신규 하이브리드 태양전지 개념도

한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 기후변화대응기술개발사업, 신산업창조프로젝트 사업의 지원을 받은 이광희 교수 연구팀(광주과학기술원)이 전압을 높이고 가시광선에서부터 적외선까지 빛을 넓게 흡수할 수 있는 고효율의 신규 하이브리드 태양전지를 개발했다고 밝혔다. 

태양빛은 자외선(7%), 가시광선(44%), 적외선(48%)으로 구성되어 있다. 현재 미래 에너지원으로 각광 받고 있는 페로브스카이트 태양전지는 주로 가시광선 영역에서 에너지를 생성하며 유기태양전지는 개방 전압이 낮고, 전하 이동도가 낮아 성능 향상에 제약이 있었다.

연구팀은 이러한 기존 차세대 태양전지의 한계점을 극복하기 위하여 높은 개방전압을 갖는 페로브스카이트 광활성층과 적외선 흡광영역을 갖는 유기 고분자 광활성층을 중간 결합층 없이 쌓아 결합한 신규 하이브리드 소자를 개발했다.

또한 유기 광활성층 내부에 높은 전하 이동도를 갖는 N형 고분자와 새로운 용매 첨가제를 함께 도입함으로써 하이브리드 소자의 성능을 최적화했다. 그 결과, 학계에 보고된 페로브스카이트/유기태양전지 하이브리드 태양전지 중 가장 높은 16.4% 효율의 하이브리드 태양전지를 구현했다.

가시광선에서부터 적외선 영역에 이르는 넓은 태양광을 효과적으로 이용할 수 있게 개발됨으로써 하이브리드 태양전지가 차세대 박막형 태양전지의 효율 이론 한계치를 극복할 수 있는 새로운 방법을 제시할 수 있게 되었다.

한편 이광희 교수는 “이번 연구 성과는 페로브스카이트와 유기 광활성층을 결합하여 높은 개방 전압과 넓은 흡광 영역을 동시에 갖는 태양전지 개발을 최초로 보고한 것이다. 미래사회 에너지난을 해결하기 위한 태양에너지 기술을 한 단계 앞당길 것으로 기대된다.”고 연구의 의의를 전했다.

무독성 친환경 소재인 금(gold)을 활용한 신개념 3세대 태양전지 원천기술이 기존 광전환 효율을 2배 가까이 끌어 올리는 성과를 나타내며 세계 최초로 개발되었다.

한국연구재단은 미래창조과학부와 재단의 신진연구자지원사업, 선도연구센터지원사업(ERC) 연구를 지원 받은 방진호 교수 연구팀(한양대)이 최근 금 나노클러스터를 가시광선 감응 흡광제로 사용한 금 나노클러스터 감응형 태양전지의 작동 원리를 규명하고, 기존 2%대에서 2배 가까이 증가한 3.8%의 광전환 효율을 달성할 수 있는 기술이 세계 최초로 개발됐다고 밝혔다. 금 나노클러스터를 이용한 태양광 전환 시스템은 그동안 친환경적인 특성과 화학적 안전성에도 불구하고, 광전환 효율을 증가시킬 수 있는 태양전지의 근본적인 전극계면 현상에 대한 이해가 전무하여 미국 노트르담 대학의 프라샨트 카마트(Prashant Kamat) 교수가 2013년 발표한 광전환 효율 2.3%에 머물러 있었다. 

이에 대해 방진호 교수 연구팀은 금 나노클러스터 감응형 태양전지 연구에 있어 전극계면에서의 전하 이동과 재결합에 대한 근본적인 이해가 전혀 이루어지지 않아 광전환 효율이 더 증가시키기 어렵다는 문제의식을 갖게 되었다. 그 후 태양전지의 핵심 구성 요소인 금 나노클러스터의 입자 크기와 전해질에 대한 연구를 수행하여 광흡수율과 전극계면에서의 전하 재결합, 전하 이동 등의 핵심적인 현상에 있어 최적의 입자 크기가 존재함을 발견하고, 금 나노클러스터 감응형 태양전지의 광전환 효율 증대에 결정적 역할을 하는 금 나노클러스터가 금 원자수가 18개로 구성된 Au18(SR)14이라는 것을 이번 연구를 통해 규명했다.

또한 기존 학계의 예측과 달리 아이오딘계 전해질이 금 나노클러스터의 화학적 안전성을 크게 저해시키지 않으면서 광전환 효율 증가에 중요한 역할을 한다는 것을 발견했다. 
그 결과 최적의 금 나노클러스터 감응제와 전해질 발견을 통해 기존 광전환 효율을 크게 상회하는 3.8%의 광전환 효율을 나타냈다고 설명했다. 광전환 효율이 높다는 것은 그만큼 에너지 전환 효율이 높다는 것을 의미한다. 이것이 이번 연구결과가 차세대 태양광 전환 기술로 크게 주목받는 이유이다.

한화토탈, 新공정 앞세워 태양전지 EVA 세계시장 제패
- 세계 최초 관형 반응기 중합 공정 통한 상업생산 성공

한화토탈이 세계 최초 관형 반응기 중합 공정을 통한 상업생산과 제2 EVA 공장 증설 등 설비투자를 통해 고부가 EVA 제품의 글로벌 시장 확대에 적극적으로 나서고 있다.

