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태양로

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목차

1. 개요

태양로는 태양광을 집광하여 고온을 얻는 장치로, 고대부터 현대까지 다양한 형태로 활용되어 왔다. 초기에는 렌즈나 거울을 사용하여 햇볕을 모으는 방식으로, 아르키메데스가 로마 군함을 불태웠다는 이야기가 전해지지만, 현대에는 프랑스의 몽루이 태양로와 오데이요 태양로, 우즈베키스탄 태양로 등이 대표적이다. 태양로는 태양열 발전, 조리, 수소 생산, 물 정화, 재료 실험 등 다양한 용도로 사용되며, 특히 개발도상국에서는 조리용 도구로 실용화되고 있다. 굴절 집광 방식과 반사 집광 방식이 있으며, 장점으로는 간단한 장치로 고온을 얻을 수 있고 이산화탄소 배출이 없다는 점이 있지만, 야간이나 흐린 날씨에는 작동하지 않고 온도 제어가 어렵다는 단점이 있다.

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태양로
태양로
종류태양열 집중 장치
용도고온 생성
작동 온도3500 °C (6332 °F)
설명
기능집중된 햇빛을 이용하여 작동 유체를 가열

2. 역사

고대에는 태양로와 비슷한 개념의 장치가 활용되었다는 기록이 있다. 시라쿠사 공방전 (기원전 213-212년)에서 아르키메데스가 거울을 이용해 로마 군함을 불태웠다는 이야기가 전해지지만, 현대 역사가들은 이 기록의 진실성에 대해 의문을 제기한다.[1]

현대에 들어서는 1949년 프랑스의 펠릭스 트롬베 교수가 몽루이 태양로를 건설하면서 태양로 연구가 본격적으로 시작되었다.[2] 이후 오데이요 태양로(1969년), 우즈베키스탄 태양로(1981년) 등 더 크고 강력한 태양로들이 건설되었다.[3]

태양로는 우주왕복선 개발과 같은 첨단 기술 분야에도 활용되었다. 특히, 대기권 재진입 시 발생하는 고열을 견디는 내열 타일 개발에 필수적인 장비로 사용되었다.[20]

2011년에는 한국에너지기술연구원이 고온의 태양열을 이용해 수소를 생산하는 기술을 개발하여, 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 세계에서 5번째로 태양로 기술 보유국이 되었다.[20]

2017년에는 오스트레일리아에서 솔라 리저브사가 포트 오거스타 지역에 대규모 태양열 발전소 건설 계획을 발표하는 등 태양로 기술은 태양열 발전 분야에서도 활발하게 활용되고 있다.

2. 1. 초기 역사

고대 그리스/라틴어 용어인 ''heliocaminus''는 문자 그대로 "태양로"를 의미하며, 의도적으로 외부 공기 온도보다 더 뜨거워지도록 설계된 유리로 덮인 햇볕가리개를 지칭한다.[1]

시라쿠사 공방전 (기원전 213-212년)에 대한 전설적인 기록은 아르키메데스가 공격하는 배에 불을 붙이는 데 사용한 열선(광택 처리된 놋쇠 거울 또는 집광 렌즈)에 대해 이야기하지만, 현대 역사가들은 그 진실성을 의심한다. 고대 제2차 포에니 전쟁에서 시라쿠사이의 아르키메데스가 거울에 반사된 태양광을 대형 렌즈로 집광하여 로마의 군선을 불태웠다고 전해지지만, 사실 여부는 확인되지 않았다. 2005년에 실시된 매사추세츠 공과대학교의 실험에서는 정지 상태에서는 발화가 가능했지만, 이동하는 배에 집광하는 것은 어렵다는 결과가 나왔다.

최초의 현대식 태양로는 1949년 프랑스에서 펠릭스 트롬베 교수에 의해 건설된 것으로 여겨지며, 몽루이 태양로는 몽루이에 여전히 존재한다. 피레네 산맥은 연중 300일까지 맑은 하늘을 경험하기 때문에 부지로 선정되었다.[2]

오데이요 태양로는 더 크고 강력한 태양로이다. 1962년에서 1968년 사이에 건설되어 1969년에 가동을 시작했다. 현재는 3500 °C의 달성 가능한 온도를 기반으로 가장 강력하다.

