태양열 시스템

태양열 시스템이란

태양열 시스템은 태양의 복사에너지를 열로 바꿔 쓰는 설비다.

집열부, 축열부, 이용부로 나뉘고 제어장치가 전체를 조절한다.

쉽게 말해 지붕에 모은 햇빛을 저장해 두었다가 꺼내 쓰는 기술이다.

집열부와 집열기 종류

집열기는 종류에 따라 얻을 수 있는 온도가 다르다.

평판형은 출구온도가 일반적으로 100℃ 미만이다. 주택 난방·급탕에 가장 널리 쓰인다.

진공관형은 진공층이 열손실을 줄여 평판형보다 높은 온도에 이른다.

집광형은 반사경으로 햇빛을 모아 150℃ 이상의 고온을 얻는다.

축열부: 현열과 잠열

집열된 열은 축열조에 저장돼 필요할 때 공급된다.

축열은 현열축열과 잠열축열로 나뉜다. 현열은 온도 상승을, 잠열은 상변화 열을 이용한다.

물은 비열이 크고 값이 싸서 축열 매체로 가장 널리 쓰인다.

현열 축열량은 질량과 비열, 온도 상승폭을 곱해 구한다.

예시 계산: 급탕 열량과 집열 면적

예를 들어 하루 급탕 수요가 1,000L인 주택을 생각한다.

물을 15℃에서 60℃까지 올리는 데 필요한 열량은 질량, 비열, 온도 상승량을 곱해 구한다.

질량 1,000kg, 온도 상승량 45K이므로 열량은 188,370kJ이다.

1kWh는 3,600kJ이므로 약 52.3kWh가 된다.

일사량이 4kWh/㎡일, 집열효율이 0.5라면 집열 면적은 약 26㎡가 된다.

헷갈리는 집열 면적 기준

같은 집열기라도 면적 기준에 따라 효율 비교 결과가 달라진다.

흡수 면적, 개구 면적, 총 면적 중 어느 기준인지 답안에 밝혀 쓴다.

집열기 효율은 최근 개정된 ISO 9806에 따라 총 면적 기준으로 측정한다.

진공관형 효율을 비교할 때 먼저 확인할 것을 직접 골라 보자.

장단점과 정리

태양열의 장점은 연료비가 들지 않고 온실가스 배출이 없다는 점이다.

반면 에너지밀도가 낮고 시간·계절별 변화가 크며 초기 설비비가 높다.

그래서 집열과 축열 기술이 핵심이고, 흐린 날에는 보조열원을 함께 설계한다.