시장전망 및 차세대 태양전지 기술 등 업계 화두 공유하다!
김 미 선 기자
이번 행사를 주도한 한국태양광발전학회 실리콘 태양전지 및 모듈 부문위원회 측은 “2014년 하반기가 시작하면서 태양광산업 전망이 밝아지고 있는 가운데 한국 태양광 업계의 비상을 준비하는 마음으로 이번 행사를 준비했다”면서, “이번 행사는 국가 정책에서부터 산업 및 기술개발 동향과 전망에 대한 최신 정보를 공유할 수 있는 자리가 될 것으로 확신한다”고 밝혔다.
특히, 이번 워크숍은 기존 구두 발표와 더불어 포스터 발표를 추가로 기획 및 진행함으로써 결정질 실리콘 태양전지를 연구하는 학생 및 연구원에게 정보 교류는 물론 연구 성과를 발표하는 기회를 제공했다.
본격적인 행사에 들어가기에 앞서 한국태양광발전학회 송진수 회장은 개회사를 통해 “국내 결정질 태양광 기술력은 이미 세계적인 수준에 올라섰다”면서도, “하지만 아직까지 중국 대비 가격 경쟁력을 갖추지 못한 만큼 이를 극복할 수 있는 방안을 찾아야 한다”고 강조했다.
그 뒤를 이어 산업통상자원부 양원창 과장은 “최근 역동적으로 변화하고 있는 태양광시장에 발맞춰 국내 태양광 업체들은 설비투자를 진행하거나 생산능력을 늘리는 등 발 빠르게 대응하고 있다”면서, “이런 시장 여건을 잘 활용하기 위해서는 기업과 대학연구소, 그리고 정책 당국 모두 많은 노력이 필요하다”고 말했다. 또한 그는 태양광산업 등 신재생에너지산업이 창조경제의 중요한 축을 담당할 수 있도록 기존 사업 및 기술의 고부가가치화와 더불어 새로운 기술 및 가치 창출, 그리고 산업 생태계 활성화를 위한 노력을 계속해 나갈 계획이라고 밝혔다.
한편, 이번 세미나는 ‘산업 전망 및 R&D 동향’과 ‘실리콘 태양전지 및 모듈 기술개발 동향’, ‘태양광 모듈 신뢰성’을 주제로 진행됐는데, ‘태양광 모듈 신뢰성’의 경우 두 파트로 나뉘어 전체 강연은 총 4가지 세션으로 구성됐다.
그 첫 번째 세션인 ‘산업 전망 및 R&D 동향’ 강연에는 고려대학교 방기열 교수 및 한국에너지기술평가원 김계수 본부장과 손창식 PD가 강연자로 참여했으며, ‘실리콘 태양전지 및 모듈 기술개발 동향’ 세션에서는 현대중공업 이규민 책임연구원과 LG전자 이헌민 연구위원이 강연을 진행했다. 그리고 ‘태양광 모듈 신뢰성’을 주제로 한 세션에는 일본 AIST의 아츠시 마스다(Atsushi Masuda) 박사 및 프라운호퍼 ISE의 빌헬름 바르타(Wilhelm Warta) 박사를 비롯해 삼성SDI 백도현 수석, 에스에너지 김춘환 부장, 전자부품연구원 박노창 선임연구원이 강연자로 참여해 태양광 모듈 신뢰성 확보를 위한 다양한 시스템 및 실제 사례 등 정보를 공유했다.
수요관리 중심의 에너지 정책으로 융복합 R&D 진행
첫 번째 세션에는 태양광을 비롯한 최근 에너지 산업의 현황 및 전망에 대한 정보 공유와 더불어, 이 같은 에너지 산업 변화에 발맞춘 국내 에너지 정책 방향과 전략, 그리고 R&D 과제 등이 소개됐다.
방기열 교수는 최근 발표된 제2차 국가에너지기본계획의 내용을 언급하면서 우리나라 에너지 정책의 장기적 전략을 소개했다. 에너지기본계획은 국내 에너지 정책의 최상위 정책으로서 중장기 에너지 정책의 기본 방향을 설정하는 것은 물론, 에너지자원의 확보 및 수급 관리, 공급 인프라 구축에 이르기까지 거의 모든 에너지 정책을 포괄하고 있다.