우즈베키스탄 태양로는 우즈베키스탄에 건설되어 1981년 소련 "태양" 복합 연구 시설의 일부로 개장되었으며, 세계 최대의 집광기이다.[3]

미국은 프랑스 오데이오의 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)에 있는 1000㎾급 태양로(:en:Odeillo solar furnace)를 독점 활용하는 계약을 통해 우주왕복선의 초내열 타일 성능을 실험할 수 있었다. 구소련은 태양로를 소홀히 하는 바람에 우주왕복선에서 가장 중요한 내열 타일 개발에 늦어졌지만, 우즈베키스탄에 세운 대형 태양로 덕택에 7년이라는 빠른 시간 안에 우주왕복선을 발사할 수 있었다. 이는 프랑스 오데이오의 태양로를 모방한 것이었다.[20]

2011년 6월 19일, 한국에너지기술연구원은 태양광을 1만 배로 모아서 얻은 2200°C 이상의 고온으로 수소를 생산하는 `초고온 고집광 태양로` 기술을 개발했다고 밝혔다. 이는 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 전 세계에서 5번째로 개발된 것이다. 40kWt 규모로 독일과 스위스 등이 보유하고 있는 태양로와 동일한 용량으로 100% 국내 기술로 개발됐다. 아시아 최초로 개발했다.

일본에서는 산업기술종합연구소 중부센터의 전신인 나고야 공업기술시험소(나고야 공업기술연구소)에서 고온에서의 물질 과학 연구에 태양로가 사용되었지만, 현재는 그 연구는 진행되지 않고 있다. 과거 해군의 함선에 사용되던 탐조등의 포물면경 예비품이 반사경으로 이용되었다. 와카사만 에너지 연구 센터는 연구를 계속하고 있으며, 2008년에는 이산화탄소를 분해하는 연구가 성과로 발표되었다. 2011년에는 전함 야마토의 부품을 사용한, 신 연료 전지에 사용하는 마그네슘의 재이용 시설이 공개되었다.

최근에는 태양로의 실용화가 진행되고 있다. 태양열 발전에 사용되는 외에도, 개발 도상국을 중심으로 고도의 기술이나 재료 외에 연료를 필요로 하지 않기 때문에, 조리 가열용 도구로 이용된다. 인도에서는 힌두교 사원이 태양열 발전소를 건설하여 경비를 절감하고 있다. 소형의 것은 손바닥에 올려놓을 수 있는 수 센티미터의 담배 점화용부터 트렁크 정도의 조리용까지 시판되고 있으며, 휴대하기 용이하기 때문에 해외에서는 조리용으로 캠프 등에서 널리 이용되고 있다. 소형이라도 매우 눈부시게 되므로, 시각 장애를 방지할 목적으로 선글라스 등에 의한 보호가 필요하다.

2. 2. 현대의 태양로

세계 최초의 타워형 태양열 발전소는 스페인의 산루카르 태양열 발전소이다. 축구장 250개 규모로, 발전소에서 생산되는 300MW의 전기가 세비야 시내를 밝힌다. 이 발전소는 낮에만 가동되는 발전소가 아니라 에너지 저장 탱크를 이용해 밤에도 전기를 내보낸다.[20]

우주왕복선의 대기권 재진입에 견디는 초내열 타일을 개발하기 위해서는 약 2000∼3000도, 지속시간 3∼5분의 조건에 맞춰 실험해야 하는데, 이 조건을 맞출 수 있는 유일한 장비가 바로 태양로이다. 미국은 프랑스 오데이오의 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)에 있는 1000㎾급 태양로(:en:Odeillo solar furnace)를 독점 활용하는 계약을 통해 초내열 타일의 성능을 실험할 수 있었다. 구소련은 태양로를 소홀히 하는 바람에 우주왕복선에서 가장 중요한 내열 타일 개발에 늦어졌지만, 우즈베키스탄에 세운 대형 태양로 덕택에 7년 만에 우주왕복선을 발사할 수 있었다. 이는 프랑스 오데이오의 태양로를 모방한 것이었다.[20]

