태양광 자동차는 순수 태양의 에너지로 차량을 구동하는 기술을 통하여 전 세계 선진 대학과 기술혁신 기업들이 지난 수십 년간 도전과 혁신을 모토로 연구개발을 지속하고 있는 분야이다. 기존 자동차의 소모동력이 수십 마력 이상인 것에 비해 태양광 자동차는 태양에너지의 밀도가 매우 낮은 관계로 대략 6㎡정도 차량 하나의 면적을 태양전지로 덮었을 경우에 최대 2마력 정도 발생시킬 수 있다. 이것도 태양의 에너지가 정점에 있을 정오에 해당하는 것이고, 낮 동안 평균값은 1마력 정도에 불과하다. 이러한 낮은 밀도의 에너지를 이용하여 그동안 우승팀의 평균시속 100km/hr를 달성하기 위해서는 태양광 자동차를 설계함에 있어서 무엇보다도 에너지 효율을 극대화해야 할 필요가 있다.

태양광 자동차는 순수 태양의 에너지로 차량을 구동하는 기술을 통하여 전 세계 선진 대학과 기술혁신 기업들이 지난 수십 년간 도전과 혁신을 모토로 연구개발을 지속하고 있는 분야이다. 기존 자동차의 소모동력이 수십 마력 이상인 것에 비해 태양광 자동차는 태양에너지의 밀도가 매우 낮은 관계로 대략 6㎡정도 차량 하나의 면적을 태양전지로 덮었을 경우에 최대 2마력 정도 발생시킬 수 있다.

이것도 태양의 에너지가 정점에 있을 정오에 해당하는 것이고, 낮 동안 평균값은 1마력 정도에 불과하다. 이러한 낮은 밀도의 에너지를 이용하여 그동안 우승팀의 평균시속 100km/hr를 달성하기 위해서는 태양광 자동차를 설계함에 있어서 무엇보다도 에너지 효율을 극대화해야 할 필요가 있다.

태양광 자동차는 기본적으로 전자효율을 최대로 끌어올려야 하지만, 무게 감소와 항력 계수를 줄이는 것이 핵심 설계 포인트이다. 우선 무게 감소는 구동부와 스티어링부, 서스펜션부가 모두 안전하게 작동되면서도 최소한의 무게로 설계되어야 한다. 이상적인 포장도로를 아무런 요철 없이 완만한 구배로 달린다면 최소한의 안전계수로 설계를 진행해서 무게를 줄일 수 있을 것이다. 하지만 가장 유명한 호주 World Solar Challenge에서 일반 고속도로를 3,019km를 달리면서 경험하는 루트는 일반 차량과 같은 주행과 안전성능을 갖추어야 통과할 수 있다. 목장 영역을 지나다 보면 만나는 Cattle Grid는 소 등의 가축이 건너지 못하도록 발이 빠지도록 쇠로 된 막대들이 바닥에 20cm 정도의 폭으로 2~3m의 구간에 놓여있다.

또한, 공사구간의 비포장도로도 지나가야 하는데 특히, 도심지에서는 안전을 위한 요철들과 군데군데 싱크홀들도 존재하다 보니 일반적인 자동차가 갖는 설계 안전계수를 맞춰줘야 안전한 완주가 가능하다. 이러다 보니 대부분의 차량들은 카본섬유를 이용한 모노코크 방식으로 설계가 되어왔고, 최신의 경량화 기술들이 적용되고 있어서 선진 팀의 차량 무게는 150kg 이하로 내려간 지 이미 오래되었다.

태양광 자동차는 기본적으로 전자효율을 최대로 끌어올려야 하지만, 무게 감소와 항력 계수를 줄이는 것이 핵심 설계 포인트이다. 우선 무게 감소는 구동부와 스티어링부, 서스펜션부가 모두 안전하게 작동되면서도 최소한의 무게로 설계되어야 한다. 이상적인 포장도로를 아무런 요철 없이 완만한 구배로 달린다면 최소한의 안전계수로 설계를 진행해서 무게를 줄일 수 있을 것이다.

하지만 가장 유명한 호주 World Solar Challenge에서 일반 고속도로를 3,019km를 달리면서 경험하는 루트는 일반 차량과 같은 주행과 안전성능을 갖추어야 통과할 수 있다. 목장 영역을 지나다 보면 만나는 Cattle Grid는 소 등의 가축이 건너지 못하도록 발이 빠지도록 쇠로 된 막대들이 바닥에 20cm 정도의 폭으로 2~3m의 구간에 놓여있다.

