정부, 2015년까지 총 40조원 투자

신재생에너지 도약 계획

 <주요 계획 내용> 

·차세대 태양전지 등 10대 원천기술(1.5조원), 8대 부품·소재·장비 개발(1조원) 및 중소기업 사업화 지원 Test-bed 구축 등 총 3조원 R&D 지원

·해상풍력발전기 개발 및 대규모 해상풍력단지 조성에 총 9조원 투자

·신재생에너지 글로벌 스타 기업(수출 1억불 이상) 50개 육성

·1,000억원 규모의 신재생에너지 전문 상생보증펀드 조성

·항만, 학교, 물류단지 등에 신재생에너지 설치 10대 그린 프로젝트 추진

정부는 2015년까지 세계 5대 신재생에너지 강국으로 도약하기 위해 민·관 합동으로 향후 5년간 총 40조원(정부 7조원, 민간 33조원)을 투자키로 했다.

정부는 2011부터 2015년간 정부지원 7조원(R&D 지원 3조원, 산업화 지원 4조원)과 민간투자 33조원(태양광 약 20조원, 풍력 약 10조원, 연료전지 약 9천억원, 바이오 약 9천억원 등)이 구성하기로 했다.

태양광을 제2의 반도체산업('15년 세계시장 점유율 15%), 풍력을 제2의 조선산업('15년 세계시장 점유율 15%)으로 육성하여 2015년에는 태양광, 풍력을 중심으로 신재생에너지 수출이 362억불에 이르러 우리나라의 핵심수출산업으로 성장하고 일자리도 11만명을 창출할 것으로 전망하고 있다.

지식경제부(장관: 최경환)는 지난 10월 COEX에서 개최된 제9차 녹색성장위원회에서 신재생에너지를 성장동력 산업으로 육성하기 위한 [신재생에너지산업 발전전략]을 보고했다.

이 자리에서 신재생에너지산업 발전전략은 신재생에너지 세계시장이 폭발적으로 성장하고 특히, 미국, EU, 일본 등의 선진국 외에 중국이 태양광 및 풍력분야에서 급부상하고 있는 현실하에 그동안의 신재생에너지 추진성과를 점검하고 해외시장 선점과 글로벌 경쟁력 확보를 위해 시급히 보완해야 할 과제를 도출하고 세부적인 추진계획을 제시했다.

정부, 신재생에너지 시장 2015년 4천억달러 예상

정부는 신재생에너지 세계시장 동향을 보고하면서 신재생에너지 세계시장은 지난 5년간 연평균 28.2% 성장하여 2009년 1,620억불 규모이고 2015년에는 4,000억불, 2020년경에는 현재 자동차산업 규모에 육박하는 1조불로 성장할 것으로 전망했다.

특히, 중국은 2009년 한 해에만 346억불을 신재생에너지 분야에 투자하는 등 규모의 경제를 바탕으로 태양광 시장을 주도하고 있으며 풍력도 풍부한 내수시장을 기반으로 급성장 추세이며 태양광은 1세대 결정질 실리콘 태양전지의 고효율화와 초저가화 및 2세대 박막 태양전지 개발 경쟁이 치열하고, 풍력은 5MW급 이상의 대형화 및 해상풍력이 급속히 확산 추세라고 덧붙였다.

현 정부 들어 정부의 강력한 지원을 바탕으로 기업의 신규 참여와 투자도 대폭 확대되어 새로운 Value Chain이 구축되고 산업생태계가 이미 형성됐다.

현 정부 3년간('08∼'10년)의 신재생에너지 정부지원 규모(약 2조원)는 이미 지난 정부 5년간의 지원규모(약 1.4조원)를 초과하였고 이에 따라 민간투자도 '07년 약 1조원에서 '09년 약 3조원, '10년 약 4조원 규모로 대폭 확대됐다. 특히, 2011년 신재생에너지 정부 예산이 처음으로 1조원을 돌파했다. 2010년 8,765억원에서 2011년 1조13억원으로 늘어났다.

2009년 말 총 146개 신재생에너지 제조업체 중 116개(79.5%)가 중소·견기업이고 이중 신규 창업기업도 53개나 되어 신재생에너지 분야는 중소기업 창업과 성장 및 일자리 창출의 원천이 되고 있다.