최초의 현대식 태양로는 1949년 프랑스에서 펠릭스 트롬베 교수에 의해 건설된 것으로 여겨진다. 이 장치인 몽루이 태양로는 몽루이에 여전히 존재한다. 피레네 산맥은 연중 300일까지 맑은 하늘을 경험하기 때문에 부지로 선정되었다.[2]

오데이요 태양로는 더 크고 강력한 태양로이다. 1962년에서 1968년 사이에 건설되어 1969년에 가동을 시작했다. 현재는 3500 °C의 달성 가능한 온도를 기반으로 가장 강력하다.

우즈베키스탄 태양로는 우즈베키스탄에 건설되어 1981년 소련 "태양" 복합 연구 시설의 일부로 개장되었으며, 세계 최대의 집광기이다.[3]

2011년 6월 19일, 한국에너지기술연구원은 기존 난방 및 급탕용으로만 이용하던 태양열을 이용해 미래의 에너지원이라 불리는 수소를 생산하는 '초고온 고집광 태양로' 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 태양광을 1만 배로 모아서 얻은 2200°C 이상의 고온으로 수소를 생산하는 기술로 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 전 세계에서 5번째로 개발된 것이다. 이번에 개발된 태양로의 규모는 40kWt로서 독일과 스위스 등이 보유하고 있는 태양로와 동일한 용량으로 100% 국내 기술로 개발됐다. 아시아 최초로 개발했다.

2017년 8월 14일, 호주 언론에 따르면 제이 웨더릴 사우스오스트레일리아주(州) 주총리는 미국 업체 솔라 리저브(Solar Reserve)와 남호주주 포트 오거스타 지역에 150MW 규모 태양열 발전소 건설 계획을 발표했다. 6.5억호주 달러가 투입되는 이번 사업은 태양광선을 모으는 반사경 1만 2000여개를 설치해서, 집광열을 통해 전력을 생산하게 된다. 약 9만여가구가 사용할 수 있는 전력을 생산할 수 있는 규모다. 2020년에 완공될 계획이다.

일본에서는 산업기술종합연구소 중부센터의 전신인 나고야 공업기술시험소(나고야 공업기술연구소)에서 고온에서의 물질 과학 연구에 태양로가 사용되어 왔지만, 현재는 그 연구는 진행되지 않고 있다. 과거 해군의 함선에 사용되던 탐조등의 포물면경 예비품이 반사경으로 이용되었다. 와카사만 에너지 연구 센터는 연구를 계속하고 있으며, 2008년에는 이산화탄소를 분해하는 연구가 성과로 발표되었다. 2011년에는 전함 야마토의 부품을 사용한, 신 연료 전지에 사용하는 마그네슘의 재이용 시설이 공개되었다.

최근에는 태양로의 실용화가 진행되고 있다. 태양열 발전에 사용되는 외에도, 개발 도상국을 중심으로 고도의 기술이나 재료 외에 연료를 필요로 하지 않기 때문에, 조리 가열용 도구로 이용된다. 인도에서는 힌두교 사원이 태양열 발전소를 건설하여 경비를 절감하고 있다.

소형의 것은 손바닥에 올려놓을 수 있는 수 센티미터의 담배 점화용부터 트렁크 정도의 조리용까지 시판되고 있으며, 휴대하기 용이하기 때문에 해외에서는 조리용으로 캠프 등에서 널리 이용되고 있다. 소형이라도 매우 눈부시게 되므로, 시각 장애를 방지할 목적으로 선글라스 등에 의한 보호가 필요하다.

