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쏘나타 하이브리드 ‘솔라루프’에 대한 모든 것

스마트 모빌리티 디바이스를 지향하는 쏘나타. 쏘나타 하이브리드도 YF, LF에 이어 어느덧 3세대로 진화했고, 하이테크 친환경 기술을 대거 적용했다. 태양광을 활용해 전기를 충전하는 솔라루프도 그중 하나다.

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친환경은 자동차 업계에서 가장 중요한 키워드 중 하나다. 특히 무공해 에너지를 자동차의 동력 에너지로 활용하기 위해 많은 자동차 회사들이 역량을 집중하고 있다. 


그런 노력의 일환으로 지난 7월 출시된 쏘나타 하이브리드는 태양광 에너지를 활용한 솔라루프를 탑재했다. 솔라루프는 도요타에서 2011년(12년형 프리우스)에 처음 도입한 적이 있다. 그런데 이는 기술적인 한계와 에너지 효율 등의 문제로 주행거리 증가가 아닌, 에어컨 등의 간단한 전력 제공이 목적이었다. 


에너지 충전효율을 높여 실질적으로 주행거리를 증가시킬 수 있는 솔라루프는 현재 일본 도요타 프리우스 프라임과 미국 카르마 리베로에 적용 중이다. 이 두 모델은 모두 플러그인 하이브리드 모델로, 도요타 프리우스 프라임 PHEV(이하 프리우스)는 솔라루프를 옵션(약 320만 원)으로 제공해 일본 및 유럽에 판매하고 있고, 카르마 리베로는 기본 기능으로 적용해 북미에 판매하고 있다. (카르마 리베로의 차량 가격은 약 1억2000만~1억4000만 원)


솔라루프의 원리

솔라루프가 자동차 동력으로 이용되는 원리는 간단하다. 태양광이 솔라패널 내 태양전지에 들어오면 전기가 발생된다. 이 전기는 전력의 효율을 높이기 위해 제어기를 거쳐 주행용과 시동용 배터리에 동시에 저장된다. 결과적으로 이 전력은 주행용 배터리에 저장돼 직접적으로 주행거리를 늘려주거나, 시동용 배터리를 충전시키기 위한 발전기(알터네이터)의 작동시간을 줄여 엔진의 부하를 줄여줌으로써 간접적으로 연료소비효율(연비)를 높여준다. 


쏘나타 하이브리드 솔라루프의 충전 원리

반면 프리우스는 솔라루프에 연결된 별도의 배터리에 저장되기 때문에 별도의 배터리가 추가로 필요하고 이 배터리에 저장된 전기가 다시 주행용 배터리를 충전시키는 방식이어서 쏘나타의 것과는 원리가 다르다. 쏘나타는 주행용 배터리와 시동용 배터리를 바로 충전할 수 있어 효율이 높다고 평가받는다.

쏘나타 하이브리드와 프리우스 솔라루프의 충전 방식 비교


쏘나타 하이브리드 솔라루프의 효율

먼저 태양광이 들어오는 각도와 효율은 어떠한 연관이 있는지 알아보자. 솔라패널은 자동차의 루프에 부착되므로 지면과의 평행하게 위치한다. 연구결과에 의하면 솔라패널은 일반적으로 지면과 30도 각도로 설치되는 것이 발전 효율이 가장 좋다. 자동차의 루프는 지면과 0도여서 패널을 태양 입사광을 최적화해 설치한 건물 옥상보다는 효율이 떨어질 수밖에 없다. 


하지만 현대차는 이를 감안해 충전효율이 높은 고성능 셀을 사용했다. 쏘나타에 부착된 셀의 효율은 22.8%로 일반 건축물에 부착되는 셀의 효율 15~19% 보다 30~50% 정도 높다.


쏘나타 하이브리드 솔라루프에 적용된 패널은 일반 건축물에 적용된 패널 대비 효율이 우수하다

외부 조건과는 어떤 관계가 있을까. 먼지나 낙엽 등으로 패널이 가려지면 발전량이 크게 줄어들것 같지만 실험 결과 3~10% 미만의 손실만 발생하는 것으로 측정돼 지붕이 보이지 않을 정도로 완전히 오염되지만 않는다면 충전에 거의 문제가 없는 것으로 나타났다.

낙엽, 흙 먼지 등 다양한 외부 조건에서 패널 발전량을 비교한 결과 손실이 거의 없었다.


