[연재] 신재생에너지, 어디까지 왔나-신재생 태양광(2)

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[연재] 신재생에너지, 어디까지 왔나-신재생 태양광(2)

2007년 6월 2일 (토) 23:49:00 | 지면 발행 ( 2007년 5월호 - 전체 보기 )

국내외 시장동향1. 세계시장현황태양광 산업은 최근 6년간 연평균 30% 이상의 고속 성장을 기록하고 있으며 현재 가장 빠르게 성장하는 산업 중 하나다. 최근 발표된 Credit Lyonnais Security Asia(CLSA) 보고서에 따르면, 태양광 산업은 2004년 1.2GWp, 약 83억달러에서 2010년에는 6GWp, 약 360억달러 규모의 시장을 형성할 것이다.일본과 유럽, 미국이 전 세계 태양전지 및 모듈 생산량의 약 88%를 차지하며, 전 세계 시장을 선도해 나아가고 있다.해외 선진 기업들은 기업의 인수합병 또는 생산시설 확대를 경쟁적으로 추진하여 대형화 되고 있는 추세이다. 유럽은 BP, Shell, RWE 등 에너지회사가 주축을 이루고 일본은 반도체 및 전자업체가 주도하고 있는 점이 특징이다. 미국은 GE가 Astopower를 2004년 인수하여 25MWp를 생산했으며 USSC, Evergreen Solar, First Solar 등은 생산량을 두 배로 늘렸다.태양전지 생산업체 중 상위 10개 회사가 차지하는 전체 시장 비율은 약 80%에 이르고 있다. 일본의 샤프는 전체 시장의 약 26%를 차지하며 세계 1위를 지키고 있다. 2004년도에 324MWp를 생산하여 전년 대비 64%의 성장률을 기록하였다. 2005년 현재 500MWp 이상의 생산능력을 보유하고 있으며 지속적인 생산라인 증설을 계획하고 있다. 2004년 105MWp를 생산한 교세라는 2005년 말까지 240MWp로 라인 증설을 계획하고 있다. 이와 같이 업체별로 라인증설을 통해 규모의 경제를 실현하여 가격저하와 세계시장 선점을 추구하고 있다.

태양광 시장은 지속적인 성장이 예상되며 이에 따라 생산라인의 확충이 업체별로 빠르게 진행되고 있으나 향후 수 년 간 실리콘 원자재 수급의 불균형으로 인해 성장 속도의 둔화가 예상되고 있다.2. 국내시장 및 산업현황국내외 태양광 시장의 확대와 태양광 기술 개발 및 보급에 대한 정부의 적극적인 의지에 힘입어 국내 관련 산업이 활성화되고 있다. 국내 시장은 정부의 주택보급사업, 보급보조사업, 발전차액 지원제도, 공공건물 의무화 제도 등의 정책으로 2004년 약 2.6MWp 규모가 되었으며 2005년에는 약 6MWp에 이를 것으로 추정된다.그러나 국내 기업의 모듈 생산능력(2005년 현재 95MWp 이상)이 이미 국내 수요를 초과하고 있을 만큼 국내 시장이 협소하므로 국내 보급 시장의 조속한 확대 및 해외시장 개척 등이 추진될 필요성이 있다. 국내의 기술력이 선진국 대비 70% 수준에 불과하여 지속적인 성장과 국제경쟁력을 갖추기 위해서는 기술 개발에 대한 투자가 필요하다. 또한 전문 인력이 부족하여 효과적인 기술개발 및 신규업체의 진입에 대한 장애 요인으로 작용하고 있다.