2. 3. 한국의 태양로 개발

한국에너지기술연구원은 2011년 6월 19일에 미래 에너지원인 수소를 생산하는 '초고온 고집광 태양로' 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 태양광을 1만 배로 모아 2200°C 이상의 고온을 만들어 수소를 생산하는 방식으로, 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 세계에서 5번째로 개발되었다. 개발된 태양로는 40kWt 규모로 독일과 스위스의 태양로와 동일한 용량이며, 100% 국내 기술로 개발되어 아시아 최초라는 의의를 갖는다.[20]

우주왕복선이 대기권에 재진입할 때 발생하는 고열을 견디는 초내열 타일 개발에는 태양로가 필수적이다. 태양로는 2000~3000℃의 고온과 3~5분의 지속시간 조건을 만족하는 실험 환경을 제공한다. 소련은 태양로 개발을 소홀히 하여 우주왕복선의 핵심 기술인 내열 타일 개발에 어려움을 겪었으나, 이후 우즈베키스탄에 대형 태양로를 건설하여 문제를 해결하였다. 이 태양로는 프랑스 오데이오의 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)에 있는 1000kW급 태양로(:en:Odeillo solar furnace)를 모방한 것이다.[20]

3. 방식

태양로는 렌즈로 빛을 굴절시켜 집광하는 방식과, 반사판 또는 반사경으로 빛을 반사시켜 집광하는 방식으로 나뉜다.

우주왕복선의 대기권 재진입에 견디는 초내열 타일 개발에는 약 2000∼3000도, 지속시간 3∼5분의 조건에 맞춰 실험해야 하는데, 이 조건을 맞출 수 있는 유일한 장비가 바로 태양로이다. 미국은 프랑스 오데이오의 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)에 있는 1000㎾급 태양로(:en:Odeillo solar furnace)를 독점 활용하는 계약을 통해 초내열 타일의 성능을 실험했지만, 구소련은 태양로를 소홀히 해 내열 타일 개발에 늦어졌다. 이후 구소련은 프랑스 오데이오의 태양로를 모방하여 우즈베키스탄에 대형 태양로를 건설했다.[20]

2011년 6월 19일, 한국에너지기술연구원은 태양광을 1만 배로 모아서 얻은 2200°C 이상의 고온으로 수소를 생산하는 '초고온 고집광 태양로' 기술을 개발했다고 밝혔다. 이는 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 전 세계에서 5번째로 개발된 것이다. 규모는 40kWt로 독일과 스위스 등이 보유하고 있는 태양로와 동일한 용량이며 100% 국내 기술로 개발, 아시아 최초이다.

2017년 8월 14일, 호주 솔라 리저브사는 남호주주 포트 오거스타 지역에 150㎿ 규모 태양열 발전소 건설 계획을 발표했다. 6.5억호주 달러가 투입되는 이번 사업은 반사경 1만 2000여개를 설치해서 집광열을 통해 전력을 생산하며, 약 9만여 가구가 사용할 수 있는 전력을 생산할 수 있다. 2020년에 완공될 계획이다.

문재인 대통령은 수소경제를 강조했다. 태양로는 고온으로 물에서 직접 수소를 생산하는 시설로, 섭씨 2200도의 온도로 물을 가열시켜 수소를 분리해낸다. 태양광으로 발전도 하면서, 수소도 생산할 수 있어 친환경 정책에서 매우 중요하다.

3. 1. 굴절 집광 방식

볼록 렌즈 등을 통해 빛을 통과시켜 굴절시켜 집광한다.

대형 렌즈는 제조 비용이 매우 비싸기 때문에 교육 목적의 실험 외에는 거의 사용되지 않는다.

3. 2. 반사 집광 방식

평면 거울 또는 오목 반사판을 사용하여 포물면을 형성하고 집광한다. 오목 반사경은 천체 망원경의 것과 마찬가지로 고가이므로 거의 사용되지 않는다. 용도에 따라 적합한 방식이 나뉜다.[20]

기존의 평면 거울을 전용할 수 있을 뿐만 아니라, 반사판이나 거울의 제작이 용이하고 제조 비용이 낮다. 태양열 발전소에서 소형 착화기까지 다양한 용도로 이용된다. 발전소에서는 거울을 사용하는 경우가 많지만, 소형의 경우에는 금속을 그대로 반사판으로 이용하는 경우가 많다. 대형의 경우에는 다수의 작은 평면 거울을 포물면 형태로 배열하는 방식이 많다. 장시간 연속 사용하기 위해서는 태양을 추적할 필요가 있다.[20]

