나방 눈에서 영감 얻은 태양광발전, 비 올 때도 높은 효율 얻는다 [과학it슈]

[시선뉴스 박진아] 태양광발전은 발전기의 도움 없이 태양전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식이다. 즉 태양빛이 있어야지만 최대의 에너지로 변환이 가능하다는 것이다. 

공해가 없고 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 점이 장점이지만 반면 전력생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이며, 초기 투자비와 발전단가가 높은 단점이 있다. 

그런데 이런 단점을 보완할 수 있는 기막한 장치가 개발되어 주목할 만 하다. 흐리거나 비가 내리는 날에도 높은 효율로 태양광발전을 할 수 있는 장치가 개발된 것이 그 주인공. 

포항공과대학교(POSTECH)는 기계공학과 김동성 교수, 박사과정 유동현씨 팀과 한국기계연구원 나노자연모사연구실 임현의 실장, 박승철 박사, 경희대 최동휘 교수 연구팀이 공동으로 태양광 패널 표면에 무반사 자기세정 유리를 적용해 마찰전기를 일으키는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

태양광발전은 비가 오거나 흐린 날에는 맑은 날보다 발전량이 약 40%가량 효율이 크게 떨어진다. 따라서 흐린날이 지속될 경우는 전기에너지 변환의 효율이 많이 떨어지게 된다. 

따라서 연구팀은 이를 보완하기 위해 빛을 잘 흡수하는 나방의 눈 구조에 주목했다. 나노 크기의 작은 돌기가 균일하게 덮인 나방 눈 구조를 흉내 낸 무반사 자기세정 유리로 태양전지 표면을 덮자 태양광이 반사되지 않아 더 효과적으로 빛을 모을 수 있었다.

또 비가 내릴 때는 빗방울이 나노 돌기 위로 균일하게 흐르면서 표면에 압력을 가해 안정적으로 마찰전기를 얻는 데 성공했다.

연구팀은 불규칙적으로 발생하는 마찰전기 수확장치 전기에너지를 안정화한 뒤 전력전달 시점을 조절하는 스위치 기반 회로를 적용해 전체 에너지 생산 효율을 높였다.

이 기술을 적용하면 태양전지 패널의 빛 반사를 줄여 효율을 높이고 비가 자주 오는 지역에서도 에너지를 만들 수 있다고 연구팀은 설명했다. 말 그대로 태양광발전의 단점을 한 순간에 극복하는 순간이 되는 것이다. 

이 연구는 대학과 연구소 실험실에서 보유한 마찰수확 기술과 나방 눈 모사 반사방지 기술을 융합해 확보한 기술이란 점에서 의미가 있다. 한편 연구성과는 세계적 권위지인 '나노 에너지' 3월호에 실렸다.