한화토탈은 자사의 태양전지 봉지재용 EVA 제품(이하 태양전지용 EVA)이 최근 산업통상자원부가 선정한 세계일류상품에 선정됐다고 밝혔다. 봉지재는 얇은 시트 형태의 제품으로 절연효과와 함께 수분이 전지로 침투하는 것을 막고 충격으로 깨지는 것을 방지하는 등 태양전지 모듈의 효율과 장기 내구성을 결정짓는 핵심소재다. 세계일류상품은 세계시장 점유율이 5위 이내 또는 5% 이상인 제품 중 세계시장 규모가 연간 5,000만 달러, 수출 규모가 연간 500만 달러 이상인 제품이다. 한화토탈은 35만 톤 규모의 전 세계 태양전지용 EVA 시장에서 약 35% 점유율을 달성하며 1위를 달성했다.

EVA는 Ethylene Vinyl Acetate(에틸렌 비닐 아세테이트)의 약자로 운동화 밑창부터 태양전지 소재까지 사용되는 대표적인 합성수지 제품이다. 특히 초산 비닐(Vinyl Acetate Monomer, VAM)의 함량에 따라 범용과 고부가 제품으로 나뉘는데 태양전지 봉지재용 EVA는 초산 비닐 함량이 28% 이상인 고부가 제품에 속한다. 초산 비닐 함량이 높을수록 같은 양의 원료로 생산할 수 있는 제품의 양이 줄어들기 때문에 고부가 제품으로 분류한다.

한화토탈은 범용 EVA 제품의 경우 향후 공격적인 설비투자를 앞세운 중국과 규모의 경쟁에서 밀릴 수 밖에 없다고 판단하고, 대신 기술 격차를 통한 부가가치를 창출할 수 있는 고부가 EVA 시장 진출을 확대하고 있다.

한편 한화토탈 관계자는 “한화토탈의 태양전지용 EVA는 독창적인 기술개발을 통해 고객이 만족할 수 있는 퀄리티를 확보하는데 성공했다”며 “앞으로도 중국, 중동 등 경쟁국 석화사들과 격차를 벌이기 위해 고부가 제품 개발 및 시장 확대에 주력할 계획”이라고 밝혔다.

고신뢰성과 고효율 갖춘 페로프스카이트 태양전지 개발 성공

NIMS를 비롯한 연구그룹은 페로프스카이트 태양전지에서 지금까지 전자추출층과 홀 추출층에 이용된 유기재료를 무기재료로 변경함으로써 셀면적 1㎠ 이상에서의 변환효율을 16%로 향상시켜, 실용화의 기준이 되는 신뢰성 시험을 통과했다. 최근 인류가 직면한 환경, 에너지 문제의 해결을 목표로 태양광에너지의 이용이 널리 주목을 받고 있으며, 태양전지의 개발도 활발하게 이루어지고 있다.

이미 실용화되고 있는 실리콘계 태양광전지의 경우에는 생산량 확대에 의해 제조비용은 크게 저하됐지만, 화력 등 종래의 발전방법과 비교하면 발전비용이 아직 높기 때문에 저비용으로 제조 가능한 고효율 태양전지가 요구되고 있다.

이러한 관점에서 페로브스카이트 태양전지는 저렴한 재료로 구성되며 도포라는 간이방법으로 대량 생산이 가능하다는 점에서 제조 비용을 대폭 낮출 수 있다. 최근 도포 과정으로 제조 가능한 페로브스카이트 태양전지에 대해 셀 면적0.0955㎠의 변환효율 20.1%가 보고됐지만, 셀 면적이 작기 때문에 측정오차가 크고, 신뢰성에 대한 연구보고도 상당히 적은 것이 현실이다. NIMS의 태양광 발전 재료 유닛 연구 그룹에서 2년 전부터 페로브스카이트 태양전지 연구를 시작했으며, 페로브스카이트 태양전지 형태(표면의 울퉁불퉁함)를 제어함으로써 고성능 캐리어 운송 재료 개발에 따른 대면적화와 고효율화 연구를 수행하여 1단위의 셀로 변환효율 15%를 달성하는 성과를 거뒀다.