  • 접시형: 접시형 오목 반사판으로 집광하여 가열하는 방식. 일반적으로 소형이라 큰 열량을 얻을 수 없지만, 야외에서의 요리 등 이동을 수반하는 이용에 적합하다.
  • 홈통형: 오목 반사판을 홈통 형태로 길게 늘여, 오목면의 집광 부분에 물을 통과시키는 관을 설치하여 가열하는 방식. 건설 유지 비용이 저렴하다. 낮은 위치에 밀집시켜 설치할 수 있으므로, 사막이나 해상 등 강풍 지역에 적합하다. 좁은 면적에서도 거리가 있다면 설치할 수 있으므로, 비교적 지형을 가리지 않는다.
  • 탑형: 포물면의 중심 부분에 세운 타워의 일부에 집광하는 방식. 반사판 또는 거울을 많이 설치할 수 있을수록 높은 열량을 얻을 수 있으므로, 대형일수록 평지에 적합하다.
  • 하방 조사형: 탑형의 발전 형태이다. 카세그레인식 천체 망원경과 유사한 구조로, 포물면의 중심 부분의 공중에 오목면의 이차 반사판을 설치하여 지상 부분에 재반사시켜 집광하는 방식.
  • 원주 분할 파라볼라 (간이 제작 파라볼라): 오목 거울을 원주 분할 방식으로 제작하여, 고정밀도, 저렴하게 집광을 수행한다.

4. 용도

태양로는 다양한 용도로 활용된다.

우주왕복선의 대기권 재진입에 필요한 초내열 타일 개발을 위해 2000°C~3000°C의 고온 및 3~5분의 지속 시간 조건이 요구되는데, 태양로는 이러한 조건을 만족시키는 유일한 장비이다.[20] 미국은 프랑스 오데이오에 위치한 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 급 태양로(:en:Odeillo solar furnace)를 활용하여 초내열 타일 성능을 실험했다.[20]

태양로는 극한 환경에서의 재료 실험, 수소 생산, 나노물질 생산 등에도 활용된다. 태양광선의 집중 정도에 따라 최대 4000°C까지 온도를 높일 수 있으며, 다음은 다양한 실험에 활용되는 온도 조건이다.[4][5][6][7]


  • 1000°C: 차세대 태양열 타워용 열풍 생산 금속 수신기 (테미스 태양광 발전소 페가세 프로젝트)[4]
  • 1400°C: 메탄 분자 분해를 통한 수소 생산[5]
  • 2500°C: 핵반응로, 우주 비행체 대기 재진입 등 극한 환경 재료 테스트
  • 3500°C: 탄소 나노튜브, 아연 나노입자 등 나노물질 생산 (태양 유도 승화 및 제어 냉각)


태양로는 태양열 조리기, 바비큐 등 저렴한 조리 기구를 만드는 데에도 사용되며, 태양열을 이용한 물 살균에도 활용된다.[8][9] 인도에서는 태양열 화장장에 사용될 50m2 크기의 셰플러 반사경 시제품이 제작되었으며, 이는 700°C의 온도를 생성하여 화장에 사용되는 장작을 절약할 수 있다.[10]

올림픽 성화를 그리스 올림피아에서 점화할 때도 태양로가 사용된다.

솔라 라이터라는 담배 점화기도 있다.

4. 1. 발전

세계 최초의 타워형 태양열 발전소는 스페인의 산루카르 태양열 발전소이다. 축구장 250개 규모로, 발전소에서 생산되는 300MW의 전기가 세비야 시내를 밝힌다. 이 발전소는 낮에만 가동되는 발전소가 아니라 에너지 저장 탱크를 이용해 밤에도 전기를 내보낸다.[20]

2017년 8월 14일, 호주 언론에 따르면 제이 웨더릴 사우스오스트레일리아주(州) 주총리는 미국 업체 솔라 리저브(Solar Reserve)와 남호주 주 포트 오거스타 지역에 150MW 규모 태양열 발전소 건설 계획을 발표했다. 6.5억호주 달러가 투입되는 이번 사업은 태양 광선을 모으는 반사경 1만 2000여 개를 설치해서, 집광열을 통해 전력을 생산하게 된다. 약 9만여 가구가 사용할 수 있는 전력을 생산할 수 있는 규모다. 2020년에 완공될 계획이다.

