[오토트리뷴=김준하 기자] 현대자동차는 31일, 태양광 주행 충전을 위한 솔라시스템(Solar charging system)을 공개했다. 이 시스템은 태양광 이용 기술의 상용화로 주행거리 연장 및 이산화탄소 발생 저감을 위해 개발됐다. 친환경 자동차 시장을 주도하는 데 있어 큰 역할을 수행할 것으로 기대되는 기술 가운데 하나다.
3세대까지 개발 중인 솔라시스템
솔라시스템은 전기차와 하이브리드카 그리고 내연기관 자동차 배터리를 충전해 연비를 높이고 메인 동력을 보조하는데 사용된다. 이번에 공개된 솔라시스템은 1세대 실리콘형 솔라루프, 2세대 반투명 솔라루프, 그리고 3세대 차체형 경량 솔라리드로 분류된다.
1세대 솔라루프는 차체 지붕에 양산형 실리콘 태양전지를 장착해 계절 및 사용 환경에 따라 일일 30~58% 수준까지 배터리를 충전할 수 있다. 연비 향상과 CO2 총량 규제 대응, 운전자 사용 편의 향상이 기대되며 2019년 이후 친환경 차량에 먼저 적용할 예정이다. 친환경 자동차는 내연기관 차량에 비해 전기 소모량이 크기 때문에, 양산화에 보다 가까운 1세대형 시스템이 먼저 적용된다.
2세대 반투명 솔라루프는 내연기관 모델에 적용되는데, 1세대와 달리 반투명 재질을 적용해 개방감을 살린 것이 특징이다. 투과, 개폐형 옵션으로 만들어지며 파노라마 선루프에 반투명 태양전지를 장착하는 형태다. 내연기관 모델에 이 시스템을 확대 적용하면 총 대상 차종 판매량이 증가해 전 세계 지역별 탄소크레딧을 통한 환경 법규 비용 절감이 증대될 것으로 기대된다. 2세대 시스템은 4~5년 후 양산화를 목표로 하고 있다.
3세대 차체형 경량 솔라리드는 친환경 모델 적용을 목표로 연구 개발 중이다. 출력을 극대화하기 위해 차량 후드와 루프 강판에 태양전지를 일체형으로 삽입한다. 강판에 솔라시스템을 적용하기 때문에 일반 차량과 동일한 내구성을 확보하는 것이 관건이다.
솔라시스템의 작동원리
솔라시스템은 솔라패널과 제어기, 배터리로 구성된다. 먼저 태양광이 태양전지 셀 표면에 닿으면 전자와 정공으로 분리되면서 에너지가 발생하게 된다. 100W급 솔라패널을 장착하면 시간당 100Wh 에너지(여름철 정오, 1,000W/m2 광량 기준)를 저장할 수 있다.
루프 패널이 받은 태양광 에너지는 제어기를 거쳐 배터리에 전달된다. 제어기는 각 솔라셀에 모인 전력의 효율을 높이기 위해 전압과 전류를 제어하고, 발전된 전력을 차량 기준전압으로 변압한다. 제어기는 배터리 충전 상태에 따라 적절한 타이밍에 에너지를 전달하게 되는데 운전자 습관, 주행 환경 등에 따라 전달 시점이 달라지게 된다.
현대차 솔라루프의 특장점
자동차는 안전을 최우선으로 고려해야 하기 때문에, 차량에 사용되는 태양광 패널의 내구 기준은 보다 엄격하다. 현대차 연구진은 캘리포니아 데스밸리의 58.3° C까지 오르는 고온의 환경에서 3년 이상 내구성 테스트를 진행하며 수차례의 시행착오를 거쳐, 설계구조를 변경하는 노력을 기했다.
다른 제조사들도 솔라루프 시스템의 개발과 양산에 박차를 가하는 중이다. 토요타 프리우스를 비롯한 양산 모델에 이미 적용한 사례도 있다. 그러나 현대차의 솔라시스템은 효율성 측면에서 보다 우수하다는 평가를 받는다. 제어기의 효율을 올려 패널의 태양에너지를 전기로 전환시키는 과정에서의 에너지 낭비를 최소화하기 때문이다.
철제로 이루어진 일반 루프에 비해 솔라루프가 더 취약할 것이라는 걱정도 생길 수 있다. 하지만 설계 초기부터 강도 테스트를 비롯한 모든 내구 테스트를 통과할 수 있는 구조로 제작해 일반 루프와 동등한 내구성을 확보한다. 미국 자동차 안전기준을 모두 통과할 수 있는 수준에 이르렀다.
솔라루프에 대한 선입견
솔라루프를 장착하면 차량 실내 온도가 더 상승할 거라는 우려가 생길 수도 있지만 사실은 반대의 효과를 가져온다. 일반 차체 지붕은 태양열을 그대로 투과해 자동차 내부 온도가 상승하지만, 솔라루프는 태양열을 전기로 전환시키기 때문에 오히려 태양광을 차단하는 역할을 수행하게 된다. 그로 인해 차량 내부로 열이 전달되지 않아 여름철에도 차량 내부 온도를 낮추는 효과가 있다.
솔라패널이 장착된 차량은 지붕의 세차에 신경 쓸 필요가 있다. 먼지가 쌓이면 효율이 줄어들 수 있기 때문이다. 테스트 과정에서 한 달 가량 방치한 후 효율을 점검한 결과, 일상적인 수준의 먼지는 70~80% 수준의 성능을 유지하는 것으로 나타났다. 다만 표면이 크게 오염되거나 눈을 비롯한 이물질이 덮일 경우는 효율이 크게 떨어질 수 있어 주의가 필요하다.
(▲ 사진출처 : The Korean Car Blog)
솔라시스템이 적용될 양산차
현대기아차는 2019년 이후 출시 예정인 친환경 자동차에 1세대 솔라루프를 적용할 계획을 밝혔다. 구체적인 모델까지 공개하지는 않았지만, 최근 포착된 스파이샷을 통해 신형 쏘나타에 적용될 가능성을 점쳐볼 수 있다. 8세대 쏘나타 테스트 모델에 솔라시스템을 장착한 모습이 이미 포착된 적이 있기 때문이다. 천장 루프 전체를 뒤덮은 이 패널은 쏘나타 하이브리드나 플러그인 하이브리드 모델에 장착돼 차량 구동에 필요한 전력을 일부분 보완할 것으로 예상된다.
친환경차의 확산과 기술 발전에 따라 전기차를 에너지 저장 장치처럼 사용하는 시스템 구축이 가시화될 전망이다. 인프라가 잘 구축되면 자동차 배터리의 잔여 에너지를 되파는 프로슈머가 확대될 것이라는 시각도 많다. 솔라시스템은 전기에너지를 소비만 하던 기존의 방식에서 벗어나 에너지를 직접 생산하게 돼 진정한 친환경차의 입지를 굳건히 할 것으로 기대받고 있다.
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