도포하여 만드는 태양전지의 실용화

이화학연구소 창발물성과학연구센터 창발분자기능연구그룹 연구팀은 반도체 폴리머를 도포하여 만드는 유기박막 태양전지(OPV)의 에너지 변환효율(태양광 에너지를 전력으로 변환하는 효율)과 내구성을 동시에 향상시키는 데 성공했다. 반도체 폴리머를 p형 반도체재료로서 이용하는 유기박막 태양전지(OPV)는 경량이며 유연하다는 특징이 있다. 그리고 반도체 폴리머를 기판에 도포함으로써 제작할 수 있기 때문에 저비용, 저환경 부하 프로세스로 대면적화가 가능하여 차세대 태양전지로서 주목을 받고 있다.
OPV의 실용화에는 에너지 변환효율과 함께 내구성의 향상이 중요한 과제이다. OPV가 노화되는 요인으로서 빛, 열, 산소, 수분 등을 들 수 있다. 빛 및 산소, 수분에 의한 노화는 자외선을 차단하는 것 및 소자를 봉지하는 것으로 대부분 제어할 수 있다. 한편 태양광이 비추기 때문에 소자의 온도상승을 막을 수 없어 열에 의한 노화를 제어하기 위해서는 재료를 근본적으로 개량할 필요가 있다.
연구팀은 OPV의 에너지 변환효율을 향상시키기 위해 2014년에 개발한 반도체 폴리머(PTzBT)를 개량하여 태양광을 보다 많이 흡수하는 ‘PTzNTz’라는 반도체 폴리머를 개발했다. PTzNTz는 연구팀이 2012년에 개발한 10%의 변환효율을 나타내는 폴리머 ‘PNTz4T’의 분자구조 일부를 PTzBT에 도입한 반도체 폴리머이다. OPV의 에너지 변환효율을 평가한 결과, PTzBT소자에서는 7%이었지만, PTzNTz 소자에서는 9%까지 향상됐다.

2015 2분기 태양광산업 동향

2015 세계 태양광시장의 수요는 주요국의 수요 증대세가 이어지고 있어 58GW에 달할 것으로 전망된다. 본 내용에서는 2015년 2분기 세계 태양광시장 동향 및 태양광 주요 제품의 가격 동향, 그리고 태양광 주요 기업의 실적 및 이슈들을 자세히 살펴보고자 한다.

자료. 한국수출입은행 해외경제연구소 강정화 선임연구원

Ⅰ. 세계 태양광시장 동향

1. 2015년 2분기 세계 태양광시장 전망

주요국의 수요 증대세가 이어지고 있어 2015년 세계 태양광시장의 수요는 58GW에 달할 것으로 예상된다. 2015년 1분기 세계 태양광시장 전망치는 55GW로 예상했으나, 태양광 수요가 예상보다 강해 2015년 세계 태양광 수요는 58GW로 증가할 전망이다.
세계 태양광 전망치 상향의 가장 큰 이유는 중국의 수요증가 때문으로, 2015년 1분기 중국의 설치량 전망치는 약 14.5GW로 예상됐으나, 중국 정부의 공격적인 설치량 확대에 힘입어 3GW의 추가 수요가 발생할 것으로 보인다.

2. 지역별 태양광시장

2015년 1GW 이상 태양광 수요국을 살펴보면, 중국, 일본, 미국, 영국, 인도, 독일 및 프랑스 등 총 7개국으로 상위 7개국 태양광 수요는 약 46GW로 전체 수요의 80%를 차지하고 있다. 그 중 중국과 인도시장은 규모와 성장성을 겸비한 가장 유망한 시장으로 주목받고 있으며, 풍부한 일사량을 바탕으로 칠레 등 남미지역은 향후 높은 성장성이 기대되는 지역이다.
미국 및 유럽 등 선진국 태양광시장은 그리드패러티 도달에 따른 가정용 수요가 자발적으로 생겨나고 있으며, 금융과 결합한 다양한 사업 모델로 주목받는 시장이 될 전망이다.
특히 선진국시장은 태양광이 TV와 같은 소비재로 전환되어 다양한 소비자 요구를 충족시킬 수 있는 B2C 모델이 등장할 것으로 보인다.

가. 중국

2015년 14.7GW가 설치될 것으로 예상됐던 중국 태양광시장은 강한 수요 확대로 시장 규모가 17.5GW로 증가할 전망이다. 석탄 과다 사용에 따른 환경오염으로 인한 사회적 비용이 눈덩이처럼 커지고 있어, 이를 해결하기 위한 방안으로 태양광 및 풍력발전 등 신재생에너지 보급이 강력히 확대될 방침이다. 이를 뒷받침하기 위해 중국 은행들은 태양광 프로젝트에 대한 대출을 확대할 예정이며, 태양광 프로젝트 개발 활성화를 위해 클라우드 펀딩 및 핀테크를 활용한 온라인 금융상품 출시가 본격화될 전망이다. 2015년 중국 최초로 자산유동화 증권도 발행될 예정으로, 금융 활성화를 통한 태양광산업 지원이 활발해질 전망이다.

나. 일본

2015년 일본 태양광 설치량은 10~13GW에 달할 전망이다. 2014년 일본 태양광 설치량은 10GW가 설치됐으며, 올해 발전차액지원 금액 삭감이 예정되어 있지만 설치량은 10GW를 넘어설 것으로 보인다. 2015년 신재생에너지 지원을 위한 예산은 23.5억 달러이며, 이 중 90% 이상이 태양광산업에 지원될 전망이다. 2015년 10㎾ 이상 규모의 태양광 발전소 발전차액 지원금액은 전년 대비 10% 삭감된 $0.24/㎾h이며, 가정용 태양광 발전지원금액은 4% 삭감된 $0.3/㎾h가 지원될 예정이다.

