태양광발전기술의 동향

지금까지 일본의 태양광발전 연구개발과 태양광발전 로드맵 일본에서 태양광발전의 기술연구개발은 <그림 1>과 같이 1974년에 시작하여 30년이 지났다. 그 결과, 당초의 목적이었던 초기 마켓이 형성되면서 일본은 세계 최대 규모의 태양전지 생산·이용국이 되었다. 이렇게 태양광발전기술의 발전과 도입·보급을 지탱해 온 것이 썬샤인계획(1974년~2000년)과 NEDO(2001년 이후)의 태양광발전의 연구 개발이었다. 2001년~2005년도에 걸쳐 이루어진 5년간의 씨즈서치(혁신적 차세대 태양광발전 시스템기술 연구발전)부터 상용생산을 바로 앞둔 기술개발을 지원하는 스킴(보급 가속형 연구개발, 실용화 가속형 연구개발)까지 다양한 연구개발 프로그램을 준비하여, 태양광발전기술 전반에 걸쳐 연구개발을 실행해 왔다.

현재까지의 일본 태양광발전 기술개발은 위에 언급한 NEDO의 최근 5년간의 케이스를 포함하여, 씨즈 선행·가능성 추구형의 단기개발계획을 4, 5년마다 갱신하며 발전되어 왔다. 다시 말하면, 앞으로 태양광발전이 어떻게 도입·개발되어 진행될 지에 대한 논의를 미리 상정·검토하고, 그것을 위한 중·장기(中長期) 연구개발에 대해선 논한 적이 없었다고 할 수 있다. NEDO에서는 태양광발전을 둘러싼 상황의 변화(도입량의 증가, 산업규모의 확대)에 따라 앞으로의 연구개발 방향을, 종래의 ‘씨즈 선행형 기술개발’에서 ‘시장대응형 기술개발(본격적인 시장형성을 목표로 한, 산학관의 역할분담에 의한 기술개발)’로 전환하여 에너지 공급기술로써의 이용확대를 목표로 한 태양광발전의 모습을 상정하였다. 그리고 2004년 6월에 이것을 실현하기 위해 필요한 기술개발전략 ‘태양광 발전 로드맵(PV2030)’을 2030년까지의 장기간에 걸친 목표로 책정하였다. PV 2030에서는 2030년까지의 기간은 태양광발전의 본격적인 시장형성기로 태양광발전이 그 이용확대에 의해 에너지자원이나 지구환경문제를 해결할 수 있는 주요 에너지원의 하나로 인지(認知)되고 신뢰를 획득할 수 있는 기간으로 자리매김할 것이라 보고 있다. 그에 따라 몇 개의 기술적 브레이크 스루를 실현시켜 ‘태양광발전의 제약이 없는 이용확대’를 시행하여, 2030년까지의 누적 도입량은 100GW정도, 발전량으로는 가정용 전력의 1/2정도(전체 전력의 10%정도)가 태양광발전으로 공급할 수 있을 것이라 예상했다. <그림 2>, <그림 3>은 로드맵의 개요를 나타낸 것으로 구체적인 목표는 다음과 같다.

1. 경제성의 개선 태양광발전의 발전코스트로써 2030년까지는 현재의 범용전력의 전력코스트 레벨(7엔/kWh)을 달성하므로 경제성의 면에서 다른 에너지와의 경쟁이 가능할 것으로 본다. 목표달성의 마일스톤은 2010년에는 현재의 가정용 전력요금정도(23엔/kWh 정도), 2020년에는 현재의 업무용 전력요금정도(14엔/kWh 정도)이다. 2. 태양광발전의 적용성 확대 태양광발전의 이용형태를 ‘종래에서부터의 계통연계’에서 ‘전력계통에 과도부하가 걸리지 않는 새로운 시스템형태’로 전환시킴과 동시에, 용도·이용형태에 의한 시스템을 개발하여 광범위한 장소·상황에서의 이용을 실현한다. 여기서 소개한 태양광발전 관련 연구개발 프로젝트는 연구개발기간이 헤이세이 18년(2006년)에서 시작된 4년간(2006년도~2009년도)의 프로젝트로 종래와 같지만, 처음에 장기적인 로드맵에 기초하여 책정된 점에서 이때까지의 연구개발계획과는 다르다.

