둥글게 생각하다: 일본의 구형 태양전지, 140년 이어진 평판 설계에 도전

100년 된 설계의 파격적인 변화

140여 년 동안 태양광 발전 기술은 본질적으로 거의 변하지 않았다. 찰스 프리츠가 1883년 단단한 판 형태의 초기 태양전지 패널을 만든 이후, 태양광 기술은 지붕에 설치하거나 광활한 부지에 배열하는 평평한 파란색 직사각형 패널로 대표돼 왔다. 이 설계가 워낙 보편화된 탓에 대부분의 사람은 태양전지가 꼭 평평해야 하는지 의문을 품지 않는다. 그러나 일본의 교세미 코퍼레이션 엔지니어들은 이 근본적인 가정에 도전하기로 했다. 태양 에너지를 활용하는 방식을 바꿀 수 있는 스페라(Sphelar)라는 초소형 구형 태양전지 제품군을 개발한 것이다.

기존의 평판 패널 설계는 이상적인 조건, 즉 햇빛이 표면에 정확히 90도 각도로 직접 내리쬘 때 효과적이다. 하지만 현실에서 이상적인 조건은 좀처럼 찾아보기 어렵다. 태양은 하루 동안 하늘을 가로질러 움직이고 계절에 따라 입사각도 달라진다. 구름은 빛을 산란시키고, 건물과 나무 등 장애물은 그림자를 만든다. 평판 패널은 빛이 비스듬한 각도로 들어오면 효율이 크게 떨어지고, 그늘이 지면 사실상 쓸모가 없어진다. 이런 한계 때문에 태양광 발전을 효과적으로 설치하고 활용할 수 있는 장소와 방식이 제한돼 왔다.

스페라를 개발한 일본 연구진은 자연이 빛을 한결같고 직접적인 방식으로 보내지 않는다는 점에 주목했다. 빛은 하루 동안, 또 계절에 따라 다양한 각도에서 들어온다. 직접광뿐 아니라 물이나 유리 등 표면에서 반사되는 빛, 구름과 대기 중 입자에 산란되는 확산광도 있다. 연구진은 구형 태양전지가 이런 다차원적인 빛을 더 잘 포착해 하루 동안 더 꾸준히 전력을 생산하고, 날씨가 좋지 않은 조건에서도 작동할 수 있다고 판단했다.

이러한 발상에서 탄생한 스페라는 세계 최초로 상용 개발된 구형 태양전지를 가리키는 등록상표다. 지름이 1~2밀리미터에 불과한 이 작은 실리콘 구슬은 태양광 기술을 근본적으로 새롭게 바라본 결과물이다. 빛이 평평한 표면에 적절한 각도로 닿도록 하는 대신, 스페라 전지는 어느 방향에서든 빛을 받아들인다. 자연 생물이 주변 환경에서 에너지를 얻는 방식과 비슷한 3차원 빛 포착 시스템을 구현한 셈이다.

유레카의 순간: 태양전지는 왜 평평해야 할까?

스페라의 이야기는 교세미 코퍼레이션의 창업자이자 수석 엔지니어인 나카타 슈지의 단순하지만 중요한 질문에서 시작된다. 교세미를 세운 지 몇 년 뒤, 나카타는 태양전지 효율을 높일 방법을 고민했다. 미쓰비시전기 프로젝트 구성원으로 태양광 패널을 개발했던 경험을 바탕으로 그는 태양이 끊임없이 움직이는데 태양광 패널은 왜 평평해야 하는지 자문했다.

실험실에서는 광원이 대개 고정돼 있고 예측 가능하다. 하지만 현실에서 햇빛은 끊임없이 달라지는 각도에서 들어온다. 나카타는 직접 들어오는 빛뿐만 아니라 기존 평판 패널이 대부분 포착하지 못하는 반사광과 확산광도 있다는 점을 관찰했다. 이 깨달음은 핵심 질문으로 이어졌다. 태양전지 표면이 구형이라면 햇빛을 포착하는 가장 효율적인 형태가 될 수 있을까? 이 질문이 교세미의 구형 마이크로 태양전지 개발에 영감을 준 출발점이 됐다.

