Q.태양광 연구개발 현황은?
A.실리콘 기반 1세대 태양전지는 1953년 미국의 벨연구소에서 개발된 이후 일본과 유럽의 많은 기업들을 통해 발전했다. 발전 효율은 초기 4%에서 현재 27%까지 상승했다.
다만 태양전지의 원료인 폴리실리콘은 열에 의한 손실이 발생하기 때문에 이론적인 전기 생산 효율은 29%이지만 실질한계 효율은 이보다 낮다는 게 전문가 중론이다. 대안으로 2세대 박막형 태양전지(Thin Film)로 잘 알려진 CIGS와 연료감응형 태양전지 등이 개발됐다. 다만 실리콘 기반 태양전지보다 효율이 낮아 사용이 제한적이다.
최근 실리콘 기반의 태양전지 위에 페로브스카이트를 쌓아 텐덤(Tendum)구조로 태양전지를 만들어 효율을 높이려는 연구도 이뤄지고 있다. 이 역시 자외선, 산소 및 수분, 그리고 열적 안정성 확보, 확장성 등이 필요한 상태다.
건물일체형 태양광 모듈(BIPV)도 등장하고 있다. 다만 이 방식도 여타 태양광 모듈과 동일하게 불투명성을 인해 유리창에 설치 시 건물 내 이용객 시야를 가리게 돼 불편함이 가중된다는 지적도 많다. 건물에 태양광 패널을 적용하면서 원래 목적인 발전량 극대화가 아닌 심미적 이유로 태양전지에 무기염료를 적용하는 제품 판매도 늘고 있다. 발전량 확보가 아닌 심미성 측면에 집중했다는 점에서 본말이 전도됐다는 지적도 나오고 있다.
Q.태양광 시장과 기술 개발 전망은.
A.태양광 균등화 발전원가는 지난 2010년 0.417달러/kWh에서 2021년 0.048달러/kWh로 88% 하락하며 신규 발전설비 중 가장 저렴한 발전원으로 평가받았다. 에너지 안보 이슈도 부상함에 따라 자급이 가능한 태양광 발전은 에너지 독립 수단으로 전략적 중요성도 커졌다. EU는 태양광 전략에 따라 2025년 태양광 발전 용량을 320GW(2020년 대비 두 배 이상)로 늘리고, 2030년까지 600GW로 확대할 예정이라고 밝힌 바 있다.
장미 빛 전망에 맞춰 관련 기술 개발도 불붙고 있다. 특히 구형(球形) 태양전지가 대안으로 떠오르며 세계적으로 다양한 기술개발이 이뤄지고 있다. 구형 태양광은 기존 평면 태양광 모듈과 달리 복사광선을 비롯한 사방의 빛을 흡수한다.
때문에 미국과 일본 등에서는 구형 태양전지를 검토하고 제작했다. 미국 텍사스 인스트루먼트는 1990년대 3차원 구조의 입자형 반도체 개발을 위해 특허만 200여 개를 출원하며 개발에 나섰지만 사업화에 실패했다. 이후 일본 기업 스펠라가 구형 전지를 개발해 상용화에 성공했지만 패널문제와 높은 생산단가로 난항을 겪고 있다. 평면보다 구형이 발전시간과 효율이 높지만, 개발 난도가 너무 높은 탓에 상용화는 쉽지 않은 상황이다.
업계 관계자는 “한국수출입은행 해외경제연구소에 따르면 2021년 182GW에서 2022년 230GW, 2023년 260GW 수준을 예상하는 등 글로벌 태양광 시장은 꾸준한 성장세를 이어가고 있다”며 “탄소중립 달성을 목표로 하는 대부분 국가에서 신재생에너지원에 대한 의존도가 커진 만큼, 가장 활용도가 높은 태양광의 활용도를 높이기 위한 연구개발은 더욱 치열해질 전망”이라고 말했다. 이어 “태양광은 전력 공급이 부족한 지역의 문제를 가장 손쉽게 해결할 수 있는 발전원”이라며 “혁신 기술로 태양광 발전이 대형 면적을 필요로 하는 산이나 해안가가 아닌 도심 빌딩 숲에서 이뤄지도록 기술 변혁을 달성해야할 것”이라고 덧붙였다.
임중권기자 lim9181@etnews.com
