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| 태양광발전 섬유 [이미지=솔라투데이] |
[솔라투데이 최홍식 기자] 태양광발전 산업은 친환경 대체에너지 사업으로서 미래 전력 에너지의 주요 공급원으로 자리매김했다. 가장 활성화 된 영역은 역시 태양광발전소이며, 차츰 태양광 자동차나 비행기, 각종 생활용품 등으로 그 영역이 확산되고 있는 추세다. 기술도 다양해져서 플렉시블이나 BIPV 같은 제품에 대해서도 많은 연구개발이 이뤄지고 있다.
후쿠시마 원전 사고가 발생한지 6년이 지난 지금 전 세계는 탈 원전 시대라 해도 과언이 아니다. 특히 직접 사고를 겪었던 일본은 6년 동안 태양광발전을 비롯한 친환경에너지 확산에 박차를 가해왔다. 태양광발전이 우리 생활과 가까워지면서 다양한 산업으로의 확산도 이뤄지고 있다.
태양전지를 발전원으로 사용하는 것을 넘어 이제는 생활밀착형 전력 공급원으로 개발이 활발하게 이뤄지고 있다. 태양광 전등이나 충전기 등의 생활용품은 다양한 모양으로 생산되고 있으며 최근에는 태양광발전 실로 만든 천도 개발됐다.
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| 태양광발전실의 구조 [자료 = 코트라 글로벌윈도/닛케이비즈니스] |
태양광발전 실로 천 개발
최근 일본 후쿠이현 공업기술센터에서는 태양전지에 사용되는 실리콘을 기존과 달리 평면이 아닌 구상으로 가공함으로써 1.2mm의 구상 태양전지를 개발했다. 위아래에 플러스 극과 마이너스 극의 구상 태양전지를 2개의 도전선에 끼워 태양광발전 실을 제작했고, 이는 금속섬유와 동등한 도전성을 지니는 특징을 갖고 있다. 천으로 가공할 수 있는 굴곡성과 신장성도 확보 된 상태라 미래를 이끌어갈 섬유로 주목하고 있다.
태양광발전실과 범용 섬유를 섞어 만든 천은 자유자재로 굽힐 수 있는 것이 특징이며, 다양한 방향에서 빛을 받아 발전 가능한 것이 장점이다.
태양광발전 실 용도 더욱 확대될 전망, 스마트 의류 개발에 활용 가능
이번에 개발된 태양광발전실은 실 형태로 가공됨으로써 사용할 수 있는 영역이 더욱 확대될 전망이다. 또한, 스마트 의류 개발 및 IoT 환경 조성에 필요한 센서 전원으로서도 활용이 가능할 것으로 보인다.
태양광발전실을 사용하면 재해 발생 시 침낭이나 이불에 포함된 발전실을 통해 전기가 생산되고 이를 통해 휴대전화 충전 등도 가능할 것으로 예상된다. 발전량은 발전실이 짜여진 밀도에 의해 결정되며, 일반적인 태양광 패널의 1/4 정도 효율을 나타낸다. 태양광발전실에 대한 연구 개발이 이제 시작되는 단계인 만큼 연구 개발이 지속된다면 더 높은 효율도 구현가능 할 것으로 예상된다.
후쿠이현 공업센터는 태양광발전실을 이용해 여러 패션 업계 등과 함께 활발하게 공동 개발을 진행하고 있다. 대표적으로 운동화 브랜드 아식스와 함께 태양광발전실을 이용해 신발 앞부분이 빛나는 운동화를 개발하고 있다.
태양전지 시장, 실리콘계가 90% 차지하며 향후 유기계로 확대될 전망
일본 후지경제연구소는 2014년 약3조8,000억엔이었던 세계 태양전지 모듈 시장의 규모가 2030년이 되면 약 6조1,000억엔으로 확대될 것으로 전망했다. 또한, 현재 시장에서 90% 이상을 차지하고 있는 실리콘계 태양전지가 향후 유기계 태양전지로 바뀔 것이며 그 점유율이 점차 높아질 것으로 예상하고 있다.
태양전지는 소재에 따라 분류되는데 전 세계 시장에는 결정 타입의 실리콘계 태양전지가 가장 많이 보급된 상태다.