스페라파워 코퍼레이션의 창업자 겸 회장인 나카타 조스케는 회사의 사명을 다음과 같이 밝혔다.

구형 태양전지인 스페라는 바로 이런 단순한 질문에서 탄생했습니다. 자연계에서 빛은 한결같은 방식으로 내리쬐지 않습니다. 태양의 위치는 끊임없이 움직입니다. 햇빛 중 일부는 구름에 산란되고, 일부는 유리와 물에 반사됩니다.

이러한 발상이 떠오른 시점도 절묘했다. 1980년대 후반 교세미는 홋카이도에 새 공장을 세우고 생산 능력을 확대할 계획을 세우고 있었다. 최종 후보지로 가미스나가와가 떠올랐다. 한때 탄광업으로 번성했던 이 지역은 수입 석탄이 늘면서 광산이 문을 닫았고, 지역사회는 사라진 일자리를 대신할 새로운 산업을 적극적으로 찾고 있었다. 이런 경제적 전환의 결과 중 하나로 일본 마이크로그래비티 센터(JAMIC)가 설립됐다. 이 기관은 폐광 터널을 과학 연구 시설로 개조했다. 교세미가 홋카이도 신공장에서 가동을 시작한 1988년, 나카타는 JAMIC의 독특한 시설이 구형 태양전지라는 자신의 구상을 실현하는 데 도움이 될 수 있다는 새로운 영감을 얻었다.

미소중력 환경에서의 제조

완벽한 구형 실리콘 결정을 만드는 데는 상당한 공학적 난제가 따랐다. 지구에서는 표면장력과 중력 때문에 용융 실리콘이 식고 굳는 과정에서 모양이 불규칙해진다. 효율적인 태양전지에 필요한 거의 완벽한 구형을 얻기 위해 교세미는 JAMIC의 독특한 낙하 실험 시설을 활용했다. 이 수직 터널은 지하 710미터까지 이어지며, 그중 490미터 구간은 미소중력 환경에서 실험할 수 있는 낙하 통로다.

제조 과정에서는 실리콘을 진공 캡슐에 넣어 통로 아래로 떨어뜨린다. 자유낙하하는 동안 캡슐 내부는 미소중력 상태가 돼, 중력이 모양을 변형시키지 않는 가운데 표면장력만으로 용융 실리콘이 완벽한 구형을 이룬다. 교세미 프로젝트팀은 캡슐에 실리콘 조각을 넣고 짧은 자유낙하 시간 동안 이를 녹여 결정화하는 실험을 거듭했다. 시행착오 끝에 원하는 구슬 모양의 알갱이를 만드는 데 성공했다.

Phys.org 보도에 따르면 이 혁신적인 제조 방식은 원하는 모양을 만드는 것 외에도 상당한 이점을 제공한다. 스페라 전지 제조 과정에서 실리콘 폐기물은 거의 발생하지 않는다. 실리콘은 반도체 제조에 쓰이는 귀하고 비교적 희소한 재료다. 기존 평판 태양전지는 보통 실리콘 잉곳을 잘라 웨이퍼를 만들기 때문에, 원통형 잉곳을 평평한 웨이퍼로 절단하는 과정에서 상당한 양의 재료가 버려진다. 반면 구형 결정화 방식은 용융 재료에서 최종 제품 형태를 바로 만들어내므로 절단이 필요 없고 실리콘 소비량도 줄어든다.

Phys.org는 교세미가 스페라 전지의 생산 비용이 기존 평판 태양광 패널 생산 비용의 절반 수준이 될 수 있다고 추산했다고 전했다. 재료 폐기물이 줄고 제조 공정도 간소해질 가능성이 있어 비용 절감 효과가 기대된다. 재료를 효율적으로 쓰는 것뿐만 아니라 제조 과정 자체도 기존 태양광 기술보다 환경친화적인 것으로 평가된다.