솔라루프의 효과 (1) : 주행거리

쏘나타 하이브리드 솔라패널의 용량은 약 200W(정확히는 204W)다. 이는 태양빛을 1시간 동안 받으면 200Wh의 전기가 생산된다는 의미이다. 일조량이 좋을 때 100W 전구 2개, 또는 가정에서 많이 쓰는 막대형 LED 형광등(18W) 11개를 동시에 켜놓을 수 있는 제법 많은 전력량이다. 이렇게 하루 5.8시간씩 충전을 하면 연간 약 1,300km를 달릴 수 있는 에너지가 생긴다. 주로 야외에 주차를 하고 주간 주행거리가 많은 운전자라면 보너스 주행거리는 더 늘어날 수 있다. 


일조량 편차 등 다양한 변수 때문에 공인연비(공인된 연료소비효율) 측정 기준에 포함되지 않았지만, 일반적으로 생각하는 km/ℓ(연료 1ℓ 주유할 경우 이동 가능한 주행거리) 기준으로 환산하면 약 7% 정도의 향상이 예상된다. 


일조량의 기준은 기상청 및 통계청에 공식 등록된 연간 평균 일조시간 및 일사량을 사용했다. 흐린 날, 맑은 날의 매일 편차는 있겠지만 연간 일조량은 이를 모두 포함한 개념으로 볼 수 있는 것이다. 일조시간은 2010년 5.5시간에서 2018년은 6.9시간으로 점차 증가하는 추세지만 최대한 객관적이고 보수적으로 기준을 잡아 최근 10년 평균 일조시간 5.8시간을 적용해 주행거리를 산출했다.

대한민국의 일조시간은 과거 대비 증가 추세를 보이고 있다(기상청 기준)


솔라루프의 효과 (2) : 엔진 부하 감소 & 방전 방지

솔라루프는 배터리 방전을 줄여주는 데도 도움을 준다. 최근 자동차용 블랙박스와 같은 추가 전자 장비 때문에 배터리 소모량이 늘어나면서 방전 사고도 지속적으로 늘어나는 추세다. 보험개발원에 따르면 긴급출동 서비스 이용 사례 10건 중 무려 4건 이상이 배터리 방전(총 615만 건, 2015년 기준)에 의한 것이었다. 


솔라루프를 통해 하루 동안 충전(5.8시간 기준)되는 전류는 81,200mAh로, 자동차가 하루에 소비하는 전류인 720mAh를 크게 상회한다. 또한 블랙박스가 하루 동안 사용하는 전류(12,000mAh)를 단 한 시간의 충전만으로도 충당할 수 있다. 솔라루프가 있으면, 배터리 방전으로 인해 곤혹을 치를 가능성이 확실히 줄어든다. 만약 햇빛이 들어오는 야외에 주차를 할 경우 블랙박스를 상시 작동시킨다 하더라도 이론적으로 자동차 배터리는 방전이 되지 않는다. 지하 주차장에 장기 주차할 경우는 아쉽게도 해당되지 않는다.


솔라루프는 1시간 충전 만으로도 블랙박스가 켜져 있는 차량의 하루 사용 전류 이상을 충전할 수 있다


솔라루프의 효과 (3) : 친환경

솔라루프는 실질적으로 환경에 얼마나 도움이 될까? 이산화탄소를 예를 들어보면 그 효과는 명확하다. 이산화탄소 배출량 감축은 자동차 제조사들 사이에서 최대 이슈다. 글로벌 자동차 시장에서 막대한 영향력을 끼치는 미국 및 유럽 자동차 시장은 이산화탄소 배출을 엄격히 규제하기 때문이다. 최근 피아트 크라이슬러 그룹이 테슬라를 통해 탄소 배출권을 산 것이 화제가 된 것도 이 때문이다. 공식적인 거래금액은 확인되지 않았으나, 파이낸셜타임즈의 보도에 따르면 수억 유로에 달하는 것으로 알려졌다. 


이산화탄소 배출을 규제함과 동시에 미국 시장은 환경에 긍정적인 영향을 주는 부품을 자사 제품에 장착한 자동차 제조사에 대해 '오프사이클 크레딧(Off-Cycle Credit)'을 제공한다. 오프사이클 크레딧이란 연비 인증모드 상에 적용할 수 없으나, 실도로 연비개선 및 지구 온난화 방지에 효과가 있는 기술에 대해 크레딧을 부여하는 제도로서 북미에서 12년식 차량부터 운영 중이다. 