하지만 실리콘계 태양전지는 무겁고 부피가 크다는 한계를 갖고 있다. 실리콘 태양전지는 그 자체로도 무겁지만 내구성을 위해 강화유리를 사용함으로써 그 무게가 더 늘어난다. 강화 유리 1㎡당 무게가 10~20kg에 달하며, 쉽게 굽힐 수 없다는 단점도 있어 설치 단계에서 장소의 제약을 많이 받고 있는 상황이다. 이에 태양광 업계에서는 크기와 무게 등의 한계를 극복할 수 있는 새로운 태양전지 개발 경쟁이 활발하게 이뤄지고 있으며, 그 중 유기계 태양전지가 최근 주목 받고 있다.
유기 박막계 태양전지의 경우 반도체의 성질을 지닌 유기재료를 복수 층으로 도포해 제조하게 되는데, 재료에 따라 가볍고 굽힐 수 있는 장점을 갖고 있으며 실리콘 태양전지보다 낮은 단가로 제조가 가능할 전망이다.
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| 태양광발전실로 만든 옷 [자료 = 코트라 글로벌윈도/닛케이비즈니스] |
실리콘을 넘어 접고 붙일 수 있는 태양전지 개발도 속속 진행
한편, 일본 ‘스미노에 직물’ 기업은 도쿄공업대학 등과 함께 공동 연구 과정을 통해 지난 2016년 3월 실리콘을 사용하지 않은 태양광발전 섬유를 개발했다. 이들이 개발한 섬유는 유기 박막계 태양전지의 일종으로 마이너스 극이 될 금속제 심재 주위에 표면 정기 상태를 정돈해주는 소재를 바른 후 발전부분과 플러스 극이 될 투명전극층을 차례로 발라 완성하는 구조로 개발했다.
빛이 발전부분에 닿으면 심재와 전극층에 전기가 흐르게 된다. 이 태양광발전실의 굵기는 0.25mm로 머리카락 2개와 같은 굵기다.
스미노에 직물 기업은 이 태양광발전 섬유를 자사 커튼 등에 활용하는 방법을 검토하고 있으며, 신소재 개발을 지속적으로 진행해 2019년 양산화를 목표로 하고 있다.
이외에도 ‘미쓰비시 케미컬 홀딩스’ 산하 ‘미쓰비시 화학’은 2015년 투명한 필름에 유기재료를 바른 ‘시스로 발전 필름’을 개발해 창문에 붙이는 새로운 태양전지를 발표했다. 이들은 독자 개발한 유기 재료를 얇고 균일하게 바를 때 광디스크 제조기술을 응용했는데 이를 통해 2016년에 변환효율을 6%까지 상승시키기도 했다. 미쓰비시화학에서 개발한 태양전지는 실리콘 결정을 사용한 태양전지 무게의 1/50 정도인 0.4kg 정도밖에 되지 않으며, 굽힐 수 있어 오피스 빌딩이나 자동차 창문에도 사용이 가능하다는 장점을 갖고 있다.
태양광 섬유전지 개발은 이미 시작된 상태
현재 일본에서는 기존 상식을 뒤집어 가볍고 유연성이 좋은 태양광 섬유전지가 잇따라 개발되고 있는 상황이다. 앞서 언급됐던 일본 후쿠이현 공업기술센터를 선두로 미쓰비시 화학, 스미노에 직물 등 일본내 기업들이 태양광 섬유전지 개발을 활발하게 진행하고 있다.
태양광으로 발전하는 유연하고 가벼운 옷감이 개발된다면, 패션 기업의 신규 참여가 대폭 늘어날 것으로 예상되며 이들은 도시에서 야외 활동이 많은 소비자를 주요 고객으로 큰 수익을 올리게 될 것이다. 또한, 태양광발전 섬유는 심박수 등을 측정할 수 있는 ‘스마트 의류’를 개발하는데 있어 IoT와 연계한 센서 전원으로서의 큰 활약을 하게 될 것으로 전망되고 있다.
옷 제작을 위한 태양전지 개발은 아직 시작 단계로 가능성이 무궁무진한 분야다. 때문에 일본 기업의 신규 참여는 더욱 활발해질 것으로 예상되며, 이에 국내 기업도 일본 기업의 개발 동향을 참고해 지속적인 연구 개발을 진행할 필요가 있다.
코트라 일본 도쿄 무역관은 “접히는 태양광 섬유 전지로 인해 옷이나 커튼 등 생활 속 물건들에 대한 제작이 가능해지므로 1인 발전소 시대가 다가올 것이다”며, “일본뿐 아니라 중국 기남대학 등에서도 태양광발전 섬유 개발이 활발하게 이뤄지고 있어 시장 또한 급속도로 확대될 것 같다”고 예상했다.
자료 : 코트라 해외시장뉴스
