화석연료를 이용한 발전은 유한한 자원으로 언젠가 고갈이 되기 때문에 신재생에너지의 개발이 중요합니다. 때문에, 다양한 국가들이 태양광, 풍력 등의 신재생에너지 개발에 많은 노력을 하고 있습니다. 그런데, 이런 신재생에너지가 우주에서도 생산이 가능하다는 것 알고 계셨나요? 우주 공간에서 태양광 발전을 축적해 전력을 지상으로 보내는 발전 방법을 우주 태양광 발전이라고 합니다.

우주 태양광 발전은 무엇이 좋을까?

일반적인 태양광 발전은 주로 낮에 전기를 생산하고, 빛이 닿는 각도에 따라 발전 효율이 달라집니다. 이와 달리, 우주 태양광 발전은 항상 태양의 빛을 받을 수 있는 궤도로 돌기 때문에 발전 효율이 높습니다. 또한, 인공위성을 통해 에너지를 얻는 경우 햇빛을 차단하는 장애물이 없어 더 많은 에너지를 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 이렇게 모인 에너지는 필요한 지역에 요구한 만큼의 양을 빠르게 전송 가능합니다. 하지만, 우주 태양광은 인공위성을 우주로 발사하는데 많은 비용이 들고, 우주 쓰레기에 무방비로 노출되어 있다는 단점을 가지고 있습니다.

우주 태양광의 2가지 송전방법

지구 궤도를 도는 인공위성은 태양 전지판을 이용해 전기를 만들어 사용하고 있는데요. 지구에서 이 에너지를 사용하기 위해서는 인공위성에서 지구로 에너지를 송전하는 방법이 필요합니다. 그 첫 번째 방법은 마이크로파 송전입니다. 우주에서 태양광으로 만들어진 전기를 마이크로파인 전파 형태로 바꾸어 지표면을 향해 쏘는 방법입니다. 마이크로파는 극초단파 영역으로 대기권의 비나 구름에 방해를 받지 않고 전리층에서의 반사나 산란이 없어 전력을 지상에 효율적으로 전송할 수 있게 해줍니다.
(*전리층 : 대기의 상층부에서 태양으로부터 받은 자외선이나 우주선 등으로 기체 분자가 이온이 된 층)

두 번째 방법은 레이저 송전입니다. 파장 폭이 큰 태양광을 흡수하는 ‘크롬’과 태양광을 레이저광으로 변환시키는 ‘네오짐’을 세라믹 재료에 고밀도로 주입하면 레이저가 발생되는데, 이를 지상에 송전하는 방식입니다.

현실성과 개발하고 있는 국가 사례

우주 태양광 발전이 상용화가 되려면 오랜 시간이 걸릴 전망이지만, 여러 국가에서 우주 태양광 발전에 대한 연구를 진행하고 있습니다.
미국항공우주국은 우주정거장에서 무선 전송 기술을 시험하고 2040년쯤 우주 태양광 발전을 상용화할 계획입니다. 영국 리버풀 대학은 태양전지를 탑재한 가볍고 반사율이 높은 돛을 3D 프린트로 제조하는 태양광 발전 시설이 될 솔라 세일의 제작방법을 연구하고 있습니다. 일본 우주항공연구개발기구는 전기의 무선 에너지 전송 기술을 연구하고 있으며, 중국우주기술연구원도 2030년대부터 2050년 사이를 목표로 1GW급의 상업용 우주 태양광 발전을 정지궤도에 올릴 목표입니다.

우리나라 또한, 2019년 한국항공우주연구원이 국회에서 우주 태양광 발전 계획을 처음 공개했는데요. 발사 비용을 최소화하기 위해 태양 전지판을 둥글게 말아 저궤도에 올린 후 태양 전지판을 조금씩 펼쳐 정지위성의 궤도까지 고도를 높일 계획입니다. 또한, 2029년까지 2대의 소형 태양광 발전 위성을 발사해 성능을 확인할 계획입니다. 아직은 우주 태양광 발전이 상용화되어 있지는 않지만, 상용화가 성공하면 자원 걱정 없는 완벽한 청정에너지를 얻을 수 있으며 파급효과가 상당할 것으로 기대됩니다.

 

*이 콘텐츠는 한국에너지공단 대학생 SNS 기자단의 기사입니다. 한국에너지공단의 공식입장과 일치하지 않을 수 있습니다.

 

참고자료
너도나도 우주 태양광발전소 한국도 나선다

미래 산업 ‘우주 태양광 발전’….현실화 가능할까?

[과학을읽다]’우주 태양광발전’의 현주소는?

우주서 지상 군대에 전기공급?…’우주 송전 실험’ 성공할까

우주 자원의 개발, 우주태양광발전

 

이미지 출처

클립아트 코리아(http://www.clipartkorea.co.kr/)