기술개발 현황1. 기술개발사업 추진 현황국내의 태양광 산업에 대한 관심이 높아지면서 그동안 대학 및 연구소를 중심으로 진행되어 오던 기술개발 사업이 산업체 주도로 전개되고 있다.2003년 12월 산업자원부에서 발표한 ‘제2차 신·재생에너지 기술개발 및 이용·보급 기본계획’의 로드맵에 의거하여 시장 및 보급 활성화에 필요한 기술을 중심으로 과제가 도출되고 수행된다.태양광 기술개발에 대한 정부의 지원은 1989년 이후 지속적으로 이루어지고 있으며 사업의 효율성 제고를 위해 2004년 태양광사업단이 발족되어 기술개발 사업의 기획과 관리를 맡게 되었다.2. 분야별 기술개발 현황1970년대 초부터 대학과 연구소를 중심으로 기초연구가 시작되었으며 1988년부터 본격적인 기술개발을 통해 핵심요소기술의 확보가 추진되었다. 아직 국내의 기술 수준이 선진국 대비 70%선에 그치는 것으로 평가되고 있지만 태양광 기술은 반도체 및 디스플레이 기술과 유사점이 많으므로 한국이 단시간에 기술적 경쟁력을 갖출 잠재력이 큰 것으로 보인다.(1) 소재분야㉮ 실란가스 제조기술 분야Si 석출용 무기실란가스(삼염화실란 또는 모노실란)는 2005년 8월 현재 국내생산이 되고 있지 못하지만 국내기술수준이 최근 크게 향상되었다. 무기실란가스와 유사한 제조공법을 갖는 유기염화실란 모노머가스(유기 silicone 제품 원료인 유기염화실란)는 국내기술로 국산화가 완료되었다.㉯ 폴리 실리콘 소재 제조기술 분야1984년∼1994년 기간에 한국화학연구원에서는 동부제강과 공동으로 반도체급 폴리 실리콘 제조를 위한 원천기술 개발 사업을 수행하였다. 이중 입자형태의 폴리실리콘을 연속으로 생산할 수 있는 유동층 석출공정 및 seed crystal 제조 기술을 1994년 독일 Wacker사에 기술 수출하고 실용화 기술 개발에도 공동 참여한 실적이 있다.㉰ 고순도 Si 원료소재의 활용기술 분야실트론이 1983년 폴리실리콘을 수입하여 단결정성장 및 웨이퍼 생산을 시작한 이래 폴리실리콘의 활용에 필요한 품질평가와 취급, 가공 등의 제반 요소기술들을 확보 중이다. 자체 개발된 국내의 단결정성장 및 웨이퍼 가공기술은 선진국 수준으로 평가되고 있다. 다결정 Si 잉곳(ingot) 성장 및 웨이퍼 제조 기술 부분은 1980년대 말부터 화학연구원에서 기초연구가 시작된 이래 ADS(Advanced Directional Solidification) 법이라는 국내 독자기술을 확보하여 현재 상업화 연구가 진행 중이다.(2) 태양전지㉮ 결정질 실리콘 태양전지변환효율 17% (12.5x12.5㎠) 의 후면 전극형 다결정 실리콘 태양전지 개발과 변환효율 18% (15x15㎠) 단결정 실리콘 태양전지 개발을 목표로 삼성 SDI가 과제를 수행 중이다. 결정질 Si 태양전지 저가격화를 위해 $1/Wp로 제조단가를 낮추는 것이 과제의 핵심 사항이다. 결정질 실리콘 태양전지 분야는 기업이 주도하여 개발해 왔으며 선진국 대비 80% 수준의 기술력을 보유한 것으로 평가된다. 실제적으로 양산 기술은 선진국 대비 70% 수준으로 기술적 열세에 있으며 그나마 외국 설비에 의존하고 있어 장비 의존도가 심하다. 최근 수 년간 실리콘 원소재 수급 불균형과 제조 원가 절감을 위해 선진국은 박형 실리콘 태양전지 기술에 대한 연구가 활발하게 수행하고 있으나 아직 국내에서는 이 부분에 대한 노력이 많지 않다.㉯ 박막 태양전지박막 태양전지는 유리등의 기판에 반도체를 코팅하여 제조하는 형태의 전지를 뜻한다. 박막 태양전지는 모듈 공정까지 인라인화 할 수 있는 등 태양전지 모듈의 가격을 획기적으로 낮출 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 비정질 실리콘 전지는 박막 태양전지 중 대량 상용화에 근접한 기술로서 한국과학기술원에서 효율 9.0%를 발표하였다. 