에너지원 별로 살펴보면 태양광은 반도체·LCD산업 경쟁력을 바탕으로 폴리실리콘 잉곳·웨이퍼 셀 모듈 발전시스템까지 일괄생산체제를 구축하였고 GW규모의 생산시대에 진입하고 있다.

대기업은 가격경쟁력 확보를 위해 투자확대 및 수직계열화, 중소·중견기업은 Value Chain별 독자 기술경쟁력 확보에 집중하고 있다.

풍력은 조선·중공업 등 대기업의 풍력기업화가 가속화되고 중간제품은 중소·중견기업이, 풍력발전시스템은 대기업이 중심인 대표적인 중소·대기업 동반성장 분야로 성장하고 있다.

이러한 성과에도 핵심원천기술 등 기술경쟁력 미흡, 내수 시장창출 한계, 세계시장을 선도하는 글로벌 기업 부재, 금융·세제·인력 등 기업 성장지원 인프라 취약 등을 시급히 해결해야 할 것으로 지적됐다.

이에 정부는 [신재생에너지산업 육성전략]으로 2015년 태양광 및 풍력분야 세계시장 15%를 점유하여 수출 362억불, 고용 11만명의 세계 5대 신재생에너지 강국 달성을 위해 민·관 합동으로 향후 5년간(2011~2015년) 총 40조원(민간 33조원, 정부 7조원)을 투자한다.

이에 ①전략적 R&D 및 사업화 ②산업화 촉진 시장창출 ③수출산업화 촉진 ④기업 성장기반 강화 등 4개 분야 11개 세부과제를 추진해 2015년까지 태양광을 제2의 반도체산업으로, 풍력을 제2의 조선산업으로 집중적으로 육성하고 중소·중견기업과 대기업의 동반성장을 적극적으로 지원할 계획이다.

지식경제부는 이번에 마련된 발전전략을 통해 '15년까지 신재생에너지산업이 수출, 고용 등 우리 경제를 선도하는 대표 산업으로 성장하고 우리나라가 전통적인 화석연료 자원 빈국에서 벗어나 신재생에너지 중심의 새로운 에너지 강국으로 도약할 것으로 기대하고 있다.

태양광(Photovoltaic)발전, 선진국 중심 기술개발 한창

태양광 발전은 무한정, 무공해의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 기본 원리는 반도체 Pn접합으로 구성된 태양전지(Solar Cell)에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자 양공 쌍이 생겨나고, 전자와 양공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.

이러한 태양 전지는 필요한 단위 용량으로 직·병렬 연결하여 기후에 견디고 단단한 재료와 구조에 만들어진 태양 전지 모듈(Solar Cell Module)로 상품화된다.

그러나 태양전지는 비, 눈 또는 구름에 의해 햇빛이 비치지 않는 날과 밤에는 전기가 발생하지 않을 뿐만 아니라 일사량의 강도에 따라 균일하지 않은 직류가 발생한다. 따라서 일반적인 태양광 발전 시스템은 수요자에게 항상 필요한 전지를 공급하기 위하여 모듈을 직·병렬로 연결한 태양전지 어레이(Array)와 전력 저장용 축전지(Storage Battery), 전력 조정기(Power Controller) 및 직·교류 변환장치(Inverter) 등의 주변장치로 구성된다.

무한정, 무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 불필요하고 대기오염이나 폐기물 발생이 없으며 발전 부위가 반도체 소자(素子)이고 제어부가 전자 부품이므로 기계적인 진동과 소음이 없으며 태양 전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고 발전 시스템을 반(半)자동화 또는 자동화시키기에 용이하며 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 지니고 있다.

그러나, 태양 전지는 가격이 비싸 많은 태양광 발전 시스템의 건설에는 초기 투자가 요구되므로 상용 전력에 비하여 발전 단가가 높고 일사량에 따른 발전량 편차가 심하므로 안정된 전력 공급을 위한 추가적인 건설비 보완이 필요한 단점이 있다.

이러한 태양광 발전 시스템의 기상 조건에 따른 제약과 이용 기술상의 문제점은 기술 개발과 실증 실험을 통하여 개선될 수 있으나 초기의 많은 설비 투자와 높은 발전 가격은 태양광 발전의 보급에 있어서 선결되어야 할 당면 과제이다.

