활용하여 세계 태양전지 산업을 주도할 수 있는 잠재력을 보유
[태양광분야 신재생에너지기술개발 기본계획]
향후 기술개발 추진계획
-실리콘계 태양전지분야는 저가, 고효율화를 위한 기술개발 추진
-화합물계 등 차세대 태양전지는 대면적화, 실용화를 위한 요소기술개발 및 시스템화를 위한 연구 추진
-PCS의 경량화 및 고효율화, BIPV 태양광발전시스템의 상용화 기술 개발 추진
차세대 신성장동력원 `태양광`
지구 온난화 때문에 올해부터 장마 종료시기에 대한 예보가 사라진다고 한다. 장마 종료시점의 예측이 너무 어려워 장기 예보 정확도가 너무 낮기 때문이란 게 이유다. 과거의 통계 및 과학적인 분석이 변화된 비선형적 기상 현상을 충분히 설명하지 못하는 것이다. 지구 온난화에 대한 국제사회의 대책으로 1997년 12월 제정된 교토의정서에서는 국가별 이산화탄소 배출량을 규제하고 있으며 우리나라의 경우 2013년부터 이산화탄소 규제 대상국에 포함될 예정이다.
화석 연료 사용절감을 위해 세계 각국은 태양광발전 등 신재생에너지에 대한 관심이 매우 많고 고유가 시대와 맞물려 더욱 주목을 받고 있다. 에너지 소비 세계 10위권인 우리나라는 국토가 좁아 신재생에너지로 모든 에너지를 대체할 수는 없겠지만 최소한의 에너지 주권을 확보하기 위해서는 에너지 자급률을 지금보다 높여야 한다. 에너지 자급률을 확보하여야 에너지 문제에서 `광우병'과 같은 문제에 보다 능동적인 주도권을 확보할 수 있을 것이다.
신재생에너지 중에서 태양광발전 시장은 2007년 이후 연평균 40%로 급성장하고 있으며 이중 1세대에 속하는 결정형 실리콘 태양전지가 90%이상의 시장을 점유하고 있다. 그러나 2010년 이후에는 박막형의 2세대 태양전지가 급성장해 2040년에는 전체 태양광발전 시장의 약 60%를 차지할 것으로 전망된다.
국내의 태양광발전 산업은 급속한 성장추세에 있다. 그러나 대부분은 1세대 결정형 실리콘 소재분야에 집중되고 있으며 이와 더불어 기술장벽이 상대적으로 낮은 모듈분야에 집중돼 있다. 현재 태양전지 분야의 관심은 대면적, 저가, 및 고효율을 달성할 수 있는 2~3세대 박막형으로 집중되고 있다. 2세대 박막형 태양전지는 1세대 결정형 실리콘 태양전지에 비해 에너지 회수 기간이 반으로 짧고 소재 비용을 약 100분의 1로 줄일 수 있고 대면적화가 가능하기 때문에 비용을 혁신적으로 낮출 수 있다. 독일은 차세대 박막형 태양전지 분야에 전 연구예산의 50%(BMU 2006년), 미국은 72%(DOE 2007년)를 투자하고 있다.
CIGS 박막 태양전지 뜬다
실리콘 사용 않고 생산공정도 간단 '장점', 2010년 전체시장 8% 점유 빠른속도 확산
국내외 태양광 산업계에서 CIGS(구리？인듐？갈륨？셀레늄) 박막 태양전지에 대한 관심이 고조되고 있다. CIGS 박막 태양전지는 유리기판은 물론 스테인리스, 알루미늄 등 유연한 기판에 구리,인듐,갈륨,셀레늄 화합물을 증착하는 방식으로 기존 실리콘 계열 태양전지와 달리 실리콘을 전혀 사용하지 않으면서도 태양광을 전기로 변환해주는 효율이 높은 것이 특징이다.
세계 태양전지 시장의 90% 이상을 차지하고 있는 기존 결정질 실리콘 태양전지는 주 재료인 폴리실리콘 공급부족으로 가격이 천정부지로 뛰어오른 상황이다. 이에 따라 폴리실리콘을 사용하지 않는 박막 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있고, 특히 박막 중에서도 CIGS에 대한 이목이 집중되고 있다. CIGS 박막 태양전지는 현재 양산되고 있는 제품의 광전기 변환효율이 12%로 아직 15% 이상의 결정질 실리콘 태양전지보다는 못하지만, 생산공정이 훨씬 간단해 제조단가를 30% 이상 낮출 수 있다는 강점을 지니고 있다. 또 CIGS는 보통 6% 효율의 아몰포스실리콘 박막 태양전지, 8%대의 적층형 박막 태양전지, 10%대의 카드뮴 텔룰라이드(CdTe) 박막전지 등에 비해 효율이 높다.
업계에 따르면 CIGS 박막 태양전지가 세계 전체 태양전지 시장에서 차지하는 비중은 0.5% 이하로 매우 미미한 수준이지만, 오는 2010년 전체 시장의 8%를 넘어서는 등 빠른 속도로 증가할 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 세계 태양전지 업체들은 잇따라 CIGS 박막 태양전지 진영에 속속 합류하는 동시에 기존 CIGS 태양전지 업체들은 생산규모를 배가시켜 가는 추세다.
플렉서블 CIGS 박막 태양전지를 양산하고 있는 미국 글로벌솔라에너지(GSE)는 생산능력을 현 5메가와트(MW)에서 연내 80MW로 늘릴 계획이다. 회사는 지난 3월 미국에서 40MW 생산공장 준공식을 가졌고, 내달 독일 베를린에도 35MW 생산공장을 준공할 계획이다. 지난해 15MW 생산공장을 가동한 독일 뷔르트솔라도 연내 15MW 라인증설을 계획하고 있으며, 일본 세키유도 현 20MW 생산규모를 연내 80MW 규모로 늘릴 계획이다. 또 27MW 생산규모를 갖춘 혼다도 증설을 계획하고 있는 것으로 알려졌다.
년전만 해도 극소수에 불과했던 CIGS 박막 태양전지 생산업체는 현재 세계적으로 10여개사가 넘고, 올해말 기점으로 20여개사로 부쩍 늘어날 것으로 예상된다. 이같은 CIGS 바람은 국내 태양전지 시장에도 불고 있다. 삼성전자가 올해 들어 본격적으로 CIGS 박막 태양전지 기술 개발과 양산성 검토에 들어갔고, LG전자와 LG마이크론도 연구개발을 진행하고 있다. 미국 텔리오쏠라는 국내 지사를 설립하고 평택에 연간 30MW CIGS 전지를 양산할 수 있는 공장을 건설할 계획이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 최근 `차세대 박막 태양광발전 연구본부'를 신설, CIGS 박막 태양전지 연구개발에 본격 돌입했다. ETRI는 오는 2015년 킬로와트(kW)당 발전단가가 70원으로 현재 수력발전과 비슷한 수준으로 발전할 수 있는 대면적 CIGS 박막 태양전지를 개발한다는 목표를 제시했다. ETRI 차세대 박막 태양광발전 연구본부 관계자는 "CIGS 박막 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지에 비해 매우 저렴하면서도 조만간 15%대 이상의 효율을 내는 기술발전이 가능할 것"이라며 "다만 생산문제와 관련 특화 장비 및 공정연구와 함께 대면적화 기술 등에 더 노력해야 한다"고 말했다.