솔라루프 소개 홈페이지에서 초당 2천500 프레임으로 촬영한 우박 저항 테스트 영상을 공개했으며 5cm 크기의 우박이 초당 160km/h의 속도로 닿아도 테슬라의 솔라루프는 아무런 영향을 받지 않았다. 솔라루프 기술에 주목해야 될 점은 바로 가정용에서 좀 더 확대되어 전기차에도 확대 적용이 되는 것이다. 테슬라의 솔라루프 패널은 친환경 전기차 충전 시대를 열어갈 것이라는 전망이 있다. 현재 전기차 운행에 필요한 전력은 대개 석탄과 석유 등 화석연료에서 나오는 게 일반적인 상식이다. 이런 이유에서 전기차가 100% 친환경차가 아니다는 주장도 나오고 있다. 엘론 머스크 역시 이런 생각 때문에 태양광 에너지 사업을 진행하고 있다고 밝혔으며, 솔라루프 패널을 전 세계적으로 판매해 지속 가능한 에너지로의 전환이라는 미션을 수행하겠다고 했다. 이 같은 목표 때문에 솔라루프를 차세대 킬러상품이라고 대대적인 마케팅을 한 것이라 보인다. 작동 방식은 솔라루프로부터 생산되어 저장된 전기 에너지는 테슬라의 가정용 전력 생산 기기인 파워 월로 보내진다. 이 파워 월은 태양광 에너지 상태와 상관없이 밤과 낮동안 가정에 필요한 전력을 제공하며, 테슬라 차량의 완속 충전을 하는데도 이용된다고 한다.

현대자동차

현대자동차는 2019년 7월 한국 시장에서 솔라루프 시스템 쏘나타 하이브리드를 처음으로 선보인 뒤, 2020년 5월, 하이브리드 자동차의 최대 격전지인 북미 시장에 솔라루프를 장착한 '쏘나타 하이브리드'를 출시했다. 대차 북미 법인에 따르면 태양광으로 달릴 수 있는 '솔라루프' 시스템을 적용한 2020 쏘나타 하이브리드(HV) 모델이 미국 시장에 이어 캐나다에 시판됐다고 한다. 태양 전지판 루프(Solar Roof)기능을 기본으로 한 단일 트림으로 출시했다. '솔라루프' 시스템은 주차, 정차, 주행 등에 관계없이 태양광만 있다면 활용 가능하며 하루 6시간 충전 시 연간 1300㎞를 달릴 수 있다. 여름에는 배터리를 하루 최대 58%, 겨울철엔 최대 30% 충전할 수 있다. 실제로 2020년 2월에 미국 도로 주행에서는 1125KM가량을 달린 것으로 확인되었다. 북미시장 복합 연비는 20KM/L의 수치를 기록했다.

같이 보기

• 루프 (자동차)
• 태양에너지
• 태양광
• 썬루프
• 비전루프
• 파노라마루프

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