해외 선진국, 태양광 발전 기술 개발 한창

미국은 태양광 발전을 인공위성의 전원으로 1960년대부터 이용해 왔는데 지상용 태양광 발전시스템의 실용화를 위하여 1972년부터 5년 주기의 National Photovoltaic Program을 수립하여 기술개발을 추진해오고 있다. 최근에는 태양전지의 효율 향상과 가격 목표를 달성하기 위한 기술 개발과 병행하여 태양전지의 저가 제조기술을 개발하기 위한 PVMaT(Photovoltaic Manufacturing Technology) Project와 태양광발전의 상업화에 필요한 실증 실험 및 주변장치의 가격을 낮추기 위한 시스템 기술개발을 목적으로 하는 PVUSA(Photovoltaic Utility Scale Application) Project, 태양광 발전기술을 건물에 적용하기 위한 PV: BONUS 계획이 동시에 추진되고 있다. 또한 개발된 제조기술을 상업화하기 위하여 관련 제조업체들로 구성된 Photovoltaic Utility Group이 주관하는 TEAM­UP(Technical Experience to Accelerant Market) Project도 추진되고 있다.

한편 일본은 1974년에 태양광발전기술을 개발하기 위한 국가 주도의 Sunshine Project를 수립하여 추진하였으며, 1980년에는 신 에너지기술종합개발기구(NEDO, New Energy and Industrial Technology Development Organization)를 설립함으로써 본격적인 태양광 발전 기술의 개발에 착수하였다. 이와 함께 1987년에는 기업과 연구기관 등으로 태양광발전회(JPEA, Japan Photovoltaic Energy Association)를 구성하여 기술 및 시장에 관한 정보교환과 공동연구를 수행하고 있다.

1990년에는 24개 기업과 2개 단체로 태양광발전 기술연구조합(PVTEC, Photovoltaic Power Generation Technology Research Association)이 결성됨에 따라 정부와 기업 및 연구소의 상호 협력뿐만 아니라 대민 홍보와 연구개발의 기능을 수행하고 있다. 특히 1993년에는 경제성장, 에너지, 환경보전에 대한 균형있는 대책과 종합적인 기술개발을 위하여 기존의 Sunshine Project, Moonlight Project 및 지구환경 기술개발 계획을 통합한 에너지 환경 영역 종합 기술개발 추진계획(New Sunshine Program)을 수립하여 체계화하였다. 1999년부터는 환경을 보호하고 대체에너지의 보급을 촉진한다는 뜻에서 이러한 시스템을 설치할 경우 반액을 국가에서 지원하고 있다.

유럽공동체(EC)의 태양광 발전 기술개발은 비록 소규모이기는 하나 1975년 이후 꾸준히 계속되고 있다. 1989년부터는 1차 3년 3개월의 계획기간을 가진 Non Nuclear Energy Program JOULE(Joint Opportunities for Unconventional or Longterm Energy Supply) 계획을 수립하여 태양광발전 기술의 연구개발을 계속 추진하고 있다.

이 계획의 2000년까지 모듈 가격 목표는 1ECU/Wp이며 1994년까지의 JOULEⅡ 계획은 상업화를 목적으로 다결정 규소 태양전지 제조기술개발과 태양광발전 시스템에 대한 연구에 중점을 두고 있다. 또한 저가의 박막 태양전지를 개발, 실용화하기 위한 목적으로 EUROCIS 컨소시움을 구성하여 독일을 중심으로 CuInSe2 태양전지 연구에 주력하여 괄목할 만한 성과를 얻고 있다.

이와는 별도로 유럽 각국은 자체적인 장기계획에 의해 태양광발전 기술개발을 추진하고 있으며 독일의 소규모 태양광 발전 시스템의 실증 실험 및 개인 주택에의 실용화 보급을 위한 2250 Roofs Project, 이탈리아의 100kW급 태양광 발전 시스템의 표준화 및 보급을 위한 PLUG Project, 스위스의 MW House Project 및 프랑스의 PV 20 Project가 진행되고 있다.

태양광 발전 기술의 실용화를 위해서는 상용 전력과 경쟁이 가능한 발전 단가 수준의 태양전지를 대량생산하고 동시에 신뢰성과 이용효율이 높은 시스템을 개발하여야 하므로 2000년대 초까지 1$/Wp의 모듈 가격과 5 6Φ/kWh의 발전단가 실현을 개발목표로 설정하고 있다.