현재 비정질/미세 결정질 실리콘 적층형 박막 태양전지가 연구되고 있다. 90년대 중반부터 연구가 진행된 CuInSe2(CIS 또는 CIGS) 태양전지의 경우 한국에너지기술연구원에서 최근 효율 17.6%를 달성하였다. CdTe 태양전지는 한국과학기술연구원, 고려대 등에서 13% 수준의 효율을 기록한 바 있다. 단위박막 및 태양전지 소자를 구현하는 기술은 선진국의 60∼70% 정도의 수준으로 인식되며 상용화를 위해서는 대면적화 및 모듈화 기술의 개발이 필요하다. 유기물을 사용하는 염료 감응형과 유기 분자형 태양전지를 통틀어 유기계 태양전지라고 한다. 이중 염료 감응형은 한국화학연구원과 전자통신연구원, 고려대 등에 의해 진행되어 효율 9.5%를 기록하였으며 유기 분자형은 부산대와 서울대, 한국화학연구원, 한국과학기술연구원 등에서 4% 정도의 효율을 보고하고 있다.(3) 모듈국내 일반모듈의 경우 이미 상업화 되어 연산 95MWp의 규모를 갖추고 생산되고 있다. 건자재 일체형 모듈의 경우‘건축환경을 고려한 BIPV(건물일체형)용 태양전지 모듈 및 제조기술 개발’과 ‘지붕재형 금속 일체형 태양전지 모듈의 개발’의 기술개발과제를 통해 커튼월방식 및 Glass/Glass 형태의 모듈 등 다양한 형태의 BIPV용 모듈을 개발하고 있다. ‘중대형 규모 건물의 BIPV 시스템 현장 실증연구’과제를 통해 BIPV 모듈의 현장 적용에 대한 실증 테스트를 하고 있다.(4) PCS/인버터3kW급 무변압기형 계통연계 PCS를 개발 양산화하여 주택용 태양광사업에 공급 하고 있으며 효율 등 성능 향상에 대한 연구 개발과 10kW 등 중대 용량급을 개발하기 위한 연구가 진행되고 있다. 제품 품질 향상을 위해 단독운전 검출기법과 직류유입방지기술 등 고급제어기술을 실현하고 디지털 신호 처리 기반 제어기 개발이 활발하게 진행 중이다.(5) 시스템현재 서울마린에서 MW급 PV발전시스템 실증 사이트 구축을 통한 계통연계기준 및 발전사업 모델 제시를 위한 연구과제를 수행 중에 있다. 한국에너지기술연구원에서 지역에너지/시범보급사업 태양광발전시스템에 대한 모니터링 실증연구 과제를 수행하고 있으며 조선대학교에서 태양에너지 실증연구단지 기반조성 과제를 수행하고 있다.보급현황주택보급 사업, 발전차액보존제도 및 공공건물 신재생에너지 의무 설치제도 등 다양한 정부 지원제도에 따라 2003년 563kWp에서 2004년 2,553kWp로 가파른 성장을 보이고 있다.태양광 기술의 신뢰성 확보를 위한 시범보급사업 중심에서 공공기관, 학교, 복지시설, 도서·벽지 등으로 보급 확대를 추진하고 있다.향후 추진계획2003년 수립된 ‘제2차 신·재생에너지 기술개발 기본계획’은 2012년까지 주택용, 건물용, 산업용 태양광 발전설비 1,300MWp 보급을 목표로 한 기술개발과 정책적인 지원 내용을 담고 있다. 기본 계획에서 제시된 2003년부터 2012년까지의 단계별 목표와 내용은 아래와 같다.·1단계(2003 ∼ 2006년)에서는 보급 촉진형 기술개발 목표로 주택보급형 3kWp급 시스템 개발, 건물/상업용 10kWp급 시스템 개발, 태양전지 저가화, 고신뢰성 제품 개발 및 양산체제 확립을 위한 기술개발이 추진되고 있다.·2단계(2006 ∼ 2009년)에서는 대량보급형 기술개발을 목표로 결정질 초박형 태양전지, 차세대 박막 태양전지, 태양광 발전시스템 보급형 유니트화 등을 위한 기술개발 등이 수행될 것이다.·3단계(2009 ∼ 2012년)에서는 2단계에서 개발된 기술의 상용화를 통해 차세대 수출 산업화를 추진할 예정이다. 또한 태양광 발전시스템 보급형 패키지 상품화를 시행하여 저가의 고품질 시스템이 보급되고 태양광 산업이 활성화 되도록 할 예정이다.