구형 전지가 빛을 포착하는 방식

스페라 전지의 근본적인 장점은 구형이라는 형태에 있다. 구는 어느 방향에서 빛을 받더라도 빛을 향하는 표면적이 동일하다. 태양을 향하도록 각도를 조정해야 하고 빛이 비스듬히 들어오면 효율이 떨어지는 평판 패널과 달리, 스페라 전지는 입사각에 관계없이 빛을 포착하는 효과를 유지한다. 따라서 기계식 추적 장치 없이도 태양이 하늘을 가로지르는 동안 직접광을 받을 수 있다.

더 중요한 점은 구형 설계가 간접광도 효율적으로 포착한다는 것이다. 건물이나 물 등 표면에서 반사된 빛은 여러 각도로 스페라 전지에 닿지만, 흡수에 유리한 표면을 찾아낸다. 평판 패널의 효율이 크게 떨어지는 흐린 날의 확산광도 구형 전지는 모든 방향에서 받아들이므로 효과적으로 포착할 수 있다. 이런 특성 덕분에 스페라 전지는 날씨가 변덕스럽거나 구름이 자주 끼는 지역에서도 더 안정적으로 작동할 가능성이 있다.

이 기술은 기존 태양전지와 마찬가지로 각각의 실리콘 구 안에 P-N 접합을 형성하는 방식으로 작동하지만, 곡면에 이를 적용한다. 교세미 연구진은 광반도체 칩 제조 과정에서 축적한 기술을 활용해 구형 표면에 접합을 형성했다. 상당한 혁신이 필요했던 기술적 과제였다. 이 미세한 구들을 전선으로 연결하면 전류가 발생하며, 이를 모아 기기에 전력을 공급하거나 전력 시스템에 연결할 수 있다.

사용자 입장에서는 스페라 전지를 적용한 기기나 구조물을 태양을 향해 정밀하게 맞출 필요가 없다. 스페라 전원 기기는 수평면이나 경사면에 놓거나 움직여도 주변의 빛을 계속 효율적으로 포착한다. 이에 따라 패널을 태양 방향으로 기울이는 설치 장치가 필요 없어지고 태양광 기기를 설치하거나 사용할 수 있는 장소의 제약도 줄어든다.

구상에서 상용 제품으로

구상에서 상용 제품으로 이어지기까지는 수년간의 개발이 필요했다. 빛을 받으면 전기를 생산하는 직렬 연결 셀 4개를 처음 만드는 데 성공한 뒤 연구팀은 개발에 더욱 박차를 가했다. 교세미는 개발을 이어가기 위해 1998년 자체 마이크로그래비티 연구소를 설립했다. 2004년에는 “구형 태양광”을 뜻하는 “스페라”라는 이름의 상표 등록을 신청할 만큼 개발이 진전됐고, 잠재적 협력사에 샘플을 제공하기 시작했다.

개발 초기에는 연구진조차 이 새로운 기술의 활용 가능성을 모두 떠올리기 어려웠다. 하지만 혁신적인 아이디어가 시장에 나오자 협력사와 고객들로부터 새로운 발상이 이어졌다. 이러한 협업 중심의 개발 방식은 구형 태양전지의 독특한 특성을 살릴 실용적인 용도를 찾는 데 도움이 됐다.

2012년에는 구형 태양전지 사업의 개발과 상용화에 집중하기 위해 교세미 코퍼레이션에서 분사한 스페라파워 코퍼레이션이 설립됐다. 스페라파워 코퍼레이션의 대표이사 사장 이쿠오 이나가와는 회사의 비전을 다음과 같이 설명했다.

스페라파워 코퍼레이션은 세계 최초의 소구경 구형 태양전지 스페라를 상용화하고, 이를 응용한 제품을 제공하고 있습니다. 지구 환경의 큰 변화를 줄이고 지속가능발전목표(SDGs)에 기여할 수 있도록 스페라를 우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 태양전지로 보급해 왔으며, ‘언제나 곁에 있는 스페라!’라는 구호 아래 응용 제품의 보급에도 힘쓰고 있습니다.

현재 회사는 구형 태양광 기술의 다재다능함을 보여주는 여러 제품군을 선보이고 있다. 이들 제품은 평판 패널의 한계를 넘어설 때 건축 환경과 일상생활에 태양광 에너지를 통합하는 완전히 새로운 접근이 가능하다는 점을 보여준다.

