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솔라 루프, 자동차에서도 재생 에너지로 전기 만든다

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2019-10-13 17:53:33

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현대자동차가 8세대 쏘나타 하이브리드에 솔라 루프를 채용했다. 토요타 프리우스와 피스커 카르마에 이어 시판차로는 세 번째다. 하지만 기술적으로 진화한 타입으로 미국시장에서 크레딧 획득을 공식적으로 인증받았다는 점에서 양산 메이커로는 시장 확대에 나름대로 기여할 것으로 보인다. 자동차에 태양광을 이용해 효율을 높이기 위한 시도들을 정리해 본다.

 

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)

 

자동차에 솔라 패널을 채용하려는 노력은 10여년의 역사를 갖고 있다. 승용차가 아닌 미니어처이기는 했지만 중국 상해에 본거지를 둔 호라이즌 연료전지(Horizon Fuel Cell Technologies)사가 2006년 발표한 연료전지로 달리는 모델카가 그 시작이었다. 전장 15cm의 이 연료전지자동차는 수소를 연료로 하며 물을 화합할 때 발생하는 전기로 모터를 구동한다. 또 솔라 패널에서 얻은 전기와 건전지에 의해서도 주행할 수 있다. 이 차는 미국 타임지의 2006년 베스트 발명상을 수상하기도 했다. 

그리고 컨셉트카로는 2008년 피아트가 태양열 에너지를 이용한 필라(Phylla)컨셉트가 처음이었다.  시티카의 성격을 가진 전장 3미터가 되지 않는 2도어 해치백으로 솔라 패널로 최대한 축전해 17.7km 주행 가능한 것이지만 어디까지나 스터디 모델이었다.

 

양산차 최초로 솔라 패널을 채용한 것은 2009년 토요타의 3세대 프리우스였다. 옵션으로 탑재해 정차시 배터리 전력 소비를 줄이는 것이 주 목적이었다. 이 솔라 패널은 일본의 쿄세라가 개발해 공급한 것으로 다결정 Si 전지 방식으로 6개의 컬럼으로 이루어져 있다. 총 전지의 수는 36개로 변환 효율은 16.5%이며 50W의 전력을 생산한다. 솔라 패널에서 얻어진 전력으로 팬을 돌려 자동차가 멈춰있을 때에도 실내 온도의 상승을 방지할 수 있다. 솔라 패널 루프는 가운데 부분이 살짝 꺼진 디자인이어서 자동차의 전면 투영 면적을 넓혀 전체적인 에어로다이내믹에서 약간은 불리한 타입이다. 하지만 공기 흐름에 있어 일반 소비자들이 체감할 정도로 차이가 있는 것은 아니라고 밝혔다.

 

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솔라 패널에서 생산된 전력은 직접적으로 팬을 돌린다. 따라서 통풍을 위해 배터리의 전력이나 엔진을 사용하지 않아도 된다. 쿄세라는 솔라 패널의 전력을 배터리에 저장하는 방식을 생각했지만 충전과 방전에 따른 배터리의 성능 저하를 우려해 직접 팬을 돌리는 것으로 결정했다고 밝혔다. 토요타가 다결정 Si 전지를 선택한 이유는 다른 솔라 패널보다 가격이 낮기 때문이다.

 

토요타에 따르면 오프로드와 같은 거친 노면에서도 솔라 패널의 안정성에는 문제가 발생하지 않았다고 한다. 장시간 주행 해도 솔라 패널에 금이 가거나 연결 부위가 헐거워지는 일은 없었다는 것이다.

 

이 솔라 패널은 자동차가 주차해 있는 상태에서도 개별적으로 실내 온도를 낮출 수 있다. 거기다 리모컨 버튼으로 에어컨 기능을 사용할 수 있고 최대 사용 시간은 3분이다. 토요타에 따르면 이 솔라 패널로 인해 실내 온도를 최대 80도에서 45도까지 낮출 수 있다고 한다.

 

현재는 프리우스의 플러그인 하이브리드 버전인 프라임에 20만엔(320만원)의 옵션으로 설정되어 유럽과 일본에서 시판되고 있다.

 

그 이후로도 2010년 퀀텀이 수퍼카 메이커 피스커(Fisker) 카르마에 솔라 루프 모듈을 공급하기 시작했으며 2011년에는 트럭 메이커인 이베코가 글라이더 트럭 컨셉트에 솔라 패널을 채용해 선 보이기도 했다. 2016년에는 피스커가 카르마 레베로의 솔라 루프를 업그레이드했다. 날씨에 따라 다르지만 하루에 대략 1.5 마일(2.4 km)을 주행할 수 있는 전기를 얻을 수 있다. 매력적인 용량이 아니라고 생각할 수도 있지만 태양광 충전을 통해 동력까지 얻을 수 있는 차는 레베로가 최초다. 기본 기능으로 채용해 북미 시장에 판매하고 있다.

