반도체관련 장치기술로 국내 발전가능성 높아 산업자원부 태양광사업단 김동환 사업단장 올해 2월, 온실가스 감축을 위한 교토의정서가 발효되고, 세계 각 국은 청정에너지인 신·재생에너지 분야의 연구 개발 및 상용화에 몰두하고 있다. 이러한 신·재생에너지 분야 중에서 가장 경제성을 인정받고 있으며, 국내 여러 현실에 적당하다는 평가를 받고 있는 것은 태양광 발전이다. 이에 산업자원부 태양광사업단 사업단장인 고려대 김동환 교수를 찾아 이 분야의 국내 발전 기술 현실과 앞으로의 전망을 알아봤다.태양광 발전 시스템의 발전 원리에 관해 개괄적으로 설명해 주십시오.
태양광 발전은 태양의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꿔주는 발전방식입니다. 이러한 태양광 발전의 핵심은 일반적으로 pn접합구조를 가진 태양전지로서 외부로부터 광자(photon)가 태양전지 내부로 흡수되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(e-h pair)이 생성됩니다. 이렇게 생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집됩니다. 각각의 전극에서 수집된 전하(charge)는 외부 회로에 부하가 연결된 경우 부하에 흐르는 전류로써 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 됩니다. 이러한 태양광 발전은 기본적으로 반도체 소자로 전기를 만드는 기술로 태양전지 연결 조합에 따라 다양하게 적용할 수 있는 분야입니다. 태양광 발전의 특징에 관해 말씀해 주시겠습니까? 태양광 발전은 반도체 소자의 기본적인 원리를 가지고 있기 때문에 신·재생에너지 분야 중에서도 우리나라의 산업적 환경과 적합성에서 높은 평가를 얻고 있습니다. 발전설비의 설치가 용이하고 전기를 필요로 하는 곳에서 바로 전기를 만들어 사용 가능하기 때문에 송배전 과정을 단축시킬 수 있습니다. 시스템의 크기에 따라 원하는 대로 모듈화도 가능하기 때문에 가정용 전등, TV, 에어컨 전원 등 가정용 전기 이용부터 산업용, 발전용, 통신용 분야까지 다양하게 진출할 수 있는 분야입니다. 무엇보다도 태양광 발전 분야는 기술 검증이 확실시 된 차세대 신에너지 분야로 신뢰성을 인정받고 있습니다. 관련 분야의 양산화로 설치비용이 절감된다면 무궁무진한 발전 가능성이 있습니다.
사업단이 구성되게 된 배경과 현재 추진하고 있는 일에 관해 구체적으로 말씀해 주십시오. 산업자원부에서는 '제2차 신·재생에너지 기술개발 및 이용·보급 기본계획'의 효율적 추진을 위해 태양광, 풍력, 수소·연료전지 등 3대 분야의 프로젝트 형 기술개발 사업을 추진하게 됐고, 그 총괄 주관기관 및 사업단장을 2003년 말에 선정했습니다. 이에 태양광 분야에서 고려대학교가 총괄 주관기관이 되어 사업단을 구성하게 됐고, 2004년 초에 발족한 후 같은 해 5월 합동 발대식을 통한 본격적인 활동을 개시했습니다. 태양광사업단은 태양광 발전 분야의 전략적 기술개발과 우수 인재 양성을 위한 산업기반을 강화시키고 국내 보급정책 및 보급계획의 구체화, 보급 활성화를 위한 기반을 조성하며, 2012년 1.3GW의 태양광 발전 누적 보급을 가능하게 해 세계 제3의 태양광 산업 강국이라는 목표를 갖고 앞으로 태양광발전 관련 분야를 차세대 수출 전략산업으로 육성하기 위해 연구에 매진하고 있습니다. 현재 국내 태양광 발전 기술 현황은 어떻게 진행되고 있습니까? 태양광 발전의 기본 기술에는 반도체 및 장치 산업분야가 포함되어 있습니다. 우리나라는 이미 반도체 및 장치 산업분야에서 앞서나가는 경쟁력을 가지고 있고, 특히 실험실의 연구수준은 세계의 기술력을 이끌고 있기 때문에 앞으로 발전 가능성이 아주 높은 분야입니다. 현재 실용화 양산기술 및 시스템 이용기술은 선진국 대비 약 70%의 기술 수준을 갖고 있지만, 기본 기술력을 바탕으로 비약적인 발전 가능성이 높은 분야입니다. 현재 태양광 발전분야는 부품, 소재, 장비 등 연관 산업의 기반이 취약하고 시장조성이 아직 안되어 있는 점, 전문 우수 인력이 없는 점 등의 현안을 안고 있습니다. 학교에서 이 분야의 우수한 인재가 양성되어도 아직 관련 산업이 조성되지 않아 반도체 관련 회사로 진출하고 있는 등 안타까운 일도 있습니다. 현재 우리나라도 정부의 신·재생에너지 기술개발 및 보급 로드맵에 따라 진행되고 있지만, 일반 수용가의 관련분야 의식 전환과 업체의 적극적인 투자의지도 필요한 시점입니다.
