[2009 녹색성장 비전] 박막·집광형 전지 가격경쟁력·발전효율 껑충

■ 태양광 기술 트렌드 살펴보니

美 퍼스트솔라 독보적… 한국철강도 올 매출 600억 예상

│샌디에이고(미국)·증평(충북) 이도운기자│태양광 발전 기술도 다른 하이테크놀로지 산업과 마찬가지로 끊임없이 변하고 있다. 지난해 10월 미국 샌디에이고에서 열린 ‘솔라 파워 인터내셔널’ 행사에 참가한 태양광 전문 컨설팅 및 출판 기업 ‘솔라 인더스트리’의 빌 오코너 이사는 서울신문과의 인터뷰에서 “2009년 솔라 업계의 주요 트렌드는 박막 태양전지(Thin Film)의 성장, 그리고 집광형 태양전지(CPV·Concentrating Photovoltaics)의 부상이 될 것”이라고 전망했다. 박막 태양전지 분야에서는 미국의 퍼스트 솔라가 독보적인 존재다. 애리조나에 본사를 두고 있는 이 회사는 지난 2007년 태양전지 생산량 세계 5위를 기록했다. 그 해 20위에 든 태양전지 업체 가운데 유일한 박막 태양전지 전문 기업이다.

미국의 그린볼트가 지난해 솔라 파워인터내셔널에 출품한 집광형 태양전지시스템. 오목거울로 빛을 모아 태양전지로 쏘아준다.
샌디에이고(미국 캘리포니아주) 이도운특파원

●박막전지 가격 우월… 다중접합 전지 효율성↑

박막 태양전지를 만드는 방법은 매우 다양하다. 폴리실리콘을 자른 웨이퍼 대신 비정질 실리콘(a-Si)이나 카드뮴·인듐·갈륨·셀레나이드(CIGS) 혼합물, 염료, 유기물 등을 태양전지 제작에 사용한다. 퍼스트 솔라는 카드뮴·텔룰라이드(CaTe) 혼합물을 유리에 입히는 방식을 채택하고 있다. 박막태양전지는 실리콘 결정질 태양전지보다 효율이 떨어지는 대신 가격이 저렴하다. 퍼스트솔라 박막태양전지의 효율은 6~7% 정도로 알려져 있다. 퍼스트 솔라측은 1와트당 태양전지 생산비용이 지난해 1.14달러까지 낮아졌으며, 곧 기존의 전기요금과 가격이 비슷해지는 상황(Grid-Parity)이 도래할 것이라고 연례보고서를 통해 밝혔다.

실제로 에너지 개발 기업 셈프라가 네바다 주 엘도라도 사막에 퍼스트 솔라의 박막 태양전지로 건설한 12㎿ 규모의 태양광 발전소는 1㎾ 당 전기 생산 비용이 기존의 전기요금보다 낮아졌다고 투자은행 퍼시픽 크레스트의 마크 바크먼 연구원은 지난달 보고서를 통해 주장했다. 퍼스트 솔라는 카드뮴·텔룰라이드 박막 태양전지 생산 방식을 특허로 출원했다. 이 회사는 생산 시설과 기술을 공개하지 않고 있다. 그러나 큐셀을 포함한 다른 업체들도 특허를 침해하지 않는 선에서 이 기술을 응용한 제품을 연구하고 있다.

●날씨 영향… 예비 전력 위한 저장 기술 필요

한국에서는 한국철강이 유일하게 박막 태양전지를 생산하고 있다. 한국철강은 비정질실리콘(a-Si) 박막 태양전지를 생산한다. 이 업체는 2006년 3월 한국과학기술원(KAIST)과의 산학협력으로 박막 태양전지 사업에 착수, 지난해 7월 양산에 들어갔다. 올해 600억원의 매출을 예상하고 있다.

한국철강 태양광 사업부의 최고기술책임자(CTO)는 KAIST 출신인 명승엽 박사다. 명 박사는 스위스와 일본에서 태양광과 관련된 분야를 연구하다가 KAIST 지도교수의 추천으로 한국철강에 합류했다. 한국철강은 명 박사가 특허를 갖고 있는 다중접합(Multi-Junction) 태양전지도 개발중이다. 다중접합 태양전지는 태양전지를 여러개 겹쳐 효율을 높이는 방식이다. 박막 태양전지와 함께 각광을 받고 있는 집광형 태양전지는 오목한 거울 등으로 햇빛을 모아 태양전지에 비춰줌으로써 효율을 높이는 방식이다. 솔라 파워 인터내셔널에서 참가자들의 관심을 가장 많이 끈 신제품 가운데 하나도 그린볼트의 집광형 태양전지(CPV) 시스템이었다. 이 회사 관계자는 “빛을 모아 쏴주기 때문에 고성능 다중접합 태양전지를 사용한다.”면서 “효율은 최소한 40%”라고 설명했다. 한국에서는 아직 집광형 태양광 시스템을 다루는 업체가 없다.

한국철강의 명승엽 박사는 “집광형 태양전지는 강한 빛을 똑바로 받아야 효과가 있다.”면서 “한국보다는 사막에 맞는 시스템”이라고 말했다.

일부 에너지 전문가들은 태양광은 기저부하(Base-load)가 될 수 없다고 지적하고 있다. 날씨에 따라 발전량이 달라지기 때문에 예비 전력이 반드시 필요하다는 것이다. 태양광 업계는 이 문제를 해결하는 방안으로 에너지 저장(Energy Storage) 기술과 지능형 전력망(Smart Grid)을 지목하고 있다.