건물 일체형 태양광과 투명 표면

스페라 기술의 가장 유망한 활용 분야 중 하나는 건물 일체형 태양광(BIPV)이다. 기존 태양광 패널은 대개 지붕 위에 별도 설비로 설치돼 눈에 띄고, 때로는 미관을 해친다고 여겨진다. 반면 스페라 전지는 건축 자재에 직접 내장할 수 있어 투명성이나 건축 디자인 같은 다른 기능을 유지하면서 전력을 생산하는 표면을 만들 수 있다.

스페라 BIPV 제품군에는 스페라 모듈을 둘러싼 유리 블록이 포함된다. 이 투명한 건축 자재는 벽과 창문 등 여러 건축 요소에 활용할 수 있다. 빛을 통과시키면서 동시에 전기를 생산하는 방식이다. 스페라 설치물의 투명도는 전지 배치 밀도와 구체적인 적용 요건에 따라 50~80%에 이른다.

이 기술은 도시 환경에서 기존 태양광 패널이 겪는 중요한 제약을 해소한다. 인구밀도가 높은 도시에서는 지붕 공간이 제한적이거나 주변 건물의 그늘이 드리우는 경우가 많다. 기존 패널은 전망을 가리거나 역사적 건축물 보존 규정과 충돌할 수 있다. 스페라 전지는 하루 종일 간접광을 받는 외벽과 창문 등 수직 표면에 통합할 수 있다. 단단하고 평평한 패널로는 구현이 불가능하거나 비현실적인 곡면과 복잡한 건축 형태에도 적용할 수 있다.

회사는 투명한 유리 안에 작은 태양광 모듈을 넣은 스페라 유리 블록도 개발했다. 건축 자재이자 발전 장치로 활용할 수 있어 일반 창문과 천창, 장식 요소를 에너지 생산 표면으로 바꿀 가능성이 있다. 투명성을 유지하면서 전력을 생산할 수 있다면 건축미를 해치지 않고 소비하는 만큼의 전력을 생산하는 에너지 자립형 건물을 구현할 길이 열린다.

사물인터넷을 위한 에너지 하베스팅

사물인터넷(IoT)으로 연결성이 확대되면서 방대한 센서와 소형 기기에 전력을 공급하는 일이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 분산형 센서 네트워크에서 배터리를 교체하는 것은 비현실적이고 배선 비용은 부담이 될 수 있다. 스페라 전지는 에너지 하베스팅, 즉 주변 에너지 수확 기술로 해결책을 제시한다. 기기가 주변 환경에서 얻을 수 있는 소량의 에너지를 모아 쓰는 방식이다.

스페라 EIPV 시리즈는 저전력 응용 분야에 특화한 소형 태양광 모듈이다. 이 모듈은 주변 빛에서 에너지를 수확해 센서와 스마트 무선 기기, 기타 소형 전자제품에 전력을 공급할 수 있다. 스페라 전지는 모든 방향에서 빛을 포착하고 확산광에도 잘 작동하므로 기존 태양전지가 어려움을 겪을 수 있는 실내나 도심 환경에 특히 적합하다.

에너지 하베스팅 모듈은 환경 센서와 스마트 빌딩 시스템, 농업 모니터링 등에 활용할 수 있다. 배터리를 교체하거나 유선으로 연결하지 않고도 전력이 필요한 분산형 소형 기기에도 적합하다. 태양 방향을 정밀하게 맞출 필요가 없으므로 다양한 위치에 설치하거나 사용 기간 중 이동할 수 있는 기기에 유용하다.

지름이 1~2밀리미터에 불과한 스페라 전지는 크기가 매우 작은 기기에도 통합할 수 있어 기존 태양전지를 넣기 어려웠던 곳에 적용할 수 있다. 이러한 소형화 기술은 웨어러블 기기부터 기반 시설에 내장되는 환경 모니터까지, 전력을 자체적으로 공급하는 새로운 스마트 기기 분야를 열 수 있다.