그러나 현재의 태양전지 가격은 4.5 5.5$/Wp 수준이므로 새로운 고효율 박막 태양전지재료의 개발에 치중하고 있으며 응용제품의 다양화뿐만 아니라 응용분야를 확대하기 위한 이용기술, 시스템의 신뢰성 향상과 최적화를 위한 실증 실험, 그리고 측정 및 평가기술 개발도 각국에서 활발히 진행되고 있다. 또한 미래의 태양광 발전은 우주공간에서의 태양광 발전과 Microwave 송전(SPS), 사막 지대의 대규모 태양광발전에 의한 초전도 송전 또는 수소 생산 이용 등이 구상되고 있으며 Zero Energy 개념의 지하공간, 또는 해상 구조물 전원으로서의 이용도 검토되고 있다.

배터리 AH값 줄이면 가격 줄고 보수율 높아져

Q. Heater 전압원을 3상 380V로 쓰면 220V보다 문제가 될 가능성이 있나요?

Q. 1. 전압강하 보상 차원에서 직렬 콘덴서를 연결하는데 이에 따른 부작용으로 유도기 동기기 자기여자, 난조, 무부하 변압기 투입시 분수조파 발생 등의 단점이 있다 하는데 어떤 원인 때문에 그러한가요?  직렬콘덴서에 의한 부하단 전압상승 및 충전전류 때문에그런 것인지요?

2. 변압기 여자 돌입전류의 경우 잔류자기에 기인한 전류확대 및 그로 인한 자로 포화를 겪어 여자전류가 더욱더 확대되는 현상으로이해를 하고 있는데요. 그렇다면 자화가 전혀되지 않았던 변압기(잔류자기 0)에서도 여자 돌입전류는 발생하는지요?

발생한다면 어떤 원인인 것일까요? 개인적인 사견으로 발생원인을 변압기 등가와 유도전동기 등가가 동일하므로 전동기 기동 시 돌입전류 현상과 동일하게 생각하여도 되는지요? 변압기 투입시 발전기 단락과 동일 현상으로 초기 과도현상에 따른 대전류(발전기--전기자반작용) (변압기 역기전력) 전류감소 이렇게 생각하여도 되는것일까요? 먼가 헤매는 느낌입니다. 답변 부탁드립니다.

2. 변압기 여자돌입전류의 발생원인은 한마디로 철심의 포화 때문에 일어납니다.

 - 전압 0점에 투입 시 자속은 마이너스의 최대인데

   자속의 연속원리(물리적으로 전압, 전류, 자속은

   어느 순간 0에서 어떤 값으로 순간 이동할 수 없음)

   에 의해 0에서 출발하여 1/2 사이클 후 전압 0점

   에서 최대치를 나타내게 됩니다.

 - 이 때 자속의 포화치를 상회하여 철심 포화

 - 인덕턴스-->0, 리액턴스 -->0

 - 역기전력 감소, e=L di/dt

 - 여자전류 증가(자속 포화구간에만 흐르게 됨)

 - 2고조파의 비율이 높은 편측방향의 비대칭성분이

   된다.

3. 유도전동기의 기동전류는

 - 철심이 없어 여자전류가 비교적 크다.

 - 또한, 기동 시에는 슬립이 0이므로 회전자에는 고정

   자권선이 발생하는 자속이 거의 대부분 쇄교되어

 - 정격전류에 도달하기 전까지 비교적 큰 기동전류가

   흐르게 됩니다.

4. 단락 전류는 전압에 뒤진 지상전류이므로 이 또한 단락 시 전압의 위상 및 X/R비에 따라 직류분이 생기게 됩니다. 변압기 여자돌입전류도 전압의 위상과도 관계되고. 단락  전류도 전압의 위상에 따라 관계되는 것이 전기공학의 L C의 오묘한 점이라 하겠습니다. X/R 비가 매우 큰 회로라면 전압에 대해 거의 90도 뒤진 전류가 흐를 것이므로 위의 맥락과도 통할 것이라 볼 수 있습니다

Q. 전기 입문한지 얼마 안되는 초보입니다. VCB, ACB, 발전기조작 전원은 DC로 되어 있던데 왜 ATS는 AC로 되어 있나요?

ATS의 경우, 한전전기가 살았는지, 발전기 전기가 살았는지를 확인하는 회로로 구성되어 있습니다. 한전전기가 공급될 때는 아시다시피 380V/220V니까 AC가 되고, 발전기가 돌아서 나오는 전기도 AC가 됩니다. 어느 쪽 전기가 살았는지 죽었는지만 확인하면 되는ATS는 그래서 AC 전원이 조작회로로 구성되는 것입니다.