다. 미국

2015년 미국 태양광시장은 8GW를 넘어서는 호황이 지속될 것으로 예상되며, 2016년에는 10GW를 넘어설 전망이다. 셰일가스 붐은 신재생에너지 사용 확대와 더불어 미국 전력시스템을 청정한 구조로 개선할 수 있는 기회를 맞이하고 있다. 과거 100년간 석탄 등 화석연료를 사용한 에너지 시스템은 서서히 한계를 맞이하고 있으며, 기후 변화의 시대적 요구와 인프라 업그레이드를 통한 경제성장 및 일자리 창출의 기회로 활용할 계획이다.
올해 미국 태양광시장은 전년 대비 30% 이상, 2016년에도 20% 이상 성장할 것으로 보인다. 2017년은 세금공제제도(ITC) 만료에 따른 불확실성으로 수요가 감소할 것으로 예상되며, 태양광 설비에 대한 세금공제율이 30%에서 10%로 삭감될 예정으로, 이로 인한 경제성 악화 문제로 태양광 수요가 급감할 가능성이 존재한다. 제도 연장에 대한 논의는 2015년 이후 본격화될 예정으로 만약 제도 연장이 될 경우 미국 태양광시장 규모는 12GW를 넘어설 전망이다.

미국 최대 태양광시장인 캘리포니아는 2015년 4GW 이상의 신규 태양광 발전소가 건설될 예정이며 캘리포니아는 2014년까지 설치량 8.5GW, 발전량 11.3TWh로 미국 태양광 수요의 절반 이상을 차지하는 최대 시장이다. 캘리포니아는 발전사들의 RPS를 2030년 30%까지 확대할 계획이며, RPS 관련 수요만 30GW를 넘어설 것으로 예상된다.
가정용 태양광시장 활성화를 위한 Net-Metering 제도를 시행하고 있다. 캘리포니아 지역은 그리드패러티에 도달한 대표적인 지역으로 가정용 태양광 보급 확대로 인해 소매전기 시장에서 태양광 비중이 2015년 6%를 넘어섰으며, 2017년 12%까지 증가할 전망이다.

라. 영국

유럽 태양광 수요 중심이 영국 정부의 적극적인 태양광 육성 정책에 힘입어 독일에서 영국으로 이동했다. 2014년 영국 태양광 설치량은 2.1GW로 전년 대비 100% 이상, 올해도 40% 이상 증가할 전망이다.
5MW 태양광 프로젝트에 대한 보조금 지원이 5월 기준으로 1.4ROC(Renewables Obligation Certificate)에서 1.3ROC/MWh으로 변경될 예정이다. 현재 건설 예정인 태양광 프로젝트 물량은 3.5GW이며, 보조금 변경 전 건설 수요가 집중될 예정이다.

마. 인도

2015년 인도 태양광시장은 전년 대비 200% 이상 성장한 2.8GW가 성장할 것으로 보인다. 인도 정부는 2022년까지 100GW 규모의 태양광 발전소 건설을 목표로 정책을 추진하고 있다.
최근 Solar Mission 프로그램을 통해 3GW 규모의 태양광 경매를 실시할 예정이며, 풍부한 태양광 자원을 바탕으로 인도 정부는 지속적으로 태양광 설치도 늘려나갈 계획이다.

Ⅱ. 태양광 주요 제품 가격 및 공급동향

1. 폴리실리콘

2015년 6월 기준 폴리실리콘 가격은 $16/kg으로 2015년 1월 대비 20% 하락했다. 2015년 1월 $20/kg이었던 폴리실리콘 가격은 상반기 내내 약세를 지속하고 있으며, 5월 기준 $15.4/kg까지 하락했다. 2012년 12월 $15.8/kg였던 폴리실리콘 가격은 태양광 수요 증가와 함께 폴리실리콘 가격도 상승세로 전환되어 2014년 7월 $21/kg까지 상승했다.
2014년 7월 $21/kg을 고점으로 폴리실리콘 가격은 약세를 지속하고 있으나, 6월 달 $15/kg을 지지하고 7월 이후 $16/kg대로 반등했다.
하반기 태양광 수요 증가에 따른 폴리실리콘 가격이 반등이 예상되나 반등 폭은 제한적일 전망이다. 수요 대비 공급이 과잉상황이 지속되고 있어 여전히 가격하락 압력이 높은 상황이며, 6월 이후 가격반등이 이어질 것으로 보이나, 폴리실리콘 가격이 $18/kg 넘어서기에는 어려울 것으로 예상된다.

2. 태양전지

2015년 5월 기준 실리콘 태양전지 가격은 단결정 태양전지 $0.44/W, 다결정 태양전지  $0.30/W를 기록 중이다. 2015년 세계 태양전지 생산용량은 66GW로 추정되어, 2015년 수요 대비 약 15% 가량 공급과잉인 상황이다. 폴리실리콘 대비 태양전지 가격은 큰 변동이 없는 상황이며, 하반기에도 현 가격대비 수준을 유지할 것으로 예상된다.
2015년 1~3월 태양전지 가격은 큰 변동이 없는 상황이며, 가격 하락 속도는 전년 대비 완만할 것으로 예상된다.
태양전지 공급의 열쇠는 중국이 쥐고 있으며, 중국의 추가적인 증설에 나설 경우 공급 상황은 급변할 수 있으나 추가적인 대규모 증설은 관찰되지 않고 있다.
2015년 기준 주요 태양전지 기업들의 생산용량을 살펴보면 22개사가 총 32GW를 생산하고 있다. 세계 최대 태양전지 생산기업은 Ja Solar사가 3.9GW를 생산하고 있으며, Trina 3.5GW, HanWha Q Cell 3.28GW, Yingli 3GW, Jinko Solar 2.5GW, Canadina Solar 1.9GW 순이다.
최근 태양전지 생산설비의 절반이상이 PERC(Passivated Emitter and Rear Contact) 기술로 건설되고 있다. 기존의 태양전지 제조방식 대비 다결정 태양전지는 0.5% 이상, 단결정 태양전지는 1% 이상 효율이 증가해 주목을 받고 있다. 광열화 현상에 대한 논란이 있으나, 효율 향상 기술로써 3년 안에 태양전지 제조사들의 기술 표준으로 자리매김할 것으로 예상된다.