태양광 발전 산업의 해외 시장 동향은 어떻습니까? 세계 시장은 1989년 이후 연평균 30% 이상 증가하고 있으며, 2002년 태양전지 모듈 생산실적은 562MWp(시장규모 : 35억 달러)이며 2003년도에는 전년도 대비 36% 성장하여 760MWp(47억 달러) 규모가 되는 등 최근 5년 동안 30% 이상의 높은 신장 추세를 그리고 있습니다. 태양광 시장 성장의 주요 원인은 국가주도의 보조정책에 기인하고 있습니다. 선진국은 태양광 발전시스템의 설치 보조금 지원, 발전전력에 차액보전제, RPS 제도 도입 등 보급책을 적극적으로 시행하고 있습니다. 현재 관련분야에서 가장 주도적으로 앞서 나가는 일본, 유럽, 미국이 전 세계 태양광 모듈 출하량의 90%를 차지하며 선도하고 있습니다. 그 중 일본은 보조금제도를 채택해 처음 설치비용의 70%을 지원했으나, 올해는 5% 지원, 내후년 정도에는 보조금 제도를 폐지할 정도로 양산화를 통해 생산단가의 비용절감을 이뤄냈고, 인식변환을 통해 보조금이 낮아지거나 폐지하더라도 매년 4~5만 가구가 새롭게 설치를 하고 있습니다. 독일 또한 1999년부터 2003년말까지 10만호 태양광 주택보급사업(300MW)를 추진했고 2003년 말 약 65,700 시스템을 설치했으며 총 보급량은 347.5MW로 성공적으로 수행됐습니다. 우리나라 현실에 맞게 태양광 시장을 활성화하기 위해 바람직한 방향은 무엇입니까? 정부의 발전 로드맵에 따라 국내 기술개발이 진행되고 있는데, 이와 함께 국내 보급 활성화에 따른 시스템 설치 가격의 절감이 중요합니다. 또한 1980년대 태양열 설비 보급 실패를 경험삼아 진행해야 할 것입니다. 당시 실패한 원인으로 인증제도가 없었기 때문에 검증되지 않은 제품이 시중에 판매됐고, 사후 AS도 적절히 이뤄지지 않았습니다. 이에 이번 진행하는 사업에서는 정부가 적극적으로 부품 표준화 및 인증제도 면에서도 국제 인증 수준으로 진행하기 위해 노력 중입니다. AS 부문에서도 수용가에서 쉽게 받을 수 있도록 클러스터 형태로 보급하는 형태도 검토 중입니다. 접근성이 용이하고, AS 네트워크가 갖춰지도록 업체마다 지역을 나눠 구축하는 방법도 가능합니다. 국내에서 설치 시 중요한 점은 공동주택에 적극 활용해 가야 하는 것입니다. 태양광은 지붕 면적 확보가 중요합니다. 일본의 경우 단독주택이 많아 지붕면적 확보가 용이하지만, 국내는 단독주택보다 아파트 등 공동주택이 많습니다. 공동주택 설치는 기술력도 중요하지만 제도면의 정비가 선행되어야 할 것입니다. 현재 미국과 일본은 2030년까지, 유럽은 2020년까지 중장기 계획을 세우고 진행하고 있습니다. 특히 일본은 2030년 태양광 전기로 전체 사용량의 10%를 충당할 것이라는 야심찬 계획을 세워놓고 있는데, 이는 주택 전기 수요의 50%를 차지하는 양입니다. 우리나라도 경쟁력을 확보하기 위해 보다 적극적인 의지로 노력해야 할 것입니다. 