인류는 아주 오래 전부터 태양을 에너지원으로 활용해왔다. 태양광 기술의 역사는 기원전 7세기까지 거슬러 올라간다. 기원전 3세기에는 그리스와 로마에서 종교적 목적으로 태양 빛을 집중시켜 횃불을 밝히는 데 사용했다. 특히 기원전 212년에는 그리스의 과학자 아르키메데스가 로마제국의 배를 불태우기 위해 청동 방패의 반사 특성을 활용했다는 기록이 전해진다. 로마 시대에는 대형 남향 창문을 통해 태양의 따뜻함을 받아들이는 로마 목욕탕이 유명했다. 이는 초기의 수동 태양 에너지 활용 예로 볼 수 있다.
중세에 들어서는 북미의 아나사지 인디언들이 겨울 태양을 포착하기 위해 남향 절벽 주거지에 거주했다. 산업혁명 이후 태양광 기술은 더욱 발전했다. 1767년 스위스의 호레이스 드 소서는 세계 최초의 태양열 수집기를 만들었고, 이는 후에 음식을 조리하는 데 사용되었다.
태양을 본격적으로 에너지원으로 활용하는 ‘태양광’은 2024년 5월 현재 꽤 보편적인 에너지원으로 인식된다. 이러한 태양광 패널 기술 개발은 다양한 과학자들의 수많은 기여를 통해 반복적으로 이뤄졌다. 당연히 정확히 언제 발명되었는지, 누가 발명의 공로를 인정받아야 하는지에 대한 논쟁이 있다.
가장 유력한 시점은 1839년으로, 프랑스의 젊은 물리학자 에드몽 베케렐은 빛이나 복사 에너지에 노출되면 전압이나 전류가 생성되는 광전지 효과를 관찰하고 발견했다. 1873년 윌러비 스미스는 셀레늄에 광전도성이 있다는 사실을 알아냈고, 1876년 윌리엄 그릴스 아담스와 리처드 에반스 데이는 셀레늄이 햇빛에 노출되면 전기를 생성한다는 사실을 찾아냈다. 몇년 후인 1883년 찰스 프리츠가 셀레늄 웨이퍼로 만든 최초의 태양전지를 실제로 생산했는데 일부 역사학자들은 프리츠를 태양전지의 실제 발명가로 인정하기도 한다.
10여년 전부터 본격 탄력받기 시작
그러나 오늘날 우리가 알고 있는 태양전지는 셀레늄이 아닌 실리콘으로 만들어졌다. 태양전지 패널의 진정한 발명은 바로 70년 전인 1954년 4월 25일 미국 뉴저지주의 벨연구소의 대릴 채핀, 캘빈 풀러, 제럴드 피어슨이 실리콘 광전지(PV) 셀을 만든 것에서 시작된다고 보는 견해가 있다. 당시 뉴욕타임즈는 ‘이 발명은 거의 무한한 태양에너지를 인류문명에 활용하는 새로운 시대의 시작을 알릴 수 있다’고 보도했다. 물론 당시 효율은 6% 정도였고, 많은 사람이 일상에서 쓰기엔 매우 비쌌다.
그래서 비용을 덜 신경써도 되는 우주에서 먼저 활용됐다. 1958년 뱅가드Ⅰ 위성은 1W(와트)짜리 소형 패널을 사용해 무전기에 전력을 공급했다. 그해 말에는 뱅가드II, 익스플로러Ⅲ, 스푸트니크 3호가 모두 태양광 기술을 탑재해 발사됐다. 태양과 가까운 곳에서 태양에너지를 활용하는 시대가 열린 셈이다.
태양에너지를 우리의 일상에서 사용하기까지는 꽤 오랜 세월이 필요했다. 전세계적으로 태양광 발전의 성장은 지난 10년 동안에야 본격적으로 탄력을 받기 시작했다. 2004년 한해 동안 전세계적으로 1GW의 태양광 발전이 설치되었지만, 2010년에는 매월 1GW가 설치됐다. 5년 후 설치량은 주당 1GW, 가장 최근에는 하루에 약 1GW에 달한다. 이러한 추세가 계속된다면 10년 안에 연간 1TW 증가를 보게 될 것이다. 그 의미는 우리의 세계는 진정으로 태양빛으로 움직이는 미래를 말한다.
태양광 발전의 급속한 비용 하락과 기술적 진보는 이 에너지원을 더욱 접근 가능하고 효율적으로 만들었다. 최근 연구에 따르면 태양광 패널의 효율성은 계속해서 향상되고 있으며 이는 더 적은 면적으로 더 많은 에너지를 생산할 수 있게 해준다. 다중접합 기술을 활용하면 태양광의 발전 효율이 현재의 15~20% 수준에서 45% 이상까지 높일 수 있다. 이러한 전망은 대부분의 선진국에서 태양광 기반의 발전이 전체 전력 공급량의 제1의 에너지원으로 기대하는 근거가 되고 있다.
태양광은 화석연료에 대한 의존도를 낮추고 에너지 수입을 줄이며, 에너지 자립을 강화하는 수단이며 인류의 오랜 꿈을 실현시키는 방향으로 지속될 것이다.
도전과제 많지만 주된 에너지 될 것
70년 전 최초의 태양광을 대중에게 선보인 과학자들은 무엇을 꿈꿨을까? 무한한 태양에너지를 인류가 활용하게 되는 모습을 상상했을 것이다. 당시 말도 안되는 꿈은 현실이 되었고, 과거의 에너지 관행은 미래로 향하는 길을 벗어나야 하는 우리가 극복해야 하는 도전과제가 되었다.
태양광의 미래는 밝다. 우리는 태양으로 움직이며 새로운 가치를 창출하게 될 것이다. 여전히 많은 도전과제가 앞에 놓여 있지만 우리는 탄소중립의 미래에서 태양광을 주된 에너지의 원천으로 활용하게 될 것이다.