웨어러블 기술과 태양광 섬유

스페라 기술의 활용 분야 중 가장 미래적인 영역은 웨어러블 전자제품과 스마트 섬유다. 회사는 햇빛을 받아 전기를 생산하면서도 뛰어난 유연성을 유지하는 필라멘트형 태양광 발전사를 개발했다. 이 태양광 섬유를 사용하면 전기를 생산하는 직물을 만들 수 있어 옷과 가방 등 섬유 제품을 태양광 발전기로 바꿀 수 있다.

태양광 발전사 개발은 경제산업성, 스페라파워 주식회사, 후쿠이현 산업기술센터가 참여한 산학관 공동 연구 프로젝트로 진행됐다. 그 결과물인 스페라 텍스타일은 가볍고 얇으며 유연하고 신축성이 있어 웨어러블 전자섬유 전원 공급 용도에 적합한 것으로 소개된다.

이 기술은 웨어러블 전자제품의 근본적인 과제인 전력 문제를 해결한다. 배터리는 웨어러블 기기의 무게와 부피를 늘리고, 잦은 충전은 사용 편의성을 떨어뜨린다. 태양광 섬유는 하루 동안 주변 빛에서 에너지를 수확해 내장 센서와 통신 기기, 건강 모니터에 지속적으로 전력을 공급할 수 있다. 사용자가 따로 조작할 필요도 없고 무게도 크게 늘지 않는다.

활용 가능성은 의류를 넘어 텐트와 차양, 돛, 차량 덮개 등 빛에 노출되는 모든 섬유 표면으로 확장된다. 군사 분야에서는 통신 장비나 항법 장치에 전력을 공급하는 군복에 적용할 수 있다. 민간에서는 야외 장비를 이용해 GPS 기기와 비상 신호기, 휴대전화에 전력을 공급할 수 있다. 소재가 유연해 딱딱한 태양광 패널과 달리 착용감이나 움직임을 방해하지 않고 의류에 통합할 수 있다.

소비자 제품과 조명

스페라파워 코퍼레이션은 전문 산업 분야뿐 아니라 일상에서 구형 태양광 기술의 실용성을 보여주는 소비자용 제품도 개발했다. 이들 제품은 스페라 전지의 독특한 특성 덕분에 기존 평판 태양광 패널로는 구현하기 어렵거나 불가능한 설계가 가능하다는 점을 보여준다.

스페라 가든 라이트는 구형 스페라 태양전지를 상단에 장착하고 LED 조명부를 더한 세련된 디자인이 특징이다. 낮 동안 햇빛으로 전력을 저장하고, 밤에는 저장된 에너지로 LED를 켜 정원과 공원, 산책로를 밝힌다. 경관을 해치지 않는 조명을 제공하는 데 초점을 맞췄다. 전기 요금이나 배선 공사 없이 간편하게 설치할 수 있어 외딴곳이나 전력 기반 시설이 없는 지역에도 적합하다.

스페라 일루미네이션 제품은 나무에 걸 수 있는 스페라 모듈을 사용한다. 모듈은 낮 동안 전력을 모아 밤에 LED를 켜며, 스페라 모듈 자체에서도 은은한 빛이 난다. 설치 과정에서 나무를 손상시키거나 자연스러운 모습을 해치지 않고 안전하고 매력적인 조명을 제공하도록 설계됐다. 정원 조명과 마찬가지로 전기 연결이나 지속적인 에너지 비용이 들지 않는다.

이들 소비자 제품은 스페라 기술의 전방위 빛 포착 능력이 주는 실용적인 이점을 보여준다. 정원 장식품이나 나무 조명은 햇빛을 가장 잘 받는 방향을 신경 쓰지 않고 여러 방향으로 설치할 수 있다. 평판 패널은 직접광이 부족해 작동하기 어려운 반그늘에도 둘 수 있다. 작고 눈에 띄지 않는 구형 전지 덕분에 기술 장치를 덧붙인 듯한 느낌 없이 장식 요소에 통합할 수 있어 디자인의 미적 매력도 높아진다.