3. 태양광 모듈

2015년 말 기준 태양광 모듈 생산용량은 약 80GW로 공급과잉이 태양광 밸류체인 내에서 가장 심각한 상황이다. 이는 낮은 기술장벽으로 인해 모듈사업 진입이 쉽기 때문으로 태양광 모듈분야가 상대적으로 기술적 진입장벽이 낮아 중소 모듈 기업들이 여전히 많이 진출해 있는 상황이다. 태양광 모듈 선도기업들의 모듈 생산단가가 $0.5/W 이하로 떨어지고 있어 중소 모듈 기업과의 가격격차가 점점 더 확대되고 있다. 선도기업과 중소 모듈기업 간 가격 격차가 확대됨에 따라 선도기업들의 실적은 개선되고 있음에도 불구하고 중소기업들의 수익성은 개선되지 않고 있다. 과거 1차 구조조정으로 유럽, 미국, 일본 등 선진국 중심의 구조조정이 이미 이뤄줬으며, 2차 구조조정은 중국 내 중소기업들이 통폐합될 것으로 예상된다.
2015년 6월 기준 단결정 실리콘 모듈 $0.80/W, 다결정 실리콘 모듈 $0.70/W로 전월 대비 보합 수준이며, 공급과잉 상황에도 모듈 가격은 안정적인 흐름을 보이고 있다.
태양광 모듈 가격을 더 낮추기 위해서는 폴리실리콘, 웨이퍼, 및 태양전지 등 부품 가격하락이 이루어져야 가능하다. 태양광산업 밸류체인 중에서 가장 안정적인 가격 흐름을 보이는 이유는 모듈 분야에서는 추가적인 원가 감소가 쉽지 않기 때문이다.
2015년 2GW 모듈생산이 가능한 기업 수는 8개이며, 4GW를 생산할 수 있는 기업도 나타날 것으로 예상된다. Trina의 생산용량이 4.8GW에 달할 것으로 예상되며, Yingli, Jinko Solar, 한화큐셀도 4GW 생산이 가능할 전망이다. 2012년 1GW를 생산하는 기업이 나온 이후 3년 만에 4GW를 돌파한 것으로, 매년 1GW 이상의 설비증설이 이루어지고 있어, 모듈시장 점유율 확대를 위한 기업 간 경쟁이 더욱 더 치열해 질 전망이다. 중국 기업을 중심으로 설비증설이 이루어지고 있어, 중국 기업들의 세계 태양광산업 독점에 대한 이슈는 지속적으로 제기될 전망이다.

4. 태양광 시스템

태양광 시스템 가격은 2015년 $1.4/W를, 2020년 $1.0/W에 도달할 것으로 전망된다. 폴리실리콘부터 모듈까지 가격이 하락함에 따라 태양광시스템 가격도 빠르게 하락하고 있다.
2010년 $3.42/W였던 태양광 시스템 가격은 2014년 $1.5/W로 56%가 하락했으며, 2010년 $1.9/W에 달했던 모듈가격이 2014년 $0.68/W까지 하락했다.
2015년 추가적으로 7% 가량 모듈 가격이 하락할 것으로 예상되며, 2020년은 2015년 대비 30% 이상 하락하여 $1.0/W 시대를 열 것으로 전망된다. 태양광 시스템 가격하락으로 태양광 발전단가도 빠르게 하락하고 있으며, 2020년 $1/W까지 하락할 경우 태양광 발전단가는 이용률 15%를 기준으로 60~80원/W까지 하락할 전망이다.