태양열 발전의 열원으로 사용된다. 햇볕이 좋은 날씨에 의존하는 것은 지구에서 재생 에너지의 원천으로서 제한적인 요소이지만, 이러한 기간과 야간에도 에너지 생산을 위해 열 에너지 저장 시스템과 연결될 수 있다.

4. 2. 조리

태양광선은 요리 냄비 크기만 한 면적에 집중되며, 설치된 공정에 따라 4000°C에 달할 수 있다. 태양로의 원리는 저렴한 태양열 조리기와 태양열 바비큐를 만드는 데 사용되며, 태양열을 이용한 물 살균에도 활용된다.[8][9] 인도에서는 태양열 화장장에 사용할 셰플러 반사경의 시제품이 제작되고 있다. 이 50m2 반사경은 700°C의 온도를 생성하며, 화장 시 사용되는 200~300kg의 장작을 절약할 수 있다.[10]

태양로는 Solar cooker영어로 야외 취사에 이용된다. 직접적으로 열원으로 조리하는 경우가 많다. 인도의 브라마 쿠마리스 센터나 아난다담 복합 시설처럼 조리용 증기의 열원으로서 대규모 시설에서 이용되는 경우도 있다. 반사판은 매우 눈부시므로, 시각 장애를 방지하기 위해 이용 시에는 선글라스가 필요하다.

태양열 조리기로 요리되는 파에야


접시형 태양로. 중앙에 조리 냄비를 배치

4. 3. 수소 생산

한국에너지기술연구원은 2011년 6월 19일 태양열을 이용해 수소를 생산하는 '초고온 고집광 태양로' 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 태양광을 1만 배로 모아 얻은 2200°C 이상의 고온으로 수소를 생산하는 기술로, 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 세계에서 5번째로 개발되었다. 개발된 태양로의 규모는 40kWt로 독일과 스위스 등이 보유하고 있는 태양로와 동일한 용량이며 100% 국내 기술로 개발되었고, 아시아 최초이다.[20]

문재인 대통령은 수소경제를 강조했다. 태양로는 고온으로 물에서 직접 수소를 생산하는 시설이다. 수소는 물에서 전기분해, 열분해, 개질기를 통한 방식으로 생산할 수 있는데, 태양로는 열분해에 사용되는 설비로, 섭씨 2200도의 온도로 물을 가열시켜, 수소를 분리해낸다. 태양광으로 발전도 하면서, 수소도 생산할 수 있어 친환경 정책에서 매우 중요한 시설이다.

메탄 분자를 분해하여 수소를 생산하는 데 약 1400°C가 사용된다.[5]

4. 4. 물 정화

태양로의 원리는 저렴한 태양열 조리기와 태양열 바비큐(barbecue)를 만드는 데 사용되며, 태양열을 이용한 물 살균에도 활용된다.[8][9] 세계 보건 기구(WHO)나 적십자가 가정에서의 물 처리와 안전한 저장을 위한 실행 가능한 방법으로 권장하는 태양수 살균의 효과 향상 및 시간 단축을 위해 이용된다. 태양수 살균은 분산형 물 처리를 위해 간단하고 효과적인 방법이며, 가정 등에서도 수행할 수 있다. 따라서 태양수 살균에 의한 물의 살균은 이미 많은 개발 도상국에서 이용되고 있다.[11][12] EAWAG에서 발행된 태양수 살균의 절차에 관한 교육용 팸플릿은 많은 언어로 이용 가능하다.[13] 이 외에도, 태양로를 이용하여 물을 증발시키고, 위생적인 증류수를 만드는 시도가 이루어지고 있다.