방 교수는 “올 초 확정된 2차 기본계획은 공급 위주에서 수요관리 중심으로 국가 에너지 정책을 전환함으로써 전력 수요를 15% 이상 감축함과 동시에, 원전 비중도 1차 계획의 41%에서 29%로 줄이고 수용성 및 안정성에 초점을 맞추며, 신재생에너지 비중은 1차 계획과 마찬가지로 11%를 유지하는 것을 골자로 하고 있다”고 설명했다.
또한 그는 향후 우리나라 에너지 정책은 장기적으로 에너지 사업구조를 개선하고 온실가스를 감축하며, 에너지 저장 및 관리를 활용함으로써 에너지 효율 관리의 기술적 대안을 마련하는 등 에너지 사용을 효율화하는 방향으로 진행되는 한편, 신재생에너지 개발을 통한 화석에너지 의존도를 완화할 필요가 있다고 강조했다.
제2차 성장기를 맞이하며 국내 태양광 기술의 한 단계 도약을 위한 R&D 전략에 대해 소개한 한국에너지기술평가원 손창식 PD는 2013년부터 태양광산업은 ‘PV 3.0 시대’에 접어들었다면서, 이 시기에는 기술적으로 고효율, 고출력, 박막, 차세대 시스템 이용률, 융합 및 결합 기술개발이 필요하다고 설명했다.
시장에서는 가정용 시장이 확대되고 대여사업이 등장하는 등 PV 수용성이 확대되는 한편, PV+금융 상품을 비롯해 ESS, EMS, EV 충전시스템 등 솔루션 사업이 늘어나며, 발전 인프라 및 네트워크 기업을 중심으로 발전 서비스 시장이 창출될 것이라는 전망이다.
손 PD는 이 같은 변화에 발맞춰 향후 R&D 정책은 시장 대응형 및 가치 창출형 R&D 전략을 전개해 나갈 계획이라고 밝혔다.
그는 폴리실리콘 등의 핵심 부품 및 소재의 경우 국산화 및 저가화 기술개발을 계속 진행해 나가는 한편, BOS와 설치 운영서비스 및 모니터링을 융합한 기술개발을 통해 가격 경쟁력을 강화해 나가며, BIPV 및 특수 환경용 시스템, 모듈 재활용 기술, 양면 셀 모듈, 고효율 CIGS, 고내구성 OPV 등의 핵심 기술은 상용화를 위한 기반을 강화시킬 필요가 있다고 강조했다. 또한, 미래시장에 대응하기 위한 차세대 기술로는 DIPV 및 실리콘 웨이퍼 기반의 고효율 태양전지 등을 꼽으며, 이와 더불어 기존 태양광 기술에 IoT 및 3D 프린팅 등 새로운 기술을 융합하는 과제를 적극적으로 진행해 나갈 계획이라고 밝혔다.
n타입 고효율 태양전지 기술개발 활발
‘실리콘 태양전지 및 모듈 기술개발 동향’을 주제로 한 두 번째 세션에서는 현대중공업 및 LG전자 등 국내 대표 기업들의 태양광 기술개발 현황에 대한 정보가 공유됐다.
이규민 책임연구원은 현재 현대중공업이 개발 중인 고효율 도금전극 PERL 태양전지 기술에 대해 설명하면서, 2011년부터 진행한 이 연구개발이 2014년에 접어들며 최대 21.2%의 효율 달성이라는 성과를 냈다고 밝혔다.
이번 기술개발에서 현대중공업은 가격 경쟁력 향상을 위해 기존의 은도금이 아닌 구리도금 전극을 선택해 연구를 진행함으로써 이러한 성과를 달성했다고 밝히며, 그럼에도 구리도금 사용시 문제가 될 것으로 지적됐던 구리 확산 및 접착력 저하 등의 문제점도 발생하지 않았음을 증명했다고 설명했다.
이 책임연구원은 “이 태양전지로 당사는 300W 태양광 모듈을 개발하고자 노력하고 있다”면서, “문제는 현재 은 가격이 하락함으로써 구리도금이 앞으로 시장에서 대세가 될 기술인지는 확신할 수 없다”고 말했다.