Ⅲ. 태양광 기업 동향 및 주요 이슈

1. 주요 태양광기업들의 실적 동향

선도기업들의 2015년 1분기 실적은 전년 대비 개선됐으며, 하반기에 개선 폭은 더욱 더 확대될 전망이다. Canadian Solar, Trina, JA Solar 등 중국 기업들의 매출은 전년 동기 대비 증가한 것으로 조사됐다.
Canadian Solar의 경우 전년 대비 100% 가까운 매출 증가세를 보였으며, 영업이익도 3배 가까이 증가했다. First Solar, SunPower 등 미국 태양광 기업들의 매출 및 영업이익은 크게 악화됐다.
First Solar는 태양광 프로젝트 개발이 지연되면서, 매출 및 영업이 큰 폭으로 감소했으나 태양광 프로젝트 포트폴리오가 갖춰짐에 따라 YieldCo 전환을 기획하고 있으며, 제조분야 비중을 점차 낮춰 나갈 예정이다.
HanWha Q-Cell은 합병 후 실적 개선이 가시화되고 있으며, 합병에 따른 브랜드 인지도 증가와 기술경쟁력 개선으로 북미 시장을 중심으로 판매가 증가하고 있다.
2015년 1분기 매출은 3.3억 달러로 전년 동기 대비 80% 이상 증가했으며, 다운스트림 분야 진출로 사업 경쟁력은 더욱 더 높아질 것으로 예상된다. 향후 태양광 기업들의 경쟁력은 사업개발, 서비스, 금융역량 등  다운스트림 분야의 경쟁력에 따라 기업실적의 희비가 엇갈릴 전망이다.
다운스트림 분야 역량 강화를 위한 Total Solution 전략의 대세로, 과거처럼 수직계열화를 통한 가격경쟁력 확보 전략은 더 이상 유효하지 않으며, 새로운 수요개발을 위한 전략방향으로 이동 중이다. 국내 태양광 기업들의 실적도 2014년 4분기 이후 개선 추세이나, 매출과 생산규모 측면에서 선도기업과 격차가 좁혀지지 않고 있다.
태양광 제품 가격 상승 및 세계 태양광 수요 증가로 국내 기업들도 수혜를 받고 있으나, 기업 간 실적은 편차가 있는 상황이다.
국내 태양광 매출액의 가장 큰 부분을 차지하고 있는 폴리실리콘 분야의 수익성은 전년 대비 흑자로 전환됐다.
폴리실리콘 가격이 전년 대비 20% 이상 상승했으며, 하반기 폴리실리콘 가격도 안정세를 유지할 것으로 보여 폴리실리콘 업체들의 수익성은 개선될 전망이다.
국내 태양전지 및 모듈기업들의 경우 규모의 경제를 확보하지 못해 가격경쟁력에서 여전히 열세인 상황이 지속되고 있다.
국내 태양전지 및 모듈 생산용량은 중국 Yingli 단일 기업보다 작으며 중국 기업 대비 가격경쟁력은 20~30% 낮은 상황이 지속되고 있다.
현 상황이 지속될 경우 세계 태양광시장의 호황에도 불구하고 국내 기업들의 입지는 점차 줄어들 가능성이 높다.

2. 태양광산업의 주요 이슈

최근 YieldCo 방식의 금융모델이 부상했다. 세계 태양광산업 자금조달 시장의 최대 이슈로,  이는 신재생에너지 자산을 바탕으로 주식을 발행하여 운영 수익을 배당으로 투자자에게 돌려주는 모델이다.
주식발행을 통해 투자자를 모집하고 투자된 자금을 다시 신규 프로젝트 개발이나 기존 자산인수에 사용된다. 기존의 채권이나 대출을 통한 자금조달 방식 대비 자본조달 비용을 낮출 수 있는 장점으로 최근 신재생에너지 기업들의 관심이 급증하고 있다. 미국 기업 6개가 주식시장에 상장되어 있으며, First Solar 및 SunPower 등도 상장을 준비 중이다. 중국 Trina, JA Solar, Canadian Solar, GCL 등 주요 중국 태양광 기업들이 2~3년 내에 YieldCo를 상장시키겠다고 발표했다. 중국 태양광기업들이 사업개발에 직접 참여하기 시작하면서 YieldCo를 통한 자금을 조달하려고 하는 움직임이 활발진 것이다.
YieldCo 방식은 낮은 조달 비용을 통해 자금을 조달할 수 있으며, 모집된 자금을 다시 프로젝트에 투자하여 성장할 수 있는 장점을 가지고 있어 태양광 기업들의 자금 조달 수단으로 각광받고 있다.

중국 태양광 모듈기업들이 태양광 프로젝트 개발에 참여하면서 모듈 기업들의 태양광 프로젝트 개발 등의 다운스트림 분야 진출 확대가 활발해지고 있으며, 개발한 프로젝트에는 자사 모듈을 사용하는 비중이 확대되고 있다.
따라서 2014년 10% 미만이었던 자체 생산 모듈 채택율이 2015년 20%대로 올라갈 것으로 예상되며, 모듈 기업이 직접 태양광 프로젝트를 개발하고 개발된 프로젝트에 자사 제품을 사용하는 모델이 추세를 이룰 것으로 예상되어, 모듈 기업들의 사업개발 역량이 더욱 중요해질 전망이다.

3. 중국 태양광산업 구조조정 이슈

세계 태양광 최대 생산기지 역할을 하고 있는 중국은 최근 들어 태양광 제조분야에 대한 정부 스탠스가 변하고 있다. 중국은 대규모 정책지원을 통해 규모의 경제의 태양광산업의 주도권을 확보하는데 성공했다. 하지만 무분별한 증설로 인한 가격폭락으로 상당수 기업이 도산함에 따른 대규모 금융부실이 생기는 부작용이 발생했다.
2014년 12월 기준 밸류체인별 중국 태양광 가동 중인 기업수를 살펴보면 폴리실리콘 16개, 웨이퍼 43개, 태양전지 71개, 모듈 78개이며, 가동이 중단된 기업수를 살펴보면 폴리실리콘 40개, 웨이퍼 22개, 태양전지 55개, 모듈 72개이다.
모듈 기업들의 절반가량이 가동이 중단된 상황이며, 가동 중인 기업들도 상당수는 채산성이 안 맞아 가동이 중단될 것으로 예상된다.

