中, 태양광 패널에 ‘하이드로겔 코팅’… 발전 효율 13% 높이고 화재 막는다

중국 과학자들이 태양광 패널의 고질적인 문제인 과열 현상을 해결하고 발전 효율을 획기적으로 높일 수 있는 ‘하이드로겔(Hydrogel) 냉각 코팅’ 기술을 개발했다.
이 투명 코팅층은 열을 흡수하고 증발시키는 방식으로 패널 온도를 낮춰, 발전 효율을 최대 13%까지 끌어올리는 동시에 과열로 인한 화재 위험을 사전에 차단할 수 있다.

2일(현지시각) 홍콩 공과대학교(PolyU), 톈진대학교, 허베이 공업대학교 공동 연구팀은 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’를 통해 태양광 패널용 하이드로겔 냉각 기술을 발표했다.

연구팀은 이 기술이 특히 동남아시아나 중국 남부처럼 일사량이 많고 기온이 높은 지역의 태양광 발전소에 혁신적인 변화를 가져올 것이라고 강조했다.

태양광 패널은 표면에 먼지가 쌓이거나 나뭇잎, 새의 배설물 등으로 일부가 가려질 경우 해당 부위의 저항이 높아지면서 온도가 급격히 상승하는 ‘핫스팟(Hot-spot)’ 현상이 발생한다. 핫스팟은 패널의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 심할 경우 화재로 이어진다.

연구팀이 개발한 하이드로겔 코팅은 이러한 핫스팟의 온도를 최대 16도(화씨 약 30도)까지 낮추는 것으로 확인되었다. 실제 나무 그늘에 가려진 패널을 대상으로 한 테스트에서 코팅 전 55.7도였던 온도는 코팅 후 39.4도로 하락했다.

연구팀은 이 냉각 전략을 통해 건물 일체형 태양광 발전(BIPV) 시스템에서 발생하는 발전 손실의 약 50%를 상쇄할 수 있다고 밝혔다.

이번에 개발된 코팅제는 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide)라는 수분 흡수 재료에 하이드록시에틸 셀룰로오스(Hydroxyethyl Cellulose) 농도제를 첨가해 내구성을 강화한 것이 특징이다.

하이드로겔 내부의 수분이 증발하면서 패널의 열을 빼앗아가는 ‘기화 냉각’ 방식을 사용한다.

면실을 잎사귀 모양으로 짜 넣어 물이 뜨거운 곳으로 고르게 이동하도록 설계했으며, 상단에는 먼지 유입을 막고 증발 속도를 조절하는 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테플론) 층을 덧씌웠다.

수개월간의 야외 테스트 결과, 기존 하이드로겔의 고질적인 문제였던 균열이나 부피 수축 현상을 크게 개선하여 안정적인 성능을 유지했다.

하이드로겔 시스템을 추가할 경우 태양광 패널 설치 비용은 약 10.7% 상승한다. 하지만 연구팀은 싱가포르나 홍콩처럼 일사량이 풍부하고 전기요금이 높은 지역에서는 추가로 발생하는 전력량 덕분에 3년에서 4.5년 사이에 투자비를 전액 회수할 수 있을 것으로 분석했다.

제리 얀 홍콩 공과대 석좌교수는 “패널 온도가 1도 상승할 때마다 효율은 약 0.4~0.5% 감소한다”며 “이번 기술은 기존 회로 설계를 변경할 필요 없이 간단히 도포하는 것만으로도 노후화 가속을 막고 발전량을 늘릴 수 있는 사용자 친화적인 솔루션”이라고 설명했다.

연구팀은 올해 중반 캠퍼스 내 대규모 실증 단지를 구축하고 본격적인 상용화를 위한 산업 파트너십을 체결할 계획이다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com