현재 현대중공업은 국책과제를 통해 n타입 백 정션(Back-junction) PERT 구조의 태양전지를 연구개발 중으로, 과제를 시작한지 얼마 되지 않았음에도 이 태양전지 역시 21.2%의 효율을 달성했을 뿐 아니라, 박형에 적용해도 20% 이상의 효율을 달성할 수 있다고 밝혔다. 하지만 이 태양전지도 원가 절감이라는 해결과제를 안고 있는 만큼 상업화될 수 있는지에 대해서는 더 연구해 봐야 한다는 설명이다.
한편, LG전자 이헌민 연구위원은 ‘태양광 시장전망 및 고효율 실리콘 결정질 태양전지 기술개발 현황’이라는 주제로, 전반적인 태양전지 시장 동향과 더불어 차세대 실리콘 결정질 태양전지 기술의 종류 및 개발 현황에 대해 소개했다.
그에 따르면, 현재 태양전지 시장은 지속적으로 성장하고 있는 상황으로, 2013년 기준 전 세계 태양전지 생산의 67%는 저원가를 바탕으로 한 중국업체가 중심이 되고 있으며, 심지어 글로벌 톱 티어(Top Tier) 중 6개 업체가 중국업체라고 설명했다.
특히, 톱 티어 업체들은 최근 원재료부터 모듈 설치까지 제공하는 토털 솔루션을 기반으로 하는 비즈니스 모델을 지향하면서, 일부 업체의 경우 태양전지에 최적화된 인버터 및 ESS 개발도 진행 중이라고 말했다.
또한, 이 연구위원은 p타입 멀티 알루미늄 후면 전계(Al-BSF) 셀을 비롯해 이 태양전지 후면에 패시베이션 구조를 집어넣은 p타입 PRC(Partial Rear Contact), 그리고 p타입 태양전지의 LID를 억제하기 위한 광조사 및 열처리 공정 기술들에 대한 소개와 함께, n타입 PERT 양면 셀과 단면 셀, n타입 PERT 터널 BSF 셀, n타입 헤테로 접합(Heterojunction) 셀, n타입 백정션백컨택(BJBC) 셀 등 전 세계 관련 기업에서 개발 중이거나 상용화 중인 차세대 태양전지 기술의 장점 및 개발 현황 등에 대해 소개했다.
이 연구위원은 “지금까지 개발 중에 있거나 상용화된 태양전지 기술 중 결정질 실리콘 태양전지 효율을 가장 높일 수 있는 구조는 일본 파나소닉이 개발한 n타입 BJBC 셀로, 이 태양전지의 경우 백컨택트 셀 구조에 이종접합(Heterojunction) 기술을 적용함으로써 세계 최고 효율인 25.6%를 달성했다”면서, “이처럼 결정질 태양전지 효율을 극대화할 수 있는 기술들이 개발되고 있으나, 이들이 상용화되기 위해서는 밸류체인 전체에 걸쳐 혁신이 이뤄져야 하므로, 상업화까지 시간이 걸릴 것으로 전망된다”고 밝혔다.
태양광 모듈 신뢰성 향상 위한 연구 및 사례 소개
‘태양광 모듈 신뢰성’을 주제로 한 강연에서는 주로 태양광 모듈의 PID 발생 방지를 위한 연구결과가 소개됐다.
에스에너지의 경우 PID 발생 원인을 집중적으로 연구하고 그 인자를 미연에 방지하는 방향으로 발전소를 건설하거나, 이미 PID 현상이 발생한 모듈의 경우 O&M을 통해 모듈을 회복시키는 서비스를 진행하는 과정 등을 설명했다.
특히, 김춘환 부장은 “PID에 대한 리스크는 과연 누가 책임져야 하는지에 대한 고민도 하고 있다”면서, PID 발생에 있어서의 책임소재도 분명히 할 필요가 있다는 화두를 제시했다.
한편, ‘기후 및 PID 기반 태양광발전의 스마트 모니터링 시스템’에 대해 설명한 전자부품연구원 박노창 선임연구원은 “발전량을 예측할 수 있는 시스템에 PID의 가장 큰 원인인 온도와 습도 등의 데이터를 반영해 시간이 흘러도 발전량을 정확히 예측할 수 있는 모델을 개발하는 것도 국내 기업들이 전 세계 태양광시장에서 경쟁력을 가질 수 있는 방안 중 하나”라고 강조했다.
SOLAR TODAY 김 미 선 기자 (st@infothe.com)
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