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태양광을 이용한 전기 생산기술은 오래 전부터 아웃도어에서 유용하게 사용되어 왔다. 특히 전기가 없는 오지를 탐사하거나 히말라야의 고산을 찾는 원정대에게 ‘태양전지’는 필수 장비였다. 하지만 몇 년 전까지만 해도 아웃도어용으로 적합한 제품은 워낙 고가라 일반인들에게는 ‘그림 속의 떡’ 같은 존재였다.
일반인들에게 사실 ‘태양전지’는 평소에 그렇게 필요한 물건은 아니다. 어디서나 쉽게 전기를 구할 수 있는 도시에 산다면 전혀 사용할 일이 없다. 그런데 스마트폰과 태블릿PC가 급속도로 보급되며 상황이 변했다. 야외에서 인터넷이나 게임을 즐기고 GPS 앱을 사용하다 보면 배터리가 하루를 버티기 힘들기 때문이다. 물론 보조배터리를 이용해 사용시간을 늘릴 수는 있다. 그러나 이틀 이상 전기가 없는 야외에 머문다면 스마트폰은 결국 먹통이 되고 말 것이다.
스마트폰이 대중화되며 ‘태양전지’를 이용해 배터리를 충전할 수 있는 제품이 늘어나는 추세다. 아웃도어용 태양광 충전기는 이미 오래 전부터 미국이나 유럽에서 많이 사용하던 장비다. 예전 제품은 12V 배터리 충전용이 대부분이었다. 하지만 최근 출시된 제품은 5V USB 포트를 기본 장착해 스마트폰을 편리하게 충전할 수 있다. 보조 배터리 일체형으로 편의성을 높인 제품도 많다. 무엇보다도 예전에 비해 가격이 저렴해진 것이 가장 큰 변화다. 하지만 아웃도어에 적합한 높은 효율과 내구성, 휴대성을 모두 만족시키는 제품은 여전히 고가다.
- ▲ 1 단결정 솔라패널:효율이 좋은 실리콘 단결정 솔라패널은 고정식으로 제작된다. 2 CIGS 박막태양전지:필름 형태로 제조가 가능한 CIGS 박막태양전지. 가볍고 얇은데다 유연성도 좋아 아웃도어용으로 안성맞춤이다.
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솔라 패널의 효율
태양광 충전기의 성능은 사용하는 솔라 패널(Solar Panel)의 효율이 좌우한다. 같은 크기의 솔라 패널이라도 효율이 좋아야 상대적으로 많은 전기 에너지를 만들어 낼 수 있다. 태양전지는 만드는 방식에 따라 종류가 다양하며 효율도 천차만별이다. 일반적으로 실리콘 단결정 솔라 패널이 24%로 효율이 가장 높고, 다결정 PV 솔라 패널은 14~18% 정도로 떨어진다. 아웃도어용으로 적합한 유연성이 있는 박막태양전지는 깨질 염려는 없지만 상대적으로 효율이 떨어진다. 하지만 최근에는 20%를 넘는 고효율 제품도 나오고 있다. 구리·인듐·갈륨·셀레늄(CIGS) 박막태양전지는 기온이나 구름양 등 환경변화에 따른 효율 변동이 적어 아웃도어용으로 적합하다는 평가다. 최근 한국 업체가 개발한 CIGS 박막태양전지는 15.7%의 높은 효율을 기록했다.
- ▲ 태양전지의 크기는 출력과 비례한다. 가장 큰 것은 25W, 중간 크기는 14W, 작은 것은 1.5W 출력의 제품이다.
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태양전지의 크기
태양광 충전기의 출력은 솔라 패널의 넓이에 비례하는 것이 일반적이다. 햇빛을 받는 면적이 넓을수록 전기 에너지를 많이 만들어 낼 수 있다. 하지만 패널의 크기는 원가의 상승과 직결되는 문제다. 게다가 아웃도어용 제품은 무게와 수납의 압박을 심하게 받는다. 아무리 출력이 좋아도 크고 무겁다면 휴대가 어렵다.
대부분의 아웃도어용 제품은 가볍고 얇은 박막태양전지를 사용한다. 이 제품은 유연성이 있어 단단한 실리콘 결정 제품에 비해 파손 위험도 적다. 솔라 패널 면적이 넓은 고출력 제품은 돌돌 말거나 접어서 사용할 수 있도록 디자인된 것이 주류를 이루고 있다. 또한 투명한 플라스틱 소재로 솔라 패널을 마감해 충격과 빗물로부터 보호한다.
- ▲ 1 대형 솔라 패널은 12V 출력의 제품이 많다. 집게를 이용해 자동차 배터리를 직접 충전할 수도 있다. 2 아웃도어용 태양광 충전기는 다양한 출력을 지원한다. USB 포트로 배터리팩이나 스마트폰을 직접 충전할 수 있다.
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전원 출력 방식
솔라 패널은 12V 배터리를 충전하는 용도로 디자인된 것이 대부분이다. 게다가 태양전지에서 출력되는 전압은 상황에 따라 수시로 변동한다. 강한 햇빛 속에서는 전압이 높아지고, 구름이 끼면 전압이 떨어진다. 이러한 출력의 변화를 컨트롤러를 통해 제어해 배터리를 충전하는 것이다. 하지만 최근 출시된 스마트 기기 충전에 필요한 전압은 USB 포트를 통한 5V 전압이다.
솔라 패널에 USB 포트가 달린 제품은 스마트폰이나 소형전자기기, 보조배터리 충전에 편리하다. 하지만 출력이 낮은 제품은 충분한 전류가 나오지 않아 충전 시간이 긴 것이 문제다. 게다가 요즘 스마트기기는 배터리 용량이 점점 커지고 있어, 솔라 패널은 USB 포트의 출력이 더욱 중요해졌다. 실질적인 태양전지 가동시간이 하루에 4~5시간에 불과한 것을 고려하면, USB포트의 출력이 2A는 돼야 만족스런 충전 성능을 기대할 수 있다.
- ▲ 태양광 충전기로 배터리팩을 충전해 사용하면 편리하다. 솔라 패널에 배터리를 내장한 형태도 인기다.
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전원 저장용 배터리
소형 태양광 충전기 가운데는 배터리 내장형 제품이 많다. 솔라 패널에서 생산한 전기 에너지를 내장된 배터리에 모았다가 이를 나중에 전자기기에 충전하는 방식이다. 하지만 배터리가 들어 있는 제품은 아무래도 솔라 패널이 작기 마련이다. 태양광 충전기로는 부족한 성능을 내는 경우가 대부분이다. 이런 제품들은 보조배터리 역할을 한다고 보는 것이 타당하다. 야외에서 스마트기기를 원활하게 충전하려면 10W 이상의 출력을 지닌 솔라 패널을 사용해야 한다.
태양광 충전기는 보조배터리와 함께 사용하는 것이 효율적이다. 해가 떠 있는 시간 동안 충전했다가 밤에 전자기기를 충전하거나 조명 등에 활용할 수 있다. 보조배터리 용량은 클수록 좋겠지만 그만큼 무거워지고 비싸다. 스마트폰을 최소 2회 충전할 수 있는 용량은 돼야 보조 전원으로 효용이 있다.