日, 태양광으로 안정적 수소생산 성공
日, 태양광으로 안정적 수소생산 성공
  • 송명규 기자
  • 승인 2018.07.25
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후지쯔, DC-DC 컨버터시스템 개발

[투데이에너지 송명규 기자] 일본에서 태양광을 활용해 안정적인 수소를 생산하는 컨버터시스템이 개발돼 이목이 집중된다. 

일본 모노사의 보도에 따르면 후지쯔는 태양전지의 간헐적인 출력 변동 영향을 억제시킴으로써 태양광을 이용해 안정적으로 수소를 제조할 수 있도록 한 DC-DC 컨버터시스템을 개발하는 데 성공했다.

후지쯔 연구소와 스미토모 전기공업, 미야자키대학, 도쿄대학은 공동으로 실용적인 구성의 시스템에서 태양광에너지를 이용해 안정적으로 수소를 생산하는 데 성공했다고 발표했다.

이번 실증실험에서는 태양광발전으로 얻은 전력을 물분해장치에 사용할 경우 태양광에서 수소로의 1일 평균 에너지변환 효율이 18.8%로 실제 구성의 시스템에서 세계 최고 기록을 달성한 것으로 알려졌다.

태양광발전에 의해 CO₂를 배출하지 않는 수소 제조를 실현함과 동시에 재생에너지의 비중 확대에 기여할 것으로 전망된다.

지금까지 미야자키 대학 등의 연구그룹은 렌즈에서 집광된 태양광을 반도체 소자에 맞추고 발전하는 집광형 태양전지와 고체 고분자형 물전기분해장치를 연결한 시스템에서 태양에서 수소 에 최고의 에너지변환 효율 24.4%를 달성했다. 태양광과 물전기분해장치는 현재 시판되고 있는 것을 사용한 것으로 알려졌다.

반면 연구팀은 태양전지의 경우 작동 온도와 태양광의 강도에 따라 최고 변환 효율과 이를 통한 최대 전력출력지점이 변화하기 때문에 장시간 동작 변환 효율을 저하시키는 것이 핵심과제였다고 설명했다. 그 결과 장시간 수소 제조 효율을 높은 수준으로 유지하는 것이 어려웠던 것으로 알려졌다.

이에 따라 후지쯔 연구소는 태양전지와 물전기분해장치 사이를 연결하는 DC-DC 컨버터를 개발, 태양전지에서 물전기분해장치에 대한 에너지전달 효율을 90% 증가시키는데 성공했다. 동일한 구성으로 타사의 전력변환장치를 사용하면 에너지전달 효율은 80%에 머무는 것으로 알려졌다.

이번 개발제품은 물전기분해장치에 공급하는 전압과 전류를 온도와 태양광 강도에 따라 제어하고 항상 태양전지의 최대 출력 전압이 되도록 하는 것으로 전해졌다.

연구그룹은 태양광발전의 효율도 높였다. 이번 실험에서는 스미토모 전기공업에서 개발한 태양전지 모듈을 채용. 미야자키에 있는 고정밀 태양추적구조물에 설치해 실제 야외 일조 조건에서 1일 평균 27. %의 발전효율을 달성했다. 이에 집광형 태양전지의 생산환경에서 발전효율은 향후 35%까지 향상될 것으로 전망되고 있다.

물전기분해의 전력에서 수소의 에너지전달 효율을 고려하면 태양광에서 수소의 에너지변환 효율은 25 %까지 높일 수 있을 것으로 기대된다.

한편 일본에서도 물전기분해장치는 이미 저비용화하고 있지만 집광형 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 고가이다. 반면 높은 조도로 발전효율이 높은 지역에서 도입이 진행되면 비용 절감을 기대할 수 있는 것으로 알려졌다. 특히 일본 경제산업성은 수소 기본전략을 통해 수조제조비용을 1Nm³당 20엔 이하까지 낮추는 것을 목표로 할 계획이다.


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