Q. 이번엔 처음으로 태양광발전에 입문하였습니다.

1. 태양광 발전 시스템에서 전기 배선 시 접지를 해야 하는데. 직류, 교류 접지 시 인버터내 단독으로 접지를 하는지 아님 공통으로 접지하는지요, 인버터 기구 내에 접지하는 단자가 직류와 교류에 각각 있습니다. 어떻게 해야 할지요. 그리고 인버터 내에 단자대 접지를 생략하고 전로 퓨즈로 개선하던데. 그 사양 및 방법은 어떻게 되는지요?

2. 태양전지에서 인버터까지의 직류전원을 접지를 생략한다고 하는데 그 이유를 알고 싶습니다.

3. 태양광 발전 시스템에서 교류 접지 시 접지개소 및 3종과 특 3종을 따로 해야 하는 이유와 만일 굳이 3종을 생략하고 특 3종을 할수 있는지 그 이유를 알고 싶습니다.

컴퓨터 장비, 정보통신 장비의 경우의 접지는 공통으로 잡아 접지를 단독으로 많이 잡습니다.

인버터는 접지회로를 기능회로 즉, 실제 전류가 흐르는 회로의 일부로 사용하지 않는 걸로 알고 있습니다. 접지 측에는 퓨즈를 삽입하지 않는 것이 일반적이나, 접지전류가 많이 흐를 시 회로를 보호하기 위해 퓨즈를 삽입한다면, 1A 미만의 퓨즈를 삽입해도 될 것으로 생각됩니다.

2. 직류회로의 접지를 +극이든, -극이든 어느 단자든 잡을 수도 있고, 잡지 않을 수도 있습니다. 실용상 접지를 잡느냐 잡지 않느냐는별 큰 의미는 없습니다. 단지, 접지를 잡게 되면 반대 측 극성에는 해당 전압이 그대로 걸리게 되어 이 극성에는 전위가 높아 이쪽 극성에 연결된 전자회로의 전압절연내력에 약간의 부담을 줄 수 있겠습니다. 만일 접지를 잡지 않으면, 양쪽 극성에 같은 전위(전체 전압의 절반)가 걸리기 때문에 전압절연내력에 부담을 덜 주기 때문일 것입니다.

3. 특 3종까지 할 필요는 없다고 생각되며, 특 3종을 하게 되면 당연히 레벨낮은 3종은 할 필요가 없겠지요.

Q. 주상 변압기에서 저접으로 4가닥의 선이 빠지죠. 보통 맨 윗선을 중성선. - 선? 아래 3가닥의 선을. + 선이라고들 하던데요. 우리나라는 교류방식인데. 왜 저게 정해져 있는 거죠?

A. 교류전압에서는 +, - 라는 표현은 사용하지 않습니다. 중성선을 가끔 - 선이라고 표현하는데 그것은 올바르지 않습니다.

그건 아마 한전 일단 접지변압기에 보면 변압기 설치 후 2차 선로 연결 시 접속할 때 알아보기 쉽게 하기 위하여 +, - 표시를 해놓기는하지만 그 +, - 가 직류의 +, - 의 표현은 아닙니다... 한전 변압기에 표시된 +, -는 변압기 2, 3대 연결시 연결할 때(접속하기) 헛갈리지 않게 하기 위해 간단하게 표기해 놓은 것입니다.

Q. 예전에 면접 볼 때 질문 받은 건데. 사실 차단기를 학교에서 실습 때 쓰기나 했지 막상 물어보니 잘 모르겠더라구요. 배선용 차단기와 누전차단기의 차이점과 실무적으로 어떤 곳에 어떤 차단기를 사용하는지 알고 싶습니다.

A. NFB랑 ELB 약자에서 힌트가 있습니다.

NFB- 배선용 차단기는 일단 단락전류(쇼트) 및 과전류에 Trip 조건을 가지고 있고 누전(지락전류)에는 Trip 하지 않습니다.

ELB- 누전 차단기는 말 그대로 지락전류가 감지되었을 때 Trip 합니다 ELB 차단기 내부에 영상변류기(ZCT)라구 있는데 피복이 손상된 부분이 땅이나, 정상적인 계통도가 아닌 누전을 감지하여 ELB 를 차단합니다.