효율과 성능 고려 사항

태양광 기술을 평가할 때 효율은 여전히 중요한 지표다. TheFutureOfThings 보도에 따르면 교세미는 현재 상용화된 대부분의 태양전지보다 효율이 약 20% 높은 유연 태양광 패널을 개발했다. 모든 각도의 빛을 포착하고 직접광과 간접광을 모두 활용할 수 있다는 점이 이러한 개선의 바탕이다.

다만 스페라 전지를 기존 평판 패널과 직접 비교하려면 서로 다른 성능 지표를 고려해야 한다. 평판 패널의 정격 효율은 대개 이상적인 실험실 조건에서 빛이 수직으로 직접 들어올 때의 최고 효율을 기준으로 한다. 반면 스페라 전지는 조도와 입사각이 달라져도 성능을 더 일정하게 유지한다. 완벽한 조건에서 실시하는 최고 효율 시험에서는 평판 패널보다 앞서지 못할 수 있지만, 현실의 하루 전체를 놓고 보면 총 발전량이 더 많을 수 있다.

추적 장치가 필요 없다는 점도 효율상의 장점이다. 대규모 태양광 설비는 하루 종일 평판 패널을 태양 방향으로 맞추기 위해 모터와 추적 장치를 사용하는 경우가 많다. 이런 장치는 전력을 소비하고 유지보수가 필요하며 설치를 복잡하게 만든다. 스페라 전지는 고유한 형태만으로 비슷한 효과를 내 기계 장치 없이 새벽부터 해 질 녘까지 최적의 빛을 포착한다. 수동 작동 방식은 시스템의 신뢰성을 높이고 유지보수 부담을 줄인다.

저조도 성능도 차별점이다. 흐린 날이나 빛의 세기가 약한 이른 아침과 늦은 오후에는 평판 패널의 출력이 크게 떨어진다. 확산광과 산란광을 포착하도록 설계된 스페라 전지는 이런 까다로운 조건에서도 상대적으로 성능을 더 잘 유지한다. 따라서 구름이 자주 끼는 지역이나 다양한 기상 조건에서도 꾸준히 작동해야 하는 용도에 특히 적합하다.

환경 영향과 지속가능성

에너지 기술을 선택할 때 환경을 고려하는 일이 점점 더 중요해지고 있으며, 스페라 전지는 지속가능성 측면에서 몇 가지 잠재적 이점을 제공한다. 제조 과정에서 실리콘 폐기물을 줄이는 것은 중요한 환경적 이점이다. 실리콘 생산에는 많은 에너지가 들고 환경에 영향을 주는 화학 공정도 수반된다. 귀한 재료를 더 효율적으로 사용하면 태양전지 생산의 전반적인 환경 부담을 줄일 수 있다.

Phys.org에 따르면 기존 패널의 절반 수준으로 추정되는 생산 비용은 태양광 발전의 경제적 접근성을 높일 수 있다. 비용이 낮아지면 도입이 늘고, 그만큼 화석연료 발전을 대체해 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 추가 자재나 구조 변경 없이 기존 건축물과 제품에 태양전지를 통합할 수 있다는 점도 설치에 따른 환경 영향을 줄인다.

스페라 기술의 내구성과 수명도 환경적 이점에 기여한다. 구형 전지는 크고 깨지기 쉬운 평판 패널보다 바람과 우박, 잔해 등 환경 요인으로 인한 손상에 덜 취약할 수 있다. 크기가 작고 보호 재료 안에 내장할 수 있어 사용 수명이 길어질 가능성도 있다. 교체 필요성과 제조·폐기에 따른 환경 비용을 줄이는 데 도움이 된다.

스페라파워 코퍼레이션은 지속가능발전목표(SDGs) 달성에 기여하는 등 자사 기술을 더 폭넓은 환경 목표와 명시적으로 연계하고 있다. 회사는 태양광 에너지의 활용을 확대해 화석연료 고갈을 막고 지구온난화에 대응하는 것을 사명으로 삼고 있다. 기존에는 태양광을 적용하기 어려웠던 용도와 장소에서도 발전을 가능하게 함으로써, 스페라 기술은 세계 에너지 구성에서 태양광이 차지하는 비중을 크게 늘릴 수 있다.

