태양광발전의 환경 효과와 도입 잠재량

현재 전 세계적으로 요구되고 있는 것은 저탄소 사회로의 이행이다. 이것은 지구온난화 억제 및 유한한 화석자원 의존으로부터의 탈피라는 두 가지 의미가 있다. 특히 후자는 에너지 안전보장이라는 관점에서 국가의 존망을 좌우하는 중대한 문제다.
이러한 화석연료를 대체하기 위한 것으로 재생 가능한 에너지, 즉 자연에너지에 대한 기대가 높아지고 있다. 특히 태양광발전은 그 잠재력과 일본의 강점이라는 측면에서 경제정책으로서도 기대가 높다.
유럽에서는 2020년까지 1차 에너지에서 재생 가능한 에너지 비율을 20% 끌어올린다는 방침을 세웠다. 일본도 2020년까지 이산화탄소 배출을 1990년 대비 25% 감축을 국제공약으로 발표, 재생 가능한 에너지 진흥책에도 가속이 붙고 있다.
태양광발전은 이산화탄소를 전혀 배출하지 않지만, 태양전지나 그 주변 부재를 제조, 설치할 때 에너지를 소비하고 이산화탄소를 배출하게 된다. 현재로는 제조에 필요한 에너지를 발전량에 환산해다결정 실리콘으로 약 2년, 박막 태양전지로 약 1년을 예상하고 있다. 바꿔 말하면 제조 시의 이산화탄소 배출은 비율로 따졌을 때 상당히 낮은 수치다.
현재의 장기 에너지 수급 전망에서는 가장 진전된 경우로 2020년의 태양광발전 도입량을 28GW로 예상하고 있으나 이로 인한 이산화탄소 배출 억제효과를 계산하면 발전량은 연간 280억㎾h가 된다.
1㎾h의 전력량을 얻는 데 배출되는 이산화탄소량은 석유 및 석탄 화력발전의 배출량으로 보면 0.7㎏ 정도가 되기 때문에 이산화탄소 억제 효과는 2,000만 t에 해당된다. 이것은 25% 배출 감축의 10%에 조금 못 미치는 정도에 해당하기 때문에 결코 적은 값이 아니다. 유럽의 기업단체는 세계 총 도입량을 2030년에 최대 1,800GW로 예상했다.
일본 국내에 어느 정도의 양이 물리적으로 도입가능한지 조사했더니 현실적으로 주택용만으로는 50~100GW가 한계인 것으로 보인다. 100GW라고 하면 일본 전체 전력의 10%를 충당하게 된다.
그러나 장기적으로 이산화탄소 배출 억제의 관점에서 봤을 때 100GW를 넘는 태양전지는 꼭 필요하기때문에 주택용 이외의 도입을 고려할 필요가 있다.
일본에는 아직 사용하지 않고 남아 있는 땅이 있으며, 이러한 곳을 태양광발전소로 활용하면 일본의 전체 전력을 조달하는 것도 불가능한 일은 아니다.
그러나 그렇게 되면 문제는 발전비용이다. 화석연료 수준을 실현하지 못한다면 그것은 모두 탁상공론에 그치고 말 것이다.

태양광발전의 비용 저감 가능성

현재의 태양광발전 시스템 가격은 가정용 표준인 3㎾ 시스템이 180만 엔 정도다. 이에 따른 발전비용은 수명을 20년으로 보고 금리를 4%, 유지비를 0엔으로 가정하면 약 46엔/㎾h로, 가정용 전력요금의 2배가 된다. 금리를 고려하지 않는다면 30엔/㎾h가 되며, 이는 피크 전력요금과 거의 같다. 다시 말해 20년간 고장이 나지 않으면 간신히 본전을 찾을 수 있는 데까지 올 수 있다는 뜻이 된다. 일본의 NEDO(신에너지산업기술개발기구)가 발표한 기술로드맵에서는 이 발전비용을 2020년경까지 15엔/㎾h, 2030년까지 7엔/㎾h 달성을 목표로 하고 있다. 여기에 대응하는 모듈(태양전지 본체)의 제조원가는 1W당 각각 75엔과 50엔이다. 그렇다면 지금까지 低비용화를 추구한 기술 혁신의 포인트와 앞으로 추구해야 할 것은 무엇인가?
현재 태양전지의 주류는 웨이퍼 베이스의 결정 실리콘이다. 결정 실리콘은 단결정과 다결정으로 분류된다. 단결정은 실용 사이즈에서의 변환 효율 최고치가 23% 정도이며, 다결정은 19% 정도다. 과거 20년간의 비용 추이를 보면, <그림 1>에서 보듯 생산량에 대해 이른바 20% 습숙곡선(Learning Curve, 총 생산량이 2배 증가하면 가격이 20% 내려간다)에 따라 비용이 떨어진다는 것을 확인할 수 있다.

<Energy News>