[창간 35주년 특집 Ⅱ]퍼스트무브 '기술'<11>태양광

태양광은 미래 에너지 시대에 대비하는 주요 발전 기술로 꼽힌다. 태양광 연구개발(R&D)에서 실증, 수요창출에 이르는 통합 연계프로세스를 강화해 기술력을 높여야 한다는 주문이다.

태양광 발전은 무한 청정에너지원인 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 방법으로 기존 화석연료 발전과 경쟁이 가능한 기술이다. 동시에 에너지·환경문제를 해결하는 미래 분산발전 기술이다. 기후변화 대응을 위한 온실가스 저감목표 달성과 차세대 태양광 기술·시장 조기선점을 통한 신성장동력 창출 아이템으로 꼽힌다.

한화큐셀 진천 태양전지 공장 내부.[자료:한화큐셀]

국내에서는 결정질 실리콘 태양광 셀과 모듈 투자가 활발해 기술개발 생태계가 생성됐다. 폴리실리콘 분야는 OCI·한화케미칼, 웨이퍼는 넥솔론·웅진에너지, 셀과 모듈은 LG전자·현대중공업·한화큐셀·신성이엔지 등이 각각 참여했다. 페이스트, EVA, 백시트 등 부품소재 부문도 학계와 연구계 차원에서 기술개발이 이뤄졌다.

태양광 발전의 핵심 부품인 셀 부문에서는 LG전자가 세계 최고수준인 22% 효율의 대면적 N타입 단결정 양면수광형 제품을 생산하고 있다. 한화큐셀은 상업용 태양광 셀에 공정을 추가해 단결정 20.5%, 다결정 19% 이상의 고효율 PERC 셀을 생산한다.

한화큐셀은 최근 미국 라스베이거스에서 열린 태양광전시회 SPI에서 PERC 셀을 적용해 400W 이상 고출력 모듈제품을 선보였다. 우리나라 기업은 태양광 셀·모듈 기술력에서는 세계 최고 수준에 속한다.

세계적으로 셀 효율 개선을 위해 원재료 성능 향상 기술, 전극 기술(소재 및 장비개발 포함), 도핑 기술 등이 R&D되고 있다. 원가절감을 위한 미래 핵심기술로 박형 웨이퍼를 이용한 고효율 태양광 셀 R&D도 활발하다.

상업화 기준 실리콘 태양광 셀 최고 수준인 22%대 발전효율은 모듈화하면 대략 2.5~3.0% 손실을 보여 19.5~20.0%대가 한계다. 실리콘 태양광 셀의 한계치인 29.8%에 다다르면서 다양한 기법이 기존 태양광 셀에 융합된 형태로 개발된다. 한계점에 다다르는 태양광 셀 개발보다 모듈·시스템 개발 쪽으로 관심이 이동하고 있다.

건국대학교에서 개발한 450W급 양면형 태양광모듈. [자료:건국대학교]

대표 사례로 뒷면의 반사되는 빛까지 발전에 사용하는 양면수광형 태양광모듈 기술이 한계돌파 관점에서 업계 관심이 뜨겁다. LG전자가 이미 상용제품을 공급하고 있으며, 건국대 차세대태양광 모듈 및 발전시스템연구센터는 기존 박형 N타입 태양광 셀 개발과 더불어 340~345W급 P타입 양면형 태양광 모듈을 개발했다. 후면반사환경을 이용, 순간 최대 출력 450W를 기록했다. 32% 출력증가로, 순간최대 23.44% 모듈효율을 거뒀다.

발전소는 물론 수상태양광에 적용해 500W급에 도전하는 과제를 진행하고 있다. 향후 주택·상업용 태양광발전소 건설 시 기존면적의 40%로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

국내 산업계와 학계가 태양광 발전 기술 개발에 적극성을 보이고 있지만 풀어야 할 과제가 적지 않다. 경쟁력을 유지하려면 효율을 높이고 발전단가를 낮추는 기술을 개발해야 한다.

전문가들은 셀, 모듈, 인버터, 시스템을 통합·연계해 개발할 수 있는 국가 R&D 프로세스 구축을 주문했다. 장시간 소요되지만 반드시 실증단계까지 고려한 개발 일정·목표 설정과 인프라를 갖춰야 한다.

학계, 연구계, 소재업체 아이디어를 산업계가 평가, 사업성을 즉각 확인하는 것도 필요하다. 이러한 산·학·연 연계 평가프로세스를 확보해야 기술개발에 속도를 낼 수 있다.

기술 개발과 병행해야 할 부분은 수요 창출이다. 국내 태양광 시장을 지속 확대, 산업 성장을 위한 기술 수요를 확보해야 한다.

강정화 수출입은행 연구원은 “미세먼지와 기후변화 문제가 심각해짐에 따라 에너지 공급체계에 대한 국가 차원의 합의가 필요하다”고 강조했다.

단기로는 소비자 부담이 커질 수 있으나 부존자원이 없는 우리나라는 태양광 등 재생에너지 지속 확대 노력이 요구된다. 태양광 발전이 미래 에너지 시대에 대비하고 에너지 안보 문제를 푸는 방법 중 하나가 될 수 있다. 국내 태양광 시장 확대는 자연스럽게 기술 개발과 산업 발전의 토대가 된다.

신성이엔지 직원이 생산된 태양전지를 살펴봤다. [자료:신성이엔지]

이봉락 한국태양광산업협회 부회장은 “태양광 보급이 활성화되면 작게는 국내 태양광 기업이 활로를 찾고, 크게는 국가 에너지 안보에 기여해 에너지 독립국으로 가는 초석이 될 것”이라고 말했다.

함봉균 산업정책부(세종) 기자 hbkone@etnews.com