태양광 에너지의 미래

가까운 미래에도 대규모 발전소에서는 평판 태양광 패널이 주류 기술로 남을 가능성이 크다. 그러나 스페라 전지는 태양광 기술의 중요한 다변화를 보여준다. 구형 전지는 기존 패널과 직접 경쟁하기보다 평판 패널로는 활용하기 어려운 새로운 분야를 개척한다. 태양광을 수확할 수 있는 장소와 방식을 넓히면 태양광 발전의 전반적인 보급을 촉진하고 일상 환경에 더욱 폭넓게 통합할 수 있다.

스페라 같은 기술은 “어디에나 있는 에너지”라는 구상을 현실에 더 가깝게 만든다. 태양광 발전을 외딴 발전 단지에서 생산해 먼 곳으로 보내는 방식으로만 생각하는 대신, 빛을 받는 모든 표면을 잠재적 전력원으로 바라볼 수 있다. 창문은 빛을 들이면서 전기를 생산하고, 옷은 웨어러블 기기에 전력을 공급하며, 건물은 지붕뿐 아니라 벽에서도 에너지를 만든다. 이렇게 분산형으로 발전하면 송전 손실이 줄고 에너지 시스템의 회복력도 높아진다.

사물인터넷이 확산되고 스마트시티가 현실이 되면서 분산형 전력원의 필요성은 커질 것이다. 에너지 하베스팅에 적합하고 다양한 소재와 형태에 통합할 수 있는 스페라 전지는 이러한 연결된 미래를 뒷받침하는 핵심 기술이 될 수 있다. 주변 빛으로 센서와 기기에 전력을 공급하면 스마트시티 적용에 필요한 기반 시설 비용과 설치 장벽을 없앨 수 있다.

스페라 기술의 개발은 근본적인 가정에 의문을 제기하는 일이 획기적인 혁신으로 이어질 수 있음을 보여준다. 100년이 넘도록 평판 태양광 패널 설계에는 거의 의문이 제기되지 않았다. 태양전지는 왜 평평해야 하는지 질문한 일본 엔지니어들은 빛 포착과 에너지 생산의 새로운 접근법을 개척했다. 기존 통념에 의문을 제기하는 이런 태도는 앞으로도 태양광과 재생에너지 전반의 혁신을 이끌 것이다.

스페라파워 코퍼레이션이 전 세계 협력사와 함께 독창적인 제품과 응용 분야를 계속 개발하면서 구형 태양전지의 영향력도 커지고 있다. 전문 산업 분야부터 소비자 제품까지, 건축 자재부터 웨어러블 기술까지, 이 작은 구형 전지들은 때로는 직사각형이 아니라 원의 형태로 생각하는 것이 더 나은 발전 방향임을 보여주고 있다.

핵심 내용

• 일본 교세미 코퍼레이션이 개발한 스페라 구형 태양전지는 지름이 1~2밀리미터에 불과하며 모든 방향에서 빛을 포착한다.
• 태양이 끊임없이 움직이는데 태양광 패널은 왜 평평해야 하는지라는 창업자 나카타 슈지의 질문에서 이 기술이 탄생했다.
• 일본 마이크로그래비티 센터의 710미터 낙하 통로를 활용해 미소중력 환경에서 완벽한 실리콘 구를 만든다.
• 제조 과정에서 실리콘 폐기물이 거의 발생하지 않으며, 생산 비용은 기존 평판 태양광 패널 제조 비용의 약 절반이다.
• 구형 전지는 다양한 입사각에서도 효율을 유지하고 직접광과 간접광을 모두 포착해 흐린 날 더 나은 성능을 보인다.
• 투명 건축 자재와 IoT 기기용 에너지 하베스팅, 태양광 섬유, 소비자용 조명 제품 등에 활용된다.
• 스페라파워 코퍼레이션은 구형 태양전지 응용 분야 개발에 전념하기 위해 2012년 교세미에서 분사했다.
• 이 기술은 기존 평판 패널을 쓸 수 없는 곡면과 웨어러블 제품, 건축 요소에 태양전지를 통합할 수 있게 한다.