4. 5. 재료 실험

우주왕복선의 대기권 재진입 시 발생하는 초고열을 견디는 내열 타일을 개발하기 위해서는, 우주왕복선이 대기권에 진입할 때 받는 온도(약 2000°C~3000°C)와 지속 시간(3~5분) 조건을 만족하는 실험이 필요하다. 이러한 조건은 태양로를 통해서만 구현할 수 있다.[20]

미국은 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 오데이오에 있는 급 태양로(:en:Odeillo solar furnace)를 독점 사용하는 계약을 맺어 초내열 타일 성능 실험을 진행했다. 반면 구소련은 태양로 활용을 소홀히 하여 내열 타일 개발에 어려움을 겪었다. 그러나 구소련은 우즈베키스탄에 프랑스 오데이오 태양로를 모방한 대형 태양로를 건설하여 7년 만에 우주왕복선 개발에 성공했다.[20]

2011년 6월 19일, 한국에너지기술연구원은 태양광을 1만 배로 모아 2200°C 이상의 고온으로 수소를 생산하는 `초고온 고집광 태양로` 기술을 개발했다고 발표했다. 이는 미국, 프랑스, 스위스, 스페인에 이어 세계에서 5번째로 개발된 기술이며, 아시아 최초이다. 이 태양로는 40kWt 규모로 독일, 스위스 태양로와 동일한 용량이며, 100% 국내 기술로 개발되었다.

2017년 8월 14일, 호주 언론에 따르면 사우스오스트레일리아주 주총리는 미국 업체 솔라 리저브와 함께 포트 오거스타 지역에 150㎿ 규모 태양열 발전소 건설 계획을 발표했다. 이 사업에는 6.5억호주 달러가 투입되며, 1만 2000여 개의 반사경을 설치하여 집광열로 전력을 생산한다. 이는 약 9만여 가구가 사용할 수 있는 전력량이며, 2020년에 완공될 예정이다.

태양로는 태양광선의 집중 정도에 따라 4000°C까지 온도를 높일 수 있으며, 다음은 다양한 실험에 활용되는 온도 조건이다.[4][5][6][7]

  • 1000°C: 차세대 태양열 타워용 열풍 생산 금속 수신기 (테미스 태양광 발전소 페가세 프로젝트)[4]
  • 1400°C: 메탄 분자 분해를 통한 수소 생산[5]
  • 2500°C: 핵반응로, 우주 비행체 대기 재진입 등 극한 환경 재료 테스트
  • 3500°C: 탄소 나노튜브, 아연 나노입자 등 나노물질 생산 (태양 유도 승화 및 제어 냉각)


태양광의 수렴 정도에 따라서는 수천 도의 고온에 달하기 때문에 물질의 용융 실험이나 결정 합성에도 사용된다.[14][15][16][17]

초고열을 이용하여 물질 환원에도 이용된다.

4. 6. 기타

태양 광선은 요리 냄비 크기만 한 면적에 집중되며, 설치된 공정에 따라 4000°C에 달할 수 있다. 예를 들면 다음과 같다.

  • 차세대 태양열 타워용 열풍을 생산하는 금속 수신기의 경우 약 1000°C로, 테미스 발전소에서 페가세 프로젝트와 함께 테스트될 예정이다.[4]
  • 메탄 분자를 분해하여 수소를 생산하는 데 약 1400°C가 사용된다.[5]
  • 핵반응로 또는 우주 비행체 대기 재진입과 같은 극한 환경에서 재료를 테스트하기 위해 최대 2500°C까지 사용된다.
  • 태양 유도 승화 및 제어 냉각을 통해 탄소 나노튜브[6] 또는 아연 나노입자[7]와 같은 나노물질을 생산하기 위해 최대 3500°C까지 사용된다.


태양로는 우주에서 제조 목적으로 에너지를 공급하는 데 사용될 수 있다고 제안되었다.

햇볕이 좋은 날씨에 의존하는 것은 지구에서 재생 에너지의 원천으로서 제한적인 요소이지만, 이러한 기간과 야간에도 에너지 생산을 위해 열 에너지 저장 시스템과 연결될 수 있다.

올림픽의 성화를 그리스의 올림피아에서 처음 점화할 때 사용된다.

솔라 라이터라고 불리는 담배 점화기가 있다.

