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1958년 3월 17일, 미국의 두 번째 인공위성인 뱅가드 1호가 화학 배터리와 태양광 전지를 동력으로 사용하는 송신기를 탑재하고 우주로 발사되었습니다. 미군은 처음에는 주저했지만, 한스 지글러(1911~1999)는 태양열 발전 방식이 배터리보다 송신기의 수명을 연장할 수 있다는 아이디어를 관철시켰습니다. 그러나 군의 예상과는 달리, 송신기의 신호는 1964년 5월까지 수신되다가 송신이 중단되었습니다.

이 소형 위성의 성공과 관련 과학자들의 노력은 이전에는 거의 알려지지 않았고 무엇보다 매우 비쌌던 태양 전지의 최초 실용화의 토대를 마련했습니다. 이후 수년간 태양 전지는 주로 우주 응용 분야를 위해 개발되었으며, 위성과 우주 탐사선, 심지어 화성까지 도달하는 데 이상적인 전력원으로 입증되었습니다. 배터리 전력에 비해 우주선의 작동 시간을 크게 늘릴 수 있었던 태양 전지의 높은 킬로와트시당 가격은 이러한 장점들을 상쇄했습니다. 더욱이 태양 전지는 비슷한 작동 시간을 제공하는 방사성 동위원소 열전 발전기보다 저렴하고 위험성이 낮았습니다. 따라서 대부분의 우주선은 전력 공급을 위해 태양 전지를 장착하고 있습니다.

2008년에는 고효율 태양 전지가 30개 이상의 트랜스폰더(각각 약 150와트의 송신 전력을 가짐)를 탑재한 통신 위성에 수 킬로와트의 전력을 공급하거나, 우주 탐사선의 이온 추진기에 추진력을 제공하기도 했습니다. 2011년 8월에 발사된 주노 우주 탐사선은 목성 궤도를 돌면서 특히 효율이 높고 방사선에 강한 태양 전지에서 에너지를 얻는 최초의 우주선입니다. 현재 운용 중인 전 세계 약 1,000개의 위성 대부분이 태양광 발전을 통해 에너지를 공급받고 있습니다. 우주에서는 평방미터당 220와트의 전력 출력을 달성할 수 있습니다.

출처: 태양광 발전의 역사

태양광 발전 - 독일의 설치 용량 - 이미지: Xpert.Digital

2020년 독일의 모든 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 누적 전력 생산량은 최대 약 54기가와트(GW)에 달했습니다. 바이에른주는 설치 용량 면에서 단연 1위를 차지했으며, 바덴뷔르템베르크주와 노르트라인베스트팔렌주가 그 뒤를 이었습니다. 브레멘, 함부르크, 베를린과 같은 도시 국가들은 태양광 발전 시스템의 명목상 출력이 가장 낮은 편입니다.

태양광 발전

태양 전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이 태양광 발전 시스템을 통한 전력 생산을 의미합니다. 독일에서는 태양광 발전 시스템의 설치 용량이 꾸준히 증가하고 있습니다. 이러한 추세는 전 세계적으로도 나타나고 있는데, 전 세계 설치 용량의 약 4분의 1이 중국에 집중되어 있습니다. 미국, 일본, 독일이 그 뒤를 잇고 있지만, 중국에 비해 설치 용량은 훨씬 적습니다.

재생 에너지

태양광 발전 시스템 외에도 수력 발전은 재생 가능한 에너지원의 또 다른 예입니다. 화석 연료와 달리 수력 발전은 재생 가능합니다. 독일에서는 풍력 에너지가 특히 중요합니다. 다른 유럽 국가들과 비교했을 때 독일은 풍력 발전량이 가장 많습니다. 영국과 스페인은 상당한 격차로 독일을 뒤쫓고 있습니다.

