[커버스토리]2015년 태양광 기술 트렌드 - 건국대학교 안형근 교수

저가화 ? 운영기술 ? 박막 태양전지

“2015년 태양광 기술은 더욱 다변화된다”

안 교수는 향후 태양광 기술 트렌드로 ‘박형 기술을 통한 저가 태양전지 개발’, ‘수급 불안정을 해소하는 태양광발전소 운영기술’, ‘사막 등 고온지역에서 가능성 높은 박막 태양전지 기술’, 그리고 ‘전자제품화되는 B2C 태양광 아이템 개발’ 등을 꼽았다.

태양광 기술 트렌드 1

고효율보다는 ‘코스트다운’

태양광 모듈의 발전효율이 기술적으로 한계치에 도달하고 있는 만큼 앞으로는 고효율 셀&모듈 기술개발보다는 코스트를 절감할 수 있는 기술개발이 더욱 주를 이룰 전망이다.

안형근 교수는 “모듈의 발전효율이 일 년에 1%씩 향상돼 왔던 이전과 달리, 지금은 기술적으로 효율 향상의 한계치에 다다랐다”면서, “이제는 기업들도 고효율보다는 저가화 전략에 주력하며 이를 위한 유일한 방법인 소재의 저가화를 실현하고자 박형 결정질 모듈의 양산화 방법을 찾고 있다”고 밝혔다.

대표적으로 에너지기술연구원에서는 단결정 태양전지의 소재 비용을 줄이기 위해 웨이퍼 두께를 기존 180㎛에서 100㎛로까지 얇게 자를 수 있는 공정기술과 이 얇은 웨이퍼를 활용한 셀 및 모듈 제조기술까지 함께 턴키로 연구개발하고 있으며, SKC솔믹스도 120~140㎛ 두께의 박형 태양전지를 상용화하기 위한 연구개발을 진행 중이라는 설명이다.

안 교수는 “결정질 실리콘 웨이퍼의 두께를 30% 정도 줄인다고 가정하면 약 20% 정도 코스트를 낮출 수 있게 된다”면서, “하지만 이를 위해서는 박형 기술을 양산화할 수 있도록 장비 개발도 함께 이뤄져야 한다”고 말했다.

태양광 기술 트렌드 2

효율적인 태양광발전소 운영기술 요구

안 교수는 기후변화에 따라 발전량이 달라지는 태양광발전의 불안정성을 해소할 수 있는 태양광발전소 운영기술이 향후 더욱 중요질 것이라고 강조했다.

국내의 경우 에너지원으로서 태양광의 비중이 높지 않은 상황이지만, 전 세계적으로 전체 에너지원 중 태양광에 의한 전력수급은 향후 더욱 커질 전망이기 때문에 현재 유럽 및 미국, 일본을 중심으로 태양광 등 신재생에너지의 수급 불안정을 해결하기 위해 ESS와의 연동 및 스마트그리드 기술, 그리고 기상 관측시스템과의 결합 등 발전소 운영상에서 진행할 수 있는 다양한 방법을 모색 중이다.

그 예로, 일본은 태양광과 연료전기를 결합한 사업모델을 개발 및 진행하고 있으며, 미국 네바다주의 경우에도 박막 태양광발전소 건설 후 기상 관측 예측 시스템을 결합함으로써 기상이 악화되는 시점을 미리 예측하고 그 순간에는 화력 등 다른 에너지원으로 잠깐 대체하는 등 전력 수급에 차질이 없도록 효율적으로 태양광발전소를 운영하고 있다.

이와 달리, 국내의 경우에는 태양광발전소 대부분이 정상 출력을 하지 못하고 있을 정도로 발전소 운영기술은 미흡하다는 설명이다.

안 교수는 “불안정한 전력 수급 문제를 기술적으로 해결하기 위해서는 ESS 등과 연동하거나 스마트그리드화하면 되는데, 후자의 경우 국내기업들이 잘할 수 있는 사업모델”이라면서, “실제로 제주도에서 태양광을 통한 스마트그리드 실증사업이 진행 중이므로, 이러한 경험 및 실적을 통해 노하우를 축적하게 되면 이 역시 수출사업 모델이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

태양광 기술 트렌드 3

사막지역엔 박막 태양전지가 경쟁력 높아

최근 결정질 실리콘이 가격 경쟁력을 확보하게 되면서 상대적으로 박막 태양전지의 시장 전망은 불투명해지고 있지만, 안 교수는 박막 태양전지도 아직 가능성이 있다고 강조했다. 박막 태양전지의 뛰어난 온도계수로 인해 사막 등 고온지역에서는 결정질 실리콘 대비 온도계수가 낮은 박막 태양전지 쪽이 오히려 효과적이라는 이유 때문이다.

안 교수는 이를 직접 증명하기 위해서 학교 옥상에 ‘차세대 박막 태양광 모듈 실증단지’를 구축해 경사각도에 따라 박막과 결정질 모듈의 출력 변화를 비교하는 실험을 진행 중이다.

그는 “이론적으로 결정질 대비 낮은 온도계수를 가지는 박막의 경우 사막에 설치한다고 했을 때 200W 박막 모듈은 출력이 170W 정도로 떨어지는 데 반해, 300W 결정질 태양광 모듈은 225W로 떨어지는 등 현격한 성능 저하를 보인다”면서, “지난 1여년간의 실험을 통해서 실제로 사막 등 고온 환경에서는 박막이 상대적으로 우수하다는 사실을 확인할 수 있었다”고 밝혔다.

또한, 그는 이 같은 박막 태양전지의 강점 외에도 향후 박막 기술이 결정질 실리콘의 기술 한계치를 극복할 수 있는 단초를 제공할 수 있기 때문에 박막 태양전지 또한 충분히 전망이 밝은 태양광 기술이라고 강조했다.

태양광 기술 트렌드 4

이제는 태양광도 가전제품으로~

한편, 2015년에는 태양광 응용 상품 개발이 더욱 활발하게 이뤄질 것이라는 의견이다. 즉, 태양광 설비도 B2C 시장을 목표로 가전제품화되고 있다는 의미다.

실제로 이미 2014년부터 냉장고 한 대의 전력소비를 충당할 수 있는 아파트형 미니 태양광 설비가 각 지자체 보급사업을 통해 진행되면서 태양광 설비의 가전제품화를 이끌고 있는 상황이다.

안 교수 역시 250W 모듈 한 장으로 100W급 소형 에어컨의 전력을 충당할 수 있는 B2C형 태양광 패키지 제품을 상품화하기 위해서 연구개발 중이다.

그는 “지구환경을 헤치는 것 중 하나는 에어컨 및 냉장고 등과 같은 냉동기로, 여기서 배출되는 온실가스 배출량을 줄이는 것이 전 지구적 해결과제”라면서, “현재 일반적으로 사용되고 있는 벽걸이형 에어컨의 경우 전력소비가 1,000W 이상에 달하는 데 반해, 국내 가전제품 회사에서 최근 출시한 소형 에어컨의 경우 소비전력이 120W로 적은데도 불구하고 충분히 시원하므로, 여기에 태양광 모듈을 적용한 패키지 제품을 상품화한다면 지구환경 훼손을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 여름철 전력수급에도 도움이 될 수 있을 것”이라고 강조했다.

SOLAR TODAY 김 미 선 기자 (editor@infothe.com)

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