로켓 공학의 기초를 놓았던 러시아 과학자인 콘스탄틴 치올콥스키가 1920년에 고안한 '우주에 거대한 발전소를 만들어 지구에 대량의 에너지를 공급한다'는 아이디어는 오랫동안 SF작가 밖에 주목하지 않았지만, 기후변화가 문제시되고 있는 최근에는 과학자들이 실현을 위해 움직이기 시작하고 있습니다. 그런 우주에서의 태양광발전에 대해 리버풀대학 항공우주공학과 강사인 아만다 제인 휴즈와 스테파 소루디니 씨가 설명합니다.
Solar power stations in space could be the answer to our energy needs
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Solar power stations in space could be the answer to our energy needs
How solar power stations in orbit could become a reality in the coming decades.
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우주에서의 태양광발전에는 많은 장점이 있습니다. 태양광발전 시설의 큰 약점인 '반나절 밖에 태양광을 얻을 수 없고, 빛이 닿는 각도에 따라 발전 효율이 달라진다'는 점인데, 우주에 발전시설을 쏘아올리면 항상 태양광을 얻을 수 있는 궤도로 돌 수 있습니다. 또한 지구상에서는 대기가 태양광의 일부를 반사해버립니다만, 우주라면 더 많은 태양광을 얻을 수 있습니다.
그러나 '태양광발전 시설과 같은 대규모 구조물을 어떻게 조립, 발사, 배치하느냐'는 과제가 남아 있습니다. 충분한 에너지를 생산히기 위해서 태양광발전소는 축구장 약 1400개 분량에 해당하는 10평방킬로미터의 면적을 필요로 할 수 있고, 이만큼의 시설을 로켓으로 발사한다면 비용도 엄청나게 증가하게 됩니다.
과학자들에 의해 제안된 해결책 중 하나가 수천 개의 소형 위성을 결합하여 하나의 대형 태양광발전 시설을 구성하는 것입니다. 2017년 캘리포니아공과대학의 연구팀은 수천 개의 솔라패널로 구성된 모듈형 태양광발전 시설을 설계했습니다. 이 설계에 사용되는 태양전지 패널은 1평방미터 당 불과 280g이라는 초경량형입니다.
또한 최근에는 태양의 빛과 이온을 반사하여 돛에 모아 진행하는 솔라세일도 개발되고 있습니다. 영국의 리버풀대학은 태양전지를 끼워 넣은 접을 수 있고 가벼우며 반사율이 높은 돛을 3D프린트로 제조하여, 태양광발전 시설이 될 솔라세일을 만드는 방법을 연구하고 있습니다.
또한 우주에서의 발전은 '만든 전기를 어떻게 지구에 전송하는가'라는 문제도 있습니다. 가장 현실적인 해결책은 '태양광발전으로 생산된 전기를 마이크로파나 레이저로 변환하여 지상에 보낸다'는 구상입니다.
이미 일본의 우주항공연구개발기구(JAXA)는 전기의 무선에너지전송 기술에 대한 연구를 수행하고 있으며, 2015년에 실시된 실용화 실증 데모에서는 5.8GHz 대역의 전파로 55m 떨어진 곳까지 전기를 무선으로 전송하는 데 성공했습니다. 그러나 송전 전력 약 1.8kW에서 수전 전력은 약 320~340W라는 것 때문에 실용화에는 좀 더 시간이 걸릴 예정입니다.
또한 중국에서도 전력의 무선전송 기술에 대한 연구가 최근 활발해지고 있으며, 2050년까지 최대 2GW의 전력을 지구로 전송하는 것을 목표로 하는 'Omega' 시스템의 설계를 목표로 하고 있습니다. 실제로 중국의 태양광패널 제조업체인 출하량 세계 1위 JinkoSolar는 中国航天科技集団有限公司（China Aerospace Science and Technology Corporation）과 공동으로 우주 태양광발전의 기술개발에 착수하기로 2020년 1월에 발표했습니다.
'우주에 태양광발전 시설을 만들어 지구에 전송한다'는 100년 전에 제창된 아이디어는 기술의 진보에 의해 조금씩 현실이 되어가고 있습니다. 휴즈 씨와 소루디니 씨는 "전세계의 과학자들이 우주에서의 태양광발전 시설의 개발에 시간과 노력을 투자하고 있습니다. 우리의 희망은 그것들이 언젠가 기후변화와의 싸움에서 중요한 도구가 되는 것입니다"라고 말합니다.
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