업체 기술 경쟁력 향상을 도모하기 위한 구체적인 방법은 무엇일까요? 국내 업체의 경쟁력 확보에는 무엇보다 업체 스스로 적극적인 기술 개발 의지를 갖고 진행해야 하는 것입니다. 향후 시장을 선점하기 위해 업체에서 노력하고, 정부도 이러한 업체의 적극적인 개발 의지를 도울 수 있는 제도적 마련도 해야 할 것입니다. 국내 기술개발에 저해하지 않는 선으로 시한을 정해 보호 안을 만들고 R&D분야에서 업체가 쫓아올 수 있도록 해야 할 것입니다. 국내 관련 시장의 성장 가능성에 관해 예측하시는 규모와 전망에 대해 말씀해 주십시오. 태양전지 분야는 최근 5년간 연 평균 35%이상 성장을 기록했으며 향후 10년간 연 25%이상 성장이 예측되는 분야입니다. 2010년 전 세계 시장은 10GWp의 누적보급량으로 연산 2~5GWp로 300억 달러로 성장할 것입니다. 현재 국내도 산업자원부의 태양광 보급 및 산업 육성의지가 높습니다. 국내 태양광 업체가 영세하긴 하지만 현재 대기업의 신규 참여 의지가 높고 국내의 소재 및 반도체, 중전기업체 등이 기존 사업 분야의 경쟁력을 활용해 협력적으로 참여하면 2010년 세계 3대 태양광 선도 국가로의 진입이 가능합니다. 하지만 일정규모 제도가 정비되지 않은 상태에서 시장 확대는 1980년대 태양열 예와 마찬가지로 실패를 낳을 수 있습니다. 먼저 정부의 재정 지원 및 국민 홍보와 함께 공감을 얻어가는 제도가 필요합니다. 기술적으로 2012년 1300MV급을 설치 목표를 달성할 수 있도록 2007년에서 2008년까지는 적어도 20~50MW급이 설치돼야 합니다. 이러한 목표에는 민간에서는 자발적인 투자로 내수기반 역할을 해 국내시장 확대에 힘써야 하며, 정부 부처에서도 공공주택에 활용될 수 있도록 기술적, 제도적 정비가 선행돼야 합니다.
마지막으로 하실 말씀은? 태양광 분야를 앞서 나가는 일본과 독일은 정부가 나서 적극적인 시장 조성과 기술개발을 지원하고 있습니다. 특히 일본은 설치자의 이미지를 전환해 보다 발전적인 방향으로 앞서 나가고 있습니다. 단독주택 위주의 일본은 설치 초기 시부터 태양광 분야를 적극 지원했으며, 태양광을 설치한 주택 사람들이 환경에 대한 관심이 높을 뿐만 아니라 경제적인 부의 척도에서 상위에 속하는 그룹이라는 인식이 갖춰져 있습니다. 때문에 점차 지원금이 줄더라도 사회적 지위를 확보키 위해 가격이 조금이라도 비싸도 태양광 주택을 건설하는 경우가 많았습니다. 또한 태양광 설치 초기, 지붕의 조건 등을 감안해 설치했던 시점에서 한 단계 더 발전해 새로운 주택을 건설할 때 건축가와 태양광 설치회사가 함께 장치를 미학적으로 더욱 아름답게 설치해 외관상 예술화한 주택으로 발전하고 있습니다. 우리도 이러한 선례를 참고해, 세계 3위의 태양광 발전 시장을 만들 수 있도록 노력해 가야 하겠습니다. 글_이수연 팀장 / 사진_이미녀 기자
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