신규 프로젝트의 개요 <그림 4>는 2006년도부터 시작된 신규 프로젝트와 종래의 NEDO 프로젝트와의 관련을 나타낸 것이다. 신규 프로젝트는 ‘태양광발전 시스템 미래기술 연구개발’과 ‘태양광발전 시스템 공통기반기술 연구개발’ 이 두 가지이다. 태양광발전관계에서는 이것 외에 2005년도부터 3년간의 계획으로 시작된 ‘태양광발전 실용화 가속기술개발’이 계속 실시되고 있다. 1. 태양광발전 시스템 미래기술 연구개발 이 프로젝트는 지구환경의 보전이나 에너지 안정공급의 관점에서 태양광발전이 장차 에너지의 일익을 담당할 정도로 발전할 수 있을 거라고 생각하기 때문에, 신컨셉 태양광발전과 같은 기술혁신을 겨냥한 장기적인 안목으로 기술연구개발을 실행한다. 이에 따라 태양광발전은 경제성, 성능, 기능, 적용성, 편리성 등의 기본적인 성능부터 개선시켜 나가면서 제약이 없는 보급·확대를 촉진한다. 사업 리스크가 높고 실시되는 기간도 오래 걸리며, 기업이 자주적으로 실시할 수 없다고 판단되는 테마를 채택한다(위의 ‘시장대응형 기술개발’의 사고방식). 중기(中期)과제는 이때까지 신기술을 탐색연구(혁신적 차세대 태양광발전 시스템 기술연구개발)하면서 얻은 성과를 취사선택·발전시키는 것이며, 장기(長期)과제는 새로운 컨셉의 태양광전지와 같이 다른 기술혁신의 기술씨즈를 탐색해 나가는 것이다. 주요 연구개발 테마후보와 그 내용은 다음과 같다. ·CIS계 박막태양전지 고효율(변화효과 18%) 서브 모듈의 실현, 경량기 판상 형성기술의 개발 ·박막 실리콘 태양전지 고생산성 모듈 제조요소기술의 개발, 고효율(변환효율 15%) 실현 ·색소 증감 태양전지 변환효율 8%의 긴 수명 모듈의 개발, 셀레벨의 고효율(변환효율 15%) 실현 ·차세대 초박형 실리콘 태양전지 두께 100mm의 실리콘기판의 슬라이스기술, 초박형 셀모듈 제조기술개발 ·유기박막 태양전지 변환효율 7%의 셀 실현, 내구성 향상 ·차세대 기술의 탐색 예) 초고효율·신개념 태양전지, 초저가격 형성 기술, 신규봉지기술 등 2006년도의 예산액은 약 20억 엔이었다. 미국에서는 일본을 의식한 기술개발전략이 책정되었고 아시아국가의 대두 또한 두드러져, 일본의 국제적인 산업경쟁력을 유지하기 위한 기술개발전략이 불가결해지고 있다. 이런 상황에 비추어 볼 때, 본 프로젝트는 일본이 전 세계 태양광발전기술의 선두주자로써의 위치를 견지하는 데 기여하리라 생각한다. 또한 본 기술연구개발은 원칙적으로 2020년, 2030년을 바라보며 중·장기(中長期)적인 목표달성을 노리고 있으므로, 4년간의 연구개발 기간 중이나 혹은 종료가 된 후에 실용화·사업화가능한 성과를 얻을 수 있을 경우에는 순차적으로 실용화·사업화를 시행할 예정이다. 2. 태양광발전 시스템 공통기반기술 연구개발 태양광발전의 보급 확대를 위해선 태양전지 모듈 시스템의 연구개발과 합쳐진 기술기반정비가 불가결하다. 본 프로젝트는 태양전지 셀모듈의 규격화, 표준화, 리사이클 등의 기본기술을 베이스로 하여 태양광발전의 점적(点的)인 개발에서부터 면적(面的)인 개발(도입량 확대)을 도모하려고 한다. 그러기 위해 이 프로그램은 신형 태양전지/시스템의 성능·발전량의 평가·예측기술, 시스템 제어기술 등을 개발·조사하고, 국제 에너지 기관(IEA)이 주최하는 국제공동연구개발 프로그램(PVPS) 등을 통한 국제협력과 해외정보 수집을 실행한다. 따라서 태양광발전의 원활한 보급·확대를 지원하기 위해서 이 프로젝트는 중요하다. 2006년도의 예산액은 4억 엔이었다. 프로젝트에 사용되는 예정의 테마는 다음과 같다. 1) 신태양전지 성능평가기술의 개발 ① 태양전지평가기술 ·고성능/신형 태양전지의 성능평가기술의 개발 ·교정기술의 고정도화 ·대면적 모듈에의 반응 ② 발전량 평가기술 ·발전량 정격평가에 있어서 기상 데이터 축적과 실내평가기술의 개발, 일사량 예측기술 개발 ③ 신뢰성 평가기술 ·폭로(暴露) 데이터의 수집분석과 수명평가 실험방법의 개발 2) PV환경기술의 개발 ·다양한 설비환경에 필요한 환경조건이나 가이드라인의 정비 ·3R(recycle, reuse, reduce)관련기술과 폐기도 포함한 LCA 평가, 평가 트루의 개발 3)태양광발전기술개발 동향조사 및 국제협력의 추진 ·국제에너지기관(IEA)이 주최하는 국제공동연구개발 프로그램(PVPS)을 통한 국제협력과 해 외정보수집 ·기술개발과 국가프로젝트의 동향에 관한 조사·분석 등에 의해 세계동향을 파악하고 발전 의 방향성에 대해 검토 결말 이상으로 2006년도부터 시작된 NEDO의 태양광발전에 관련된 연구개발 프로젝트를 소개하였다. 태양전지의 생산량과 태양광발전의 도입량이 급속하게 확대되었지만, 또 한편으로 는 국제간에 경쟁이 치열해진 것이 일본의 태양광발전 연구개발의 장래에 있어서 중요한 고비라고 생각된다. 새롭게 시작된 ‘태양광발전 시스템 미래기술연구개발’과 ‘태양광발전 시스템 공통기반기술 연구개발’, 이 두 가지 프로젝트가 일본 태양광발전의 발전에 크게 기여하기를 바라며, 관계각위에서 이 신규 프로젝트에 더욱 큰 이해와 협력을 하길 바란다.