■에너지 판도 바꿀 프로젝트

우주서 전기 생산해 지구로 송전 美 도로 태양광 패널로 대체 추진

세계 각 지역과 국가에서는 기존의 에너지 판도를 바꿀 만한 대규모 태양광 프로젝트들이 진행되고 있다.

우선 관심을 끄는 것은 아프리카 사하라 사막의 강렬한 태양빛을 이용하는 이른바 데저텍(DESERTEC·Desert+Technology) 프로젝트.

퍼스트 솔라의 박막 태양전지로 건설된 미국 네바다 주 엘도라도 사막의 12MW급 태양광 발전소의 전경. 아프리카의 사하라 사막에도 이같은 형태의 태양광 발전소가 대거 들어설 전망이다.
퍼스트솔라 제공

지난해 7월 유럽연합(EU) 에너지연구소의 아르눌프 월든 소장이 제안했고, 니콜라 사르코지 프랑스 대통령과 고든 브라운 영국 총리 등이 지지를 표시하면서 탄력을 받고 있다.

월든 소장은 “사하라와 중동 사막의 태양 에너지의 0.3%만 활용해도 유럽 대륙이 필요한 에너지를 모두 충족할 수 있다.”고 주장했다. 사하라 프로젝트는 당연히 태양광 업계에서 큰 환영을 받고 있다. 큐셀의 스테판 디트리히 홍보 책임자는 “글로벌 금융 및 경제 위기로 태양광 업계도 타격을 받는 상황에서 사하라 프로젝트와 오바마 당선 이후의 미국 시장이 가장 큰 관심사”라고 말했다. 미국은 사하라 프로젝트와는 별도로 네바다와 캘리포니아의 사막에 대규모 태양광 발전소를 건설하는 프로젝트를 진행중이다. 사막에 건설하는 발전소 가운데는 태양광뿐만 아니라 태양열을 이용하는 프로젝트도 포함돼 있다.

미국의 아이다호의 에너지 기업 ‘솔라 로드웨이’는 미국의 모든 도로를 태양광 패널로 대체한다는 야심찬 프로젝트를 추진중이다. 캘리포니아공대의 에너지 전문가 네이트 루이스 교수는 “미 대륙의 1.7%만 태양광 패널로 덮으면 미 전체 에너지를 충족시킬 수 있다.”고 강조해 왔다.

●중동·사하라 사막 0.3% 활용… 유럽 에너지 충족

미국의 도로 면적이 국토의 1.7% 정도를 차지한다는 사실에 착안한 전기 엔지니어 스캇 브루소가 이 회사를 창업, 도로용 태양전지 패널을 제작하고 있다. 도로용 태양전지 패널은 ▲투명하고 강한 표면층 ▲태양전지층 ▲전기송전층의 3개 층으로 구성돼 있다. 솔라 로드웨이는 아이다호 주의 코에르 달린과 샌드포인트를 잇는 45마일 도로에서 시범 프로젝트를 진행중이다. 표면층은 재료공학으로 유명한 펜스테이트 대학과 데이턴 대학이, 전기송전층은 아이다호 대학 건축과 교수들이 연구에 참여하고 있다.

솔라 로드웨이는 이 프로젝트를 미국에서 성공시킨 뒤 전 세계로 확산시킨다는 목표를 갖고 있다. 이와 함께 도로와 마찬가지로 아스팔트가 깔려 있는 주차장 바닥에 태양전지를 깔아 전기를 생산하려는 시도도 미국 곳곳에서 이뤄지고 있다. 주차장에서 생산한 전기는 주변 상가에 공급되는 것은 물론이고 겨울철에 눈이나 얼음을 녹이는 데도 사용된다.

●태양전지 사파리 헬멧 등 쇼핑몰서 판매

아예 태양광 패널을 우주로 가져가는 프로젝트도 추진되고 있다. 우주로 가면 밤과 낮이 없이 24시간 태양빛을 받을 수 있는 데다, 태양 에너지도 2배 이상 강하기 때문이다. 일본은 2015~2020년 사이에 10~100㎿급 전력을 생산할 수 있는 태양전지 패널을 위성에 띄워 발사하겠다고 발표한 바 있다. 2040년에는 1GW급 상업용 우주태양광 발전소를 쏘아올린다는 계획도 갖고 있다.

미국 항공우주국(NASA)도 1999년에 비슷한 계획을 발표했다. 그러나 이 프로젝트는 비용이 많이 드는 데다가 우주에서 생산한 전기를 지구로 보내는 방법에도 문제가 있었다. 그러나 2007년 미 매사추세츠공대(MIT)가 전기를 무선으로 전송하는 실험에 성공한 이후 다시 우주 태양광 프로젝트가 탄력을 받고 있다.

태양광은 대규모 프로젝트뿐만 아니라 일상 생활에도 속속 파고들고 있다. 군사분야에서 이용되던 기술이 응용된 것도 많다.

보병의 철모에 태양전지를 부착해 통신에 필요한 전기를 이용하는 데서 착안해 사파리 헬멧이나 운동모자에 태양전지를 부착한 제품들이 이미 인터넷 쇼핑몰 이베이에서 팔리고 있다.

또 한여름에 자동차 내부의 뜨거운 공기를 내보내는 송풍장치에도 태양전지가 부착돼 있다. 낮에 태양전지로 생산한 전기를 저장했다가 밤에 거리를 밝히는 태양광 가로수는 이미 오스트리아 등 유럽 지역에서 쉽게 발견할 수 있다. 태양전지가 햇빛뿐만 아니라 다른 불빛으로도 작동한다는 사실을 응용한 솔라 키보드도 시장에 나와 있다.

이도운기자