1. 서 론
2. 태양광 도로의 국내외 현황
2.1 국내 태양광 발전전력 현황
2.2 국내 태양광 도로 적용현황
2.3 국외 현황
3. 국외 태양광 도로 현장 방문 및 문제점
3.1 미국 Solar Roadway사 방문
3.2 네덜란드 Solar Bike Path 방문
3.3 프랑스 Wattway 관련 기사
4. 시사점 및 향후 태양광 도로의 이용방안
1. 서 론
지난 십여년 전부터 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있는 가운데, 태양광 발전 패널을 도로분야에 접목하여 신재생에너지 발생시키는 태양광 도로에 대한 연구가 네덜란드를 시작으로 미국, 프랑스 등에서 시작된 바 있다. 국내에서도 주택, 주차장, 자전거 도로 등에 태양광 패널을 설치해 태양광 발전을 시행하는 사업이 크게 급증한 바 있으나, 도로분야에서는 크게 활용되지 못하는 실정이다.
본 연구에서는 태양광 도로에 대한 해외 사례에 대한 분석과 현장 방문, 그리고 국내 적용사례 등을 토대로 현재의 문제점을 도출하고 향후 태양광 도로의 국내 이용방안을 제시하고자 한다.
2. 태양광 도로의 국내외 현황
2.1 국내 태양광 발전전력 현황
태양광 도로와 관계된 우리 나라 신재생에너지 이용 및 보급을 위한 기본계획은 산업자원통상부에서 2020년 12월 29일 신재생에너지 정책심의회를 개최하고 「제5차 신․재생에너지 기술개발 및 이용․보급 기본계획(이하 ‘신재생에너지 기본계획’)」을 심의․확정하였다. 금번 제5차 신재생에너지 기본계획에서 태양광 발전과 관련된 주요 특징은 제9차 전력수급 기본계획과 동일하게 계획기간을 2020~2034년으로 맞추고, 2034년 신재생에너지 발전 비중 목표를 25.8%(재생 22.2%, 신 3.6%)로 설정한 것이며 태양광 설비효율의 향상에 있어서도 현재 17.5%에서 40%라는 정량적 목표치를 제시하였다. 또한, 태양광에너지를 비롯한 신재생에너지와 수소에너지를 새롭게 추가 개발함으로써 2050년에는 탄소중립을 이루겠다는 최종 목표를 제시하였다.
제시한 목표와는 달리, 현재 전력거래에서 신재생 에너지가 차지하는 비율은 매우 작은 수준이며 태양광의 경우, Fig. 1에 나타난 바와 같이 전력 매입가격의 변동성이 너무 크기 때문에 태양광 발전에 참여하고자 하는 개인 및 기관의 불만이 매우 큰 상태이다.
2.2 국내 태양광 도로 적용현황
국내 태양광 발전패널이 적용된 도로시스템을 살펴 보면, 우선, Fig. 2에 나타난 바와 같이, 2015년 서부발전이 세종시에 적용한 자전거 도로 위에 지상캐노피를 설치한 것을 들 수 있다. 최근 관련 보도자료를 보면, 이 캐노피 태양광 발전으로 인해 6년간 60억 7천만원의 수익이 발생한 바 있으며 설치비는 71억원 수준인 것으로 발표된 바 있다(Sejong Bicycle Road, 2018.10.1.).
최근의 태양광 도로와 관련된 시공사례를 보면, 2020년 서울월드컵공원에는 광장 바닥에 태양광 및 LED 패널이 설치된 바 있으며 지름 20 m 원형광장에 낮에는 태양광 패널로 에너지를 생산하고 야간에는 화려한 영상예술을 보여주도록 기획된 바 있다. 이 태양광 광장은 국내 최초 보도블록형 패널을 사용해 무대 테두리에 태양광 블록 1,171장, 중앙에는 LED 블록 2,457장이 설치되었으며 발전용량은 패널 1개당 11.4 Wh로 전체 용량은 13.35 kW이며 일 평균 59.7 kWh를 생산하는 것으로 알려져 있다.
또한, 2020년 뚝섬 한강공원에는 태양광 자전거도로와 LED 보도블록이 시공된 바 있다. Fig. 4에 나타난 바와 같이 250 m 구간에 설치한 태양광 자전거도로는 태양광 보도블록 288장과 LED 보도블럭 504장이 설치되어 주간에 충전된 태양광 발전 전력이 야간에 LED 보도블럭에 작용하여 자전거 이용자의 가시성을 높여 주고 있다.
이상과 같이 국내 태양광 도로 적용사항을 보면, 기존이 도로를 태양광 도로로 재포장하는 형식이 아닌 도로 시스템의 부속시설로 이용되거나 야간 디자인 강화의 목적으로 LED패널에 전력을 공급하는 시스템으로 이용되고 있는 실정이다.
2.3 국외 현황
네덜란드에서는 Fig. 5와 같이 2014년도에 세계 최초로 자전거 도로에 발전 패널을 접목시킨 태양광 자전거도로(Solar Bike Path)를 시공한 바 있다. 태양광 자전거 도로는 연장 70 m 규모로 시공되었으며 최초 발전량을 보면, 당초 예상보다 시간당 3,000 kWh를 더 발전 생산한 것으로 나타나 태양광 발전 도로의 가능성이 입증된 바 있다.
미국에서도 2016년 태양광 발전 패널을 도로분야에 적용하여 신재생에너지를 발생시키는 Solar Roadways가 개발 및 시공 중이며 특히, 민간중소기업이 이를 개발하여 적용시키고 있는 점이 특징적이다. Fig. 6는 시험시공된 모습을 보여주고 있다.