또한, 공사구간의 비포장도로도 지나가야 하는데 특히, 도심지에서는 안전을 위한 요철들과 군데군데 싱크홀들도 존재하다 보니 일반적인 자동차가 갖는 설계 안전계수를 맞춰줘야 안전한 완주가 가능하다. 이러다 보니 대부분의 차량들은 카본섬유를 이용한 모노코크 방식으로 설계가 되어왔고, 최신의 경량화 기술들이 적용되고 있어서 선진 팀의 차량 무게는 150kg 이하로 내려간 지 이미 오래되었다.

무게를 줄이는 것보다 더욱 중요한 것은 고속대에서 급격하게 커지는 공기항력을 줄이는 설계이다. 공기 항력을 줄이기 위해서는 차의 형태를 유선형으로 만들면서 또한 단면적을 최소화해야 하는데, 차의 구조가 단순히 물고기 모양으로 만들기에는 포함되는 구조들이 만만치 않다. 4개의 바퀴와 서스펜션, 사람이 앉는 캐노피, 솔라셀의 넓은 면적 등을 고려한 설계는 종합적인 설계기술이 필요한 부분이다.

호주에서 열리는 World Solar Challenge는 1987년부터 격년으로 진행되어 벌써 30년 주기를 맞고 있는 세계 최고의 태양광 자동차 경주대회이다. 혁신과 도전을 핵심 모토로 하여 전 세계 최고수준의 대학들이 경쟁과 협동, 그리고 호주의 사막이라는 배경이 합쳐져서 어디에서도 경험하기 힘든 융합적인 능력을 배양하게 해주는 대회이다. 단순히 차량 경주만 하는 것이 아니라 3,019km라는 긴 여정을 1주일간 함께 이동하면서 발생하는 다양한 사건들을 함께 공유하고, 협동과 경쟁을 어떻게 조화하는 가를 경험할 수 있게 해준다.

이 독특한 매력에 전 세계의 선진 대학들은 지속적으로 이 대회에 참가하고 있으며, 네덜란드의 Delft 공대는 수차례에 걸친 우승으로 국가적 자존심으로 여겨지는 팀인 NUON팀을 참가시키고 있다. 우리나라 대학은 국민대학교가 2011년 처음으로 출전한 이후로 2013년 2,019km, 2015년 3,019km 완주의 기록을 달성하고 있으며, 올해는 교통대학과 함께 출전하여 국내에서도 점차 많은 관심을 받기 시작하고 있다.

이 대회에 참가하기 위해 제작되는 솔라카는 최신의 고효율 솔라셀 장착을 기본으로 하고, 최고효율의 솔라카 전용 모터, 그리고 3차원 가공에 의한 유선형을 기본으로 하는 비정형의 카본 차체로 인한 소재 및 제작기술이 필요한데 이를 제작하기 위해서는 최소 1억 원 이상 비용이 든다. 일반적으로 우승하는 팀들의 제작비용을 보면 수십 억 원 정도인 것으로 회자되고 있다. 이러한 높은 비용이 들어가는 대회참가 특성상 외부 기업에서 협찬을 받아서 참가하는 팀이 대부분이고, 태양광 자동차 제작만이 아니라 홍보와 협찬을 위한 조직과 고가의 차량과 수십 명에 이르는 대규모 팀의 참가를 위해 전문적 수준의 운송을 위한 조직이 꾸려져야 가능하다.

이 대회에 참가하기 위해 제작되는 솔라카는 최신의 고효율 솔라셀 장착을 기본으로 하고, 최고효율의 솔라카 전용 모터, 그리고 3차원 가공에 의한 유선형을 기본으로 하는 비정형의 카본 차체로 인한 소재 및 제작기술이 필요한데 이를 제작하기 위해서는 최소 1억 원 이상 비용이 든다.

일반적으로 우승하는 팀들의 제작비용을 보면 수십 억 원 정도인 것으로 회자되고 있다. 이러한 높은 비용이 들어가는 대회참가 특성상 외부 기업에서 협찬을 받아서 참가하는 팀이 대부분이고, 태양광 자동차 제작만이 아니라 홍보와 협찬을 위한 조직과 고가의 차량과 수십 명에 이르는 대규모 팀의 참가를 위해 전문적 수준의 운송을 위한 조직이 꾸려져야 가능하다.

신동훈

국민대 기계시스템공학부 교수