2000년부터 2020년까지 독일의 태양광 발전 시스템 설치(누적) 용량

• 2000년: 114메가와트
• 2001년: 176메가와트
• 2002년: 296메가와트
• 2003년: 435메가와트
• 2004년: 1,105 메가와트
• 2005년: 2,056 메가와트
• 2006년: 2,899 메가와트
• 2007년: 4,170 메가와트
• 2008년: 6,120 메가와트
• 2009년: 10,566 메가와트
• 2010년: 18,006 메가와트
• 2011년: 25,916 메가와트
• 2012년: 34,077 메가와트
• 2013년: 36,710 메가와트
• 2014년: 37,900 메가와트
• 2015년: 39,224 메가와트
• 2016년: 40,679 메가와트
• 2017년: 42,293 메가와트
• 2018년: 45,158 메가와트
• 2019년: 49,047 메가와트
• 2020년: 53,848 메가와트

태양광 발전 – 독일의 전력 생산 비중 – 이미지: Xpert.Digital

2020년에는 전체 전력 생산량의 9%가 태양광 발전으로 이루어졌습니다. 태양광 발전 시스템의 활용은 해마다 점점 더 중요해지고 있으며, 재생 에너지원으로서 태양 에너지의 비중은 2003년 이후 꾸준히 증가해 왔습니다.

에너지원으로서의 햇빛

태양은 에너지원으로서 무료이고, 제약이 없으며, 무한하다는 장점이 있습니다. 인간은 이러한 장점을 활용하여 태양 전지를 통해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 전체 전력 생산에서 태양광 발전이 차지하는 비중이 증가하는 데에는 시스템 비용의 감소와 재생 에너지 사용에 대한 인식 제고 등 여러 요인이 복합적으로 작용하고 있습니다.

재생 에너지원

독일에서 원자력과 석탄을 이용한 전력 생산 비중은 감소하고 있는 반면, 모든 재생 에너지원의 비중은 동시에 증가하고 있습니다. 태양광 발전 시스템 외에도 수력, 풍력, 바이오매스, 지열 에너지와 같은 재생 에너지원을 통해 전기가 생산되고 있습니다. 특히 육상 풍력 터빈은 독일에서 가장 많은 양의 재생 에너지를 생산합니다.

2002년부터 2020년까지 독일의 총 전력 생산량에서 태양광 발전이 차지하는 비중

• 2002: 0%
• 2003년: 0.1%
• 2004년: 0.1%
• 2005년: 0.2%
• 2006년: 0.3%
• 2007년: 0.5%
• 2008년: 0.7%
• 2009년: 1.1%
• 2010년: 1.8%
• 2011년: 3.2%
• 2012년: 4.2%
• 2013년: 4.9%
• 2014년: 5.7%
• 2015년: 6%
• 2016년: 5.9%
• 2017년: 6%
• 2018년: 6.9%
• 2019년: 7.5%
• 2020년: 8.9%

재생에너지 – 에너지원별 전력 생산 분포 – 이미지: Xpert.Digital

2020년 독일에서 육상 풍력 발전은 재생 에너지원을 이용한 총 전력 생산량의 42%를 차지했습니다. 기존 에너지원을 포함한 모든 에너지원을 고려했을 때, 육상 풍력 발전은 2020년 총 전력 생산량의 약 19%를 차지했습니다.

재생에너지를 이용한 전력 생산

석탄이나 원자력과 같은 화석 연료와 달리 재생 에너지는 재생 가능한 에너지원입니다. 현재 독일 전체 전력 생산량의 거의 절반을 재생 에너지가 차지하고 있습니다. 재생 에너지원을 이용한 전력 생산량은 지난 30년간 꾸준히 증가해 왔습니다. 독일 전역에서 메클렌부르크-포메라니아, 슐레스비히-홀슈타인, 튀링겐 주는 총 전력 생산량에서 재생 에너지 비중이 가장 높은 주에 속합니다.

독일의 풍력 에너지

2019년 독일은 중국, 미국과 함께 세계 최대 풍력 터빈 설치 용량을 보유한 국가 중 하나였습니다. 풍력 발전량은 육상 및 해상 모두에서 최근 몇 년 동안 크게 증가했으며, 동시에 육상 및 해상 풍력 터빈의 수도 눈에 띄게 늘어났습니다.

2020년 독일의 에너지원별 재생에너지 발전량 분포

• 육상 풍력 발전: 42%
• 태양광 발전: 20%
• 바이오매스: 18%
• 해상 풍력 발전: 11%
• 수력 발전*: 7%
• 가정 쓰레기**: 2%

* 유수식 및 저수식 발전소의 발전량과 양수식 발전소의 자연 유입수 발전량을 포함합니다.
** 도시 고형 폐기물의 생물학적 성분(약 50%)만을 이용한 발전량입니다. 통계의 이해를 돕기 위해 모든 값은 백분율로 변환하고 원자료와 비교하여 반올림했습니다.