5. 장점 및 단점

태양로는 비교적 간단한 장치로 고온을 얻을 수 있고, 화석 연료나 전력을 사용하지 않아 이산화탄소를 발생시키지 않는다는 장점이 있다. 반면 야간이나 흐린 날씨에는 작동하지 않고, 온도 제어가 어려우며, 설치 장소가 한정되고, 태양광 자동차의 태양 전지와 달리 집광 장치를 항상 태양 방향으로 향하게 해야 하므로 이동이 어렵다는 단점이 있다.

5. 1. 장점


  • 비교적 간단한 장치로 고온을 얻을 수 있다.
  • 화석 연료나 전력을 소비하지 않으므로 이산화탄소를 발생시키지 않는다.

5. 2. 단점


  • 야간이나 흐린 날씨에는 작동하지 않는다.
  • 온도의 엄격한 제어가 어렵다.
  • 설치 장소가 양호한 일사량을 얻을 수 있는 지역으로 한정된다.
  • 태양광 자동차에 사용되는 태양 전지와 비교하여 항상 집광 장치를 태양 방향으로 향하게 해야 하므로 이동이 어렵다.

6. 한국의 수소경제와 태양로

문재인 대통령은 수소경제를 강조했다. 태양로는 고온으로 물에서 직접 수소를 생산하는 시설이다. 수소는 물에서 전기분해, 열분해, 개질기를 통해 생산할 수 있는데, 태양로는 열분해에 사용되는 설비로, 2200°C의 온도로 물을 가열시켜 수소를 분리해낸다. 태양광으로 발전하면서 수소도 생산할 수 있어 친환경 정책에서 매우 중요한 시설이다.

참조

[1] 웹사이트 MEEF Roman Architectural Glossary https://web.archive.[...] 2009-12-05
[2] 웹사이트 Odeillo Solar Furnace official website http://www.promes.cn[...] 2007-07-12
[3] 웹사이트 English Russia's post about the Uzbekistan Soviet Solar Furnace http://englishrussia[...]
[4] 웹사이트 PEGASE project home page https://web.archive.[...] 2010-01-24
[5] 웹사이트 SOLHYCARB, EU funded project, ETHZ official page http://www.pre.ethz.[...]
[6] 논문 Optimizing fullerene synthesis in a 50 kW solar reactor 2004
[7] 논문 Preparation by solar physical vapor deposition (SPVD) and nanostructural study of pure and Bi doped ZnO nanopowders 2007
[8] 웹사이트 SOLAR COOKERS How to make, use, and enjoy https://www.solarcoo[...] Solar Cookers International 2004
[9] 특허 US patent for solar barbecue granted in 1992 http://patft.uspto.g[...]
[10] 웹사이트 Development Of A Solar Crematorium http://www.solare-br[...] Solare Brüecke 2008-05-20
[11] 간행물 Dramatic enhancement of solar disinfection (SODIS) of wild Salmonella sp. in PET bottles by H(2)O(2) addition on natural water of Burkina Faso containing dissolved iron 2010-01-08
[12] 서적 Solar water disinfection — A guide for the application of SODIS http://www.sodis.ch/[...] Swiss Federal Institute of Environmental Science and Technology (EAWAG) Department of Water and Sanitation in Developing Countries (SANDEC) 2002-10
[13] 웹사이트 Training material http://www.sodis.ch/[...] Swiss Federal Institute of Environmental Science and Technology (EAWAG) Department of Water and Sanitation in Developing Countries (SANDEC) 2010-02-01
[14] 논문 酸化イットリウム-酸化アルミニウム系の液相線 https://doi.org/10.1[...] 日本化学会 1967
[15] 논문 太陽炉を用いたルビーの合成 https://doi.org/10.2[...] 日本化学会 2013
[16] 논문 高温研究とその工業化研究に対する太陽炉の使用 https://doi.org/10.2[...] 日本セラミックス協会 1954
[17] 논문 抄録 https://doi.org/10.2[...] 日本セラミックス協会 1979
[18] 웹사이트 2.009 Product Engineering Processes: Archimedes http://web.mit.edu/2[...]
[19] 논문 Al2O3-Dy2O3系の高温状態図 日本セラミックス協会 1978
[20] 뉴스 우주선 자력발사 선결조건은 태양로 개발 세계일보 2008-06-18


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