우주 태양광 발전

우주 태양광 발전

우주 태양광 발전은 인공위성의 태양광 발전 패널을 통해 발전된 전기를 마이크로웨이브로 변환하여 지상에서 수신한 후 이를 다시 전기로 변환시키는 에너지 발전 방식을 말합니다. 우주에서 직접 태양광 발전을 하게되면 밤에는 발전할 수 없는 지상의 태양광 발전과 달리 거의 100% 태양에 노출되어 발전이 가능하며, 지상에서 발전하는 강도 대비 144% 이상 발전할 수 있는 장점이 있는 반면, 인공위성을 발사하고 유지하는데 많은 비용이 든다는 단점도 있습니다. 미국은 물론 중국 등 우주 태양광 발전에 많은 기술투자를 진행하고 있습니다.  

 

목차

우주 태양광 발전

한국항공우주연구원 무선전력전송 실험

캘리포니아 공과대학 우주 태양광 발전 실험 SSPD-1

우주 태양광 발전의 장단점

 

우주 태양광 발전

우주 태양광 발전(Space Solar Power, Space based Solar Power)은 우주 공간의 인공위성에 태양광발전 패널을 달아 전기를 생산하고 전파의 일종인 마이크로웨이브로 변환하여 무선으로 지상에 보내는 것을 말합니다.

지상에서는 마이크로웨이브를 안테나가 수신하여 다시 전기로 변환합니다. 인공위성을 통해 우주에서 발전되는 전력은 1m2당 1,360W이지만 지상 1m2에 도달하는 에너지는 300W를 넘지 않습니다. 대기 중 반사와 구름과 먼지 등 방해하는 요인이 있기 때문입니다.

 

 

 

 

한국항공우주연구원 무선전력전송 실험

2023년 11월 21일 한국항공우주연구원은 1.81㎞ 거리를 두고 무선으로 전력을 주고받는 데 성공하였습니다. 한국항공우주연구원은 에어로 스탯 비행체를 이용해 우주 무선 전력전송 시험을 진행하였습니다.

에어로 스탯에 전력을 수신할 안테나 및 LED를 달았으며 전력은 경기도 여주에 설치된 심우주안테나 KDSA에서 송신하였습니다. KDSA는 무선을 통해 2KW의 전력을 에어로 스탯에 달린 안테나로 보냈습니다.

 

한국항공우주연구원 무선 전력전송 실험 비행체 에어로 스탯

 

캘리포니아 공과대학 우주 태양광 발전 실험 SSPD-1

캘리포니아 공과대학교은 2023년 1월 위성을 통해 우주 태양광 발전 가능성을 실험하는 SSPD-1 위성을 스페이스X의 팰컨9 로켓을 통해 우주로 쏘아 올렸습니다.

이 위성은 경량 태양광 패널 구조의 내구성과 효율성 조사, 32개 광전지 설계 테스트 및 적합성 테스트, 태양광을 수집하고 지구로 전달하는 마이크로웨이브 송신기 테스트 등 3가지 미션을 1년간 수행하였고, 2024년 1월 16일 이 미션이 성공적으로 수행되었다고 포퓰러 사이언스를 통해 밝혔습니다.

특히 500km 상공에서 지상으로 마이크로웨이브를 성공적으로 송신함에 따라 지상 태양광 발전 대비 수십배의 효율을 달성할 수 있는 우주 태양광 발전에 한걸음 더 나아가게 되었습니다.

 

캘리포니아 공과대학교 우주 태양광 발전 실험 우주선 SSPD-1

 

우주 태양광 발전의 장단점

장점

우주 태양광 발전은 대기의 가스, 구름, 먼지 등 태양광을 차단하는 장애물이 없어 더 많은 태양빛을 받을 수 있으며 지상에서 얻을 수 있는 최대 강도의 144%의 태양광을 수집할 수 있습니다. 또한 지상에서는 29%의 시간동안만 태양광 발전이 가능한 반면, 우주에서 태양광 발전을 할 경우 궤도를 도는 시간의 99% 태양광을 통해 발전할 수 있습니다. 모인 에너지는 가장 필요로 하는 지역으로 빠르게 전송 될 수 있습니다.

 

단점

태양광 발전을 위한 인공위성을 발사하고 유지하는데 많은 비용이 듭니다. 우주 쓰레기는 우주 태양광 발전을 위협하고 있으며, 지상으로 전송되는 마이크로웨이브의 인체 안전성도 문제로 거론되고 있습니다.