폴리실리콘을 제외한 나머지 분야에 중국 비중이 80%를 상회하고 있어 태양광산업에서 중국의 영향력은 날로 확대되고 있다. 국가 경쟁력 차원에서도 양적확장보다는 질적확장에 대한 필요성이 높아지고 있어 밸류체인별 선도기업을 중심으로 산업구조가 재편될 전망이다.
자국 내 경쟁으로 인해 수익성이 악화되는 것을 막기 위해 선도기업들 중심으로 산업을 재편해 수익성을 높이기 위한 노력들이 시도될 것으로 예상된다.
밸류체인별 상위 10개 기업들의 시장점유율을 살펴보면 폴리실리콘 89.5%, 웨이퍼 67.3%, 태양전지 42%, 모듈 42%으로, 최종 수요자인 모듈 기업들의 선도기업 비중을 높이기 위한 정책적인 지원을 확대할 것으로 예상된다.
또한 밸류체인내 공급을 조절할 수 있는 상위 10개 모듈 기업 비중을 60% 이상으로 높이기 위한 조치가 시행될 것으로 예상된다. 이를 위해 차별적인 금융지원이 이루어 질 것으로 보이며 2015년 이후 정부 선별적인 지원을 통해 중국 태양광산업은 다시 재편될 것으로 전망된다.

Ⅳ. 시사점 및 결론

2015년 상반기 세계 태양광시장은 예상에 부합하는 수요 증가세를 보이고 있으며, 하반기 시장 상황도 양호할 전망이다. 세계 태양광 수요의 약 45%를 차지하는 중국 및 미국 수요가 2016년까지 지속될 것으로 예상되며, 영국 및 인도 등 후발 시장의 수요도 올해 큰 폭으로 늘어날 전망이다.
기후 변화 이슈와 태양광 경제성 향상 등으로 수요 저변이 확대되어 2016년 이후 남미 및 아프리카 지역 수요도 크게 늘어날 것으로 예상된다.
미국, 인도, 및 칠레 등 유망시장에 대한 우리 기업들의 관심 및 진출 노력 확대가 필요하고 우리 제품에 대한 신뢰도가 높은 미국시장은 중국 제품과 경쟁할 수 있는 여건이 우호적인 시장이며, 빠른 성장이 예상되는 인도시장도 주목해야 할 시장이다. 태양광 주요 제품 가격은 전반기 대비 하반기에는 안정세를 유지할 것으로 예상된다.
6월 이후 폴리실리콘 가격 반등세를 보임에 따라 태양광 수요가 늘어나는 하반기에는 현 가격대보다 높은 가격대를 형성할 것으로 예상된다. 태양전지 및 모듈 수급상황은 다소간 개선되나 여전히 공급 우위의 상황이 지속될 것으로 예상됨에 따라 제품 가격은 하향 안정화될 전망이다.
하반기 태양광 기업들의 실적개선 추이는 지속되나, 업체 간 수익성은 온도차이가 있을 것으로 예상되며 선도기업들과 후발기업간의 원가경쟁력 차이가 늘어나고 있어 하반기 영업실적 격차가 더욱 더 벌어질 것으로 보인다.

태양 전지 효율을 개선하는 들러붙지 않는 팬과 유사한 특성

폭우에 대한 우비의 완충 또는 끈적끈적한 음식에 대한 프라이팬의 완충과 동일한 특성이 태양 전지(Solar Cell)의 성능을 개선할 수 있다고 미국 네브래스카 대학 링컨 캠퍼스(UNL; University of Nebraska-Lincoln) 소속의 공학자들이 밝혔다.
2015년 7월 20일 Nature Communications 저널에 발표된 이 연구는 비-습윤 플라스틱 표면(Non-wetting Plastic Surface)으로 유기 태양 전지의 유형을 구축하는 것이 일광을 전기로 전환시키는 데 있어서 약 1.5배 더 큰 효율을 나타낸다는 것을 증명했다. 연구진은 단 한 개의 결정으로 만들어진 여러 개의 결정을 생성하기 위해 저렴하고, 신속할 뿐 아니라 용이한 다결정 전지(Polycrystalline Cell)를 성장시키기는 기술을 사용했다.
그레인 사이의 장벽은 광자를 이동시키는 일광에 의해 분리돼 반대 방향으로 이동함으로써 이상적으로 전류를 생성하는 양으로 하전된 정공(Hole)과 음으로 하전된 전자가 결합해 포획과정으로 통해 전지 효율을 억제하는 역할을 한다.
저자인 Jinsong Huang과 그의 연구팀은 이러한 그레인 자체의 크기를 증가시킴으로써 효율-저해 장벽(Efficiency-draining Barrier)의 수를 줄이는 방안을 찾았다. 비록 그레인이 태양 전지 두께에 전통적인 한계로 작용한다고 하더라도, Jinsong Huang 연구팀은 비-습윤 표면이 전지의 두께보다 8배 더 큰 그레인 크기로 증대할 수 있도록 해준다는 사실을 밝혔다.