 

한편 피스커는 2019년 6월, 연말에 공개 예정인 신형 배터리 전기 SUV에 세계 최초로 전면 솔라 루프를 채용한다고 발표했다. 축전용량 80kWh의 전기 SUV에 채용될 솔라 루프는 a2-solar advanced & automotive와 공동 개발한 것이다. 루프 전체에 태양전지를 설치해 그로부터 얻은 배터리를 축전해 항속 거리 연장을 꾀한다. 1회 충전으로 483km를 주행할 수 있으며 구동방식은 4WD. 앞 뒤 차축에 모터를 탑재한 것으로 알려졌다. 미국시장에서의 시판 가격은 4만 달러부터.

 

이 외에도 스터디 모델들이 더 있다. 인도의 타타자동차가 2012년 디젤 하이브리드와 연료전지 컨셉트를 뉴델리오토쇼를 공개하면서 솔라 패널 채용해 선보이기도 했다. 미국 메이커 중에서는 포드가 2014년 C-맥스 솔라 에너지 컨셉트를 개발했다. 2015년에는 폭스바겐 티구안 GTE 컨셉트에 솔라 패널을 채용해 프랑크푸르트오토쇼를 통해 공개했다.

 

쏘나타 솔라 루프, “연비 성능 7% 개선 효과”

 

그리고 현대자동차가 8세대 쏘나타 하이브리드에 솔라 루프를 채용하며 주목을 끌고 있다. 이는 솔라 패널로부터 얻은 전기를 컨버터를 통해 1차 전지와 2차 전지에 직접 충전하는 타입이다. 토요타 프리우스가 별도의 솔라 배터리가 있는 점과 다르다. 그만큼 효율이 높다. 일반적으로 솔라 패널은 지면과 30도 각도가 이상적인데 자동차는 그것이 불가능하다. 현대자동차는 이를 감안해 효율이 22.8%인 고성능 셀을 사용했다. 이는 건축물에 사용되는 셀의 15~19%보다 30~50% 높다.

 

쏘나타 하이브리드의 솔라 패널의 용량은 204W. 이는 태양광을 1시간 동안 받으면 200Wh의 전기가 생산된다는 의미이다. 일조량 편차 등 다양한 변수 때문에 이로 인한 연비 측정 기준에는 포함되지는 않는다. 하지만 현재자동차는 약 7%의 연비 성능 개선 효과가 있다고 주장한다. 이는 최근 10년간 일조시간 하루 5.8시간을 적용해 산출한 것이라고 한다.

 

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이런 주행 거리보다는 1차 전지의 방전을 막을 수 있다는 점이 소비자의 입장에서는 와 닿을 수 있다. 보험 개발원에 따르면 긴급 출동 서비스의 약 40% 가량이 배터리 방전이었다고 하는 점을 감안하면 그렇다. 솔라 루프를 통해 하루 동안 충전되는 전류는 8만 1,200mAh로 블랙박스가 하루 동안 사용하는 전류 1만 2,000mAh를 한 시간의 충전만으로 충전할 수 있다.

 

더불어 미국에서는 마일당 8.98g/mi의 탄소 배출을 줄여 주는 기술로 인정받아 ZEV법에 기초한 크레딧을 공식적으로 획득해 실질적인 혜택을 얻을 수 있다는 점도 장점이다. 더불어 옵션 가격도 128만원으로 토요타 프리우스의 40% 정도 낮아 소비자들에게 접근이 훨씬 용이하다.

 

현대자동차그룹의 솔라 패널은 토요타 프리우스부다 늦게 출시된 만큼 진보된 면을 보이고 있다. 하루 충전 기준 주행가능거리가 약 3.6km로 프리우스 프라임의 2.9km보다 높다.

 

현 시점에서 태양광을 이용하는 자동차 중 가장 진보된 컨셉트카로는 올 7월 네덜란드의 친환경 모빌리티 기업인 라이트이어(Lightyear)가 발표한 차량의 루프와 보닛에 태양광 전지를 탑재한 BEV 라이트이어 원 (Lightyear One)이다. 라이트이어 원은 WLTP 기준 완충 상태에서 725km를 주행 할 수 있으며, 태양광 전지를 통해 주행 거리를 늘릴 수 있는 것이 큰 특징이다. 기존의 배터리 전기차와는 달리 충전소를 찾지 않아도 태양광전지로 주행 중 충전이 가능하기 때문에 장거리 이동도 가능하다.

 

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라이트이어 원은 루프와 보닛에 안전 유리로 보호된 태양광 전지 패널이 구성되어 있으며, 전비 향상을 위해 차량의 무게를 크게 줄였다. 탑재된 배터리는 일반 가정에서도 하룻밤 충전으로 400km 주행 가능한 충전이 이뤄진다. 한편, 태양광 전지를 통해 최대 시간당 12km의 주행 거리를 늘릴 수 있다. 대용량 배터리의 탑재와 함께, 태양광전지를 통해 배터리를 충전하면서 주행할 수 있다.

 

라이트이어 원의 가격은 처음 생산되는 500대의 차량이 13만 5000달러. 출시시기는 2021년 이후가 될 것으로 보인다. 고급 스포츠카의 가격이지만, 충전 인프라가 갖춰지지 않아도 장거리 주행이 가능한 BEV라는 점에서 관심이 모이고 있다. 


 

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