2016년 프랑스는 정부 주도하에 프랑스 노르망디에 세계에서 가장 긴 연장의 태양광 도로를 건설한 바 있다. Fig. 7에 나타난 바와 같이 Wattway로 불리우는 이 태양광 도로는 500만 유로(약 63억원)의 국가 보조금을 지원받아 폭 2 m, 연장 1 km구간에 태양광 패널 총 2,800 km2을 설치하였으며 기존 도로 바닥에 견고한 실리콘 수지로 표면을 코팅한 태양광 패널은 도로나 주차장의 기존 기능을 그대로 유지할 수 있도록 특수 제작된 것이 특징이다.
3. 국외 태양광 도로 현장 방문 및 문제점
2017-2018년 우리 나라의 태양광 도로 개발연구진이 미국과 네덜란드의 태양광 도로 현장에 방문한 바 있으며 이 내용을 요약하면 다음과 같다.
3.1 미국 Solar Roadway사 방문
Solar Roadway사는 작은 규모의 중소기업으로 마을 광장에 시험시공을 수행한 바 있으며 이 제품은 두께는 약 12 mm로 6각형 헝태로 하중을 분배시켜 파손을 방지하게 고안된 것이 특징이다. 패널의 부품 내 전선들의 역할은 6줄이 1조를 이루는 구성으로 되어 있으며, 열선(해빙), LED, 전선 등 3가지의 역할을 하게 된다. 특히, 방수 또는 패널의 파괴시 물이 들어가는 경우, 성능의 저하는 없으며 강도 부분에서는 Semi-Truck 대상으로 파괴실험 진행한 결과, 113.4 ton의 하중에서 파괴가 발생하였다고 한다. 방문 당시 설명한 신제품 SR3는 접합부를 라미네이트로 처리하고 패널의 무게를 약 31.8 kg으로 줄여 1인이 장비 없이 운반할 수 있다고 한다. Fig. 8은 방문 당시의 모습을 보여주고 있다.
방문 시에도 실제 미국 Solar Roadway사의 태양광 패널이 기존 도로에 설치되는 것보다는 Fig. 8(b)에 나타난 바와 같이 광장의 야간 경관성을 높이거나 열선이 필요한 구간에 설치되는 경우가 더 많다고 설명을 들은 바 있으며 최근에는 Fig. 8(b)의 현장에 Fig. 9에 나타난 바와 같이 새로운 SR4가 시공된 바 있다.
Fig. 9는 Fig. 8(b)와 동일한 장소에 기존의 SR2로 설치된 광장을 새롭게 개발한 SR4로 대치한 모습으로 이전보다 다양한 모양을 나타낼 수 있도록 디자인부분이 강화된 것이 특징이다.
Fig. 9.
SR4 re-construction site instead of SR2 (Sandpoint, USA) (Solar Roadways, www.solarroadways.com)
3.2 네덜란드 Solar Bike Path 방문
2018년 네덜란드 태양광 자전거 도로를 방문할 당시, 겨울철이라 자전거 도로 이용자를 볼 수가 없었으며 Fig. 10에 나타난 바와 같이 태양광 패널이 심하게 손상되어 있는 모습을 볼 수 있었다. 그리고, 현장에서의 발전용량에 대한 내용도 기존의 내용만이 프린트되어 있을 뿐, 방문당시의 발전용량을 알기 힘든 여건이었다.
3.3 프랑스 Wattway 관련 기사
2019년 8월 16일 Wattway에 대한 기사(www.popularmechanics.com)를 보면, 3년의 실제 운영 기간 중 소음의 증가로 인한 저속주행, 중차량에 의한 파손 등 도로포장 자체의 문제점이 있었음은 물론, 실제 획득한 발전용량보다 기대한 발전용량보다 크게 낮았음을 밝히고 주요 원인으로 상대적으로 좋지 않은 노르망디지역의 일조량을 지적한 바 있다.
4. 시사점 및 향후 태양광 도로의 이용방안
앞 장에서 국내외 태양광 도로의 현황을 살펴 본 결과, 아직까지 태양광 발전이 도로포장으로 이어지기에는 기술적인 부분뿐만 아니라 경제성 또한 크게 문제가 되므로 이에 대한 관심이 앞으로 어떻게 진행될지 우려되는 바가 크다. 그럼에도 불구하고 기존의 도로포장에 대한 보수 또는 재포장 등을 고려할 때, 태양광 도로는 공공부분에서도 개발할 가치가 있는 것으로 판단된다.
태양광 도로가 갖고 있는 단점이 아닌 발전전력의 부가적인 창출이라는 장점만을 고려하게 되면, 현재에도 태양광 발전이 도로포장에 이용될 수 있는 부분이 있다. 예를 들어, 최근 사회적으로 크게 대두되고 있는 블랙아이스(black ice)나 Fig. 11에 나타난 바와 같이 가로등이 없는 도로 등과 같이 전력이 공급되면 상기 문제에 대한 대책마련이 가능한 도로를 건설할 수 있다.
이러한 점을 고려하여 향후 국내 태양광 도로건설은 태양광 패널의 발전효율이 크게 증가하는 시기까지는 열선이 필요한 도로나 가로등 부재도로 등에 우선 설치하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 나아가, 태양광 도로의 설치를 위한 적용환경 분석, 태양광 패널의 청소, 태양광 패널의 효율증대 등 최근의 태양광 도로가 보여 준 문제점들을 해소하는 연구가 계속적으로 뒷받침되면 언젠가는 기존 운송의 성능에 추가적으로 전력발전이라는 성능도 포함하는 하이브리드(hybrid)개념의 태양광 도로가 크게 각광받는 시기가 올 것이라고 사료된다.