그래파인 적용해 페로브스카이트 태양전지 성능 제고

최근 몇 년간, 세계에서 날로 심각해지는 에너지와 환경문제를 해결하기 위해 사람들은 고효율, 저원가인 신형 태양전지 개발에 관심을 두고 있다. 다양한 신형 태양전지 중 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지는 높은 흡광계수, 강한 캐리어 운송능력, 높은 부품효율 등 우세로 두각을 나타내며 많은 과학연구자들의 주목을 받았고 신형 태양전지 영역의 중요한 연구방향이 되고 있다.
페로브스카이트 전지의 신속한 발전에 따라 페로브스카이트 전지구조는 다공성 구조에서 평면구조로 이동했고, 부품 경계층에서 핵심적인 변화를 발생시켰다. 부품 경계층에는 전자 전송계층과 홀 전송계층이 있는데 부품의 경계성질은 페로브스카이트 전지 성능, 캐리어 추출과 부품 효율에 뚜렷한 영향을 미친다. 동시에 경계층 형태와 캐리어 운송능력이 페로브스카이트 전지의 부품효율에 대한 제고에 핵심적인 역할을 한다.
최근 중국과학원 녕파(Ning Bo City)재료기술공정연구소 종속인 신형에너지기술연구소 Jun-feng Fang 그룹은 중국과학원 화학연구소 연구원 Yu-liang Li와 협력해 신형 탄소재료 그래파인을 혼성 페로브스카이트 부품의 전자 전송계층에 혼합해 효과적으로 전자 전송계층의 전도율과 페로브스카이트 전지의 부품성능을 제고했다. 연구성과는 국가자연과학기금, 절강성(Zhejiang Province)자연과학기금, 녕파시 자연과학기금, 중국과학원 ‘백인계획’과 중국과학원 청년혁신촉진회의 지원을 받았다.

‘친환경에너지 타운’ 조성사업은 2014년 1월 대통령 신년 기자회견에서 구축방안이 발표되고, 1단계로 3개 대상 지역을 선정하여 국정과제로 추진 중인 사업이다. 진천 친환경에너지 타운은 국내 최초로 태양광, 태양열, 지열, 하수폐열 등 다양한 신재생 에너지들을 복합적으로 활용하여 에너지 수요를 자급자족하는 미래형 에너지 단지로 조성된다.
미래부는 이를 위해 충청북도와 친환경 에너지타운 조성, 에너지 타운에 기반한 비즈니스 모델 활성화 및 충청북도의 ‘아시아 솔라밸리’화를 위한 태양광 산업육성을 위해 업무협약서를 체결하는 등 친환경에너지 기반 창조경제 활성화 촉진을 위한 지원을 보다 확대할 계획이다.
지난 10년간 태양전지는 화석연료 고갈 및 기후변화에 대응하기 위한 핵심 수단으로 인식되면서 비약적인 성장을 해왔다. 이에 따라, 미래부는 2020년까지 연 27조 원 규모로 전망되는 태양전지 시장에서 한국이 차세대 태양전지를 통해 매출액 6,000억 원(태양전지 시장의 약 2%)을 달성할 수 있도록 정부 연구개발(R&D) 투자를 강화하기로 하였다. 또한, 정부와 개별 기업이 수행하는 기술 개발이 상호 연계되고 종합되어 국가 차원의 기술 경쟁력으로 이어질 수 있도록 민-관 협력에 주력하기로 하였다.

태양 에너지(Solar Energy) 분야의 가장 빠르게 성장하는 영역 중 하나는 페로브스카이트(Perovskite)라고 불리는 재료이다. 이러한 유망한 일광 수송자는 일광을 전기로 효율적으로 전환시키고, 현재 사용되고 있는 실리콘 기반의 반도체보다 저렴하기 때문에 태양 및 전자기기 산업에 혁신을 제공할 것으로 기대된다.
이 연구를 수행한 미국 워싱턴 대학(UW; University of Washington)과 영국 옥스퍼드 대학(University of Oxford) 소속의 연구진은 일반적으로 조성이 균일하다고 믿었던 페로브스카이트 재료가 실제로 추가로 태양 장치를 개선하도록 공학적으로 제어될 수 있는 결함(Flaw)을 포함하고 있다는 것을 증명했다. 연구팀은 전하의 이동을 제한해 그 결과 장치의 효율에 걸림돌이 되는 페로브스카이트 막에서 결함을 확인하는 강력한 이미징 기법을 사용했다. 지금까지 페로브스카이트 태양 전지는 대략 20%의 효율을 달성했으며, 이러한 성과는 실리콘 기반의 태양 전지에 대한 효율인 25%와 비교되는 수치이다. 연구팀은 청정에너지 연구소와의 협력으로 공초점 광학 현미경(Confocal Optical Microscopy)이라고 불리는 기술을 이용해 형광 이미지와 결정의 교차 지점에서 페로브스카이트 재료의 어두운 또는 열악한 성능을 보여주는 지역을 발견하기 위해 전자현미경 이미지와 형광 이미지의 상관관계를 보였으며, 부가적으로 단순한 화학 처리를 이용해 어두운 지역의 일부를 밝게 하는데 성공했다.