오프사이클 크레딧은 마일당 g(한국에선 km당 g)으로 표기되며, EPA(미국 환경보호청)가 설정한 장치별 수치에 따라 이산화탄소 배출량이 차감된다. 가령 고효율 램프는 마일당 0.16g/mi, ISG(Idle Stop & Go)는 마일당 1.5g/mi의 크레딧을 획득한다. 쏘나타 하이브리드의 솔라루프는 마일당 8.98g/mi의 탄소 배출을 줄여주는 기술로 인정받아 친환경 관련 단일 기술 중 월등히 높은 크레딧을 공식적으로 획득했다. 특히 유럽의 경우 2021년부터 자동차 1대당 배출하는 이산화탄소가 1km 당 95g을 초과할 경우 벌금을 부과 받기 때문에 선제적인 기술로서 솔라루프는 더욱 의미 있게 받아들여진다.


솔라루프는 다른 기술 대비 북미에서 월등한 오프사이클 크레딧을 획득했다


쏘나타 하이브리드 vs 도요타 프리우스 솔라루프 비교

현재 쏠라루프 기술을 통해 주행거리를 증가시키는 기술을 자동차에 적용한 회사는 거의 없다. 비교 대상은 도요타 프리우스 정도가 유일한 정도이다. 카르마 리베로는 솔라루프가 기본 적용돼있지만 차량 가격이 약 1억 원을 훌쩍 넘기 때문에 사실상 비교의 의미가 적다. 


앞서 언급했듯이, 프리우스는 태양 전지 시스템은 솔라패널에서 생산된 전력을 별도 탑재된 솔라 배터리를 한 번 거친 뒤 배터리에 충전하는 반면, 쏘나타는 솔라배터리가 없이 직접 배터리로 충전이 되기 때문에 에너지 흐름과정의 손실이 적다. 이러한 충전 방식의 차이는 결국 효율과 직결된다. 


뿐만 아니라, 쏘나타 하이브리드 솔라루프는 패널출력 및 제어기 효율을 향상시켜 일 평균 주행거리를 프리우스 대비 20% 이상 증가시켰다. 하루 충전 기준 주행 가능거리는 쏘나타가 약 3.6 km로 도요타가 발표한 2.9 km 보다 높다. 


솔라루프의 가격도 쏘나타는 128만 원인 데 비해 프리우스는 28만엔(한화 약 320만원)에 이른다. 쏘나타의 시스템이 두 배 이상 경제적인 셈이다. 


두 차의 솔라루프 시스템은 구조에서도 차이가 있다. 프리우스의 태양 전지 시스템은 패널을 지지하는 프레임이 없다. 프리우스는 북미 고속도로안전보험협회(IIHS)의 '루프 강성 테스트' 조건을 충족하지 못한 것으로 알려져 있다. 반면 쏘나타 하이브리드는 IIHS의 충돌테스트(ROOF CRUSH TEST) 기준을 적용시 GOOD등급을 만족했다. IIHS는 자동차 판매를 위한 필수조건은 아니지만 고객이 차량을 구매할 때 고려하는 중요한 안전기준이다. 


도요타는 프리우스의 솔라루프 옵션을 미국에는 판매하지 않고 유럽과 일본 시장에서만 선택사양으로 제공하고 있다. 


쏘나타 하이브리드는 솔라패널의 셀이 잘 보이지 않도록 블랙 백시트를 적용한 반면 프리우스는 화이트 백시트를 사용한 것도 디자인적인 차이점이다.


쏘나타 하이브리드와 프리우스 솔라루프 시스템 비교

쏘나타 하이브리드가 프리우스보다 경제적이면서도 월등한 효율을 가지고 있지만, 그렇다고 해서 주행거리 만으로 효과를 따지면 아직 미흡한 것이 사실이다. 하지만 이 기술을 통해 자동차 제조사들이 모두가 꿈꾸는 ‘궁극의 친환경차’에 한발 더 다가섰다는 데에는 의심의 여지가 없다. 현대·기아차는 지속 가능한 미래를 위해 친환경차 라인업을 중심으로 솔라루프의 적용 범위를 넓힐 예정이다. 


자세한 원리와 개발 스토리는 하단의 링크에서 확인 가능하다.

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