차단기는 다기용량의 기준치 1.25배?(맡는겨) 이상 과전류가 흐르면 Trip 하니깐 단락이 발생하면 ELB는 누전이 아닌 과전류 검출로인하여 TRIP 됩니다.

Q. 380/220v 모터에는 3상 즉 380이겠죠? 모터 4개 히터 1개 환풍기 1이나 모터가 총 6개입니다.

각각 전력은 0.75kW, 0.15kW, 1.5kW, 120w, 90w, 120w입니다. 여기서 p = vi, = i = p/v입니다. 이렇게 계산을 하면 7.1a가 나와요. 그러면 과전류차단기는 7.1a보다 한 단계 윗자리 쓰면 되는 건가요?

A. 모터부하와 히터 부하를 구분하여 모터 부하의 정격전류(Im)가 50A 이하이면 1.25배, 50A가 넘으면 1.1배하고, 히터 정격전류(Ih)를 더하여 전선의 허용전류 Ia를 구합니다. 그리고 나서, 차단기 허용전류(Ib)<= 3Im+Ih <= 2.5Ia 를 계산하여 더 작은쪽 값을 차단기로 선정합니다. 직접 풀어 드리고 싶지만 계산해서 구해보세요. 3상에서의 전류 구하는 공식은 I = P / 루트 3×V×COS 세타 입니다.

A. 배터리 AH값을 줄이면 가격을 줄이는 장점이 있지만, 보수율이 높아지는 단점이 있습니다. 500AH 배터리로 5년간 이상이 없었다고 해도 300AH 도 같은 수준을 유지하지는 않습니다.

그리고 정전보상시간도 영향을 받습니다. 정전이 잦지 않고 발전기가 백업용으로 설치되어 있으면 교환하셔도 될 것 같고, 하지만 한번 정전되면 1시간 이상 지속될 수도 있다면 기존 용량을 사용하시기 바랍니다. 배터리용량은 실부하 34%에 인버터변환 손실을 더해 산출해야 합니다.

Q. 전자접촉기와 전자개폐기를 정확한 용도를 알고 싶습니다. 현장 경험이 없으니 개념이 안 잡힙니다.

A. 둘다 스위치 기능이잖아. 라고 생각하면 같은 것인데요. 전자접촉기는 Magnetic Contactor, 전자개폐기는 Electronic Switch 이므로전자개폐기 종류중에 모터 브레이커, 전자접촉기, 릴레이, SSR, 등이 포함된다고 보시면 될것 같아요. 전자개폐기는 주로 자동트립기능이나 자동절체기능이 필요하면서 고압 대전력 선로에 사용되는 VCB(진공차단기) 같은 것들을 말하고, 전자접촉기는 원격제어, 또는 과전류보호와 같이 자동화 회로를 구성하기 위해 주로 사용합니다. 전자접촉기를 전원의 입력차단기로 사용하면서 전자개폐기로 명칭 하기도 합니다.

Q. 배전반 전압이 360V까지 떨어져서 부스바을 재보니 다행히 계기가 노후되어 그렇더군요. 그런데 R-S상: 375V가 나옵니다. 다른상은 379~380V로 나오고요. 상간 부하는 170A, 150A, 160A가 나옵니다. 이 정도로 저 차이가 나는게 정상인가요? 아니면 어떤 문제가 있을까요?

RISING SUN, CATCH THE ENERGY 

10조4천억 시장 잡기 대기업 경쟁치열… 태양광, 신재생에너지 산업 견인 역할 

태양광은 신재생에너지를 대표하는 ‘큰형’ 뻘이다. 시장 전망도 매우 밝다. 지식경제부 발표 자료에 따르면 태양광산업은 2004년 330억원에서 2007년 4,411억원 그리고 2010년에 5조9,097억원으로 급성장했으며, 이는 2004년 대비 179배, 2007년 대비 13.4배로 증가했다. 2010년은 전년대비 89% 증가했다. 국내 태양광산업의 급성장을 바탕으로 2011년 태양광산업 매출액은 전년대비 76.4% 증가한 10조4,231억원 전망이다. 이처럼 태양광 산업의 규모가 커지면서 기존 태양광 사업을하고 있는 기업들은 투자 및 사업 규모를 확대에 하고 있는 데서 잘 나타난다. 자본력을 갖춘 대규모 전기·중공업·에너지 기업들이 적극적으로 진출하고 있다.  

대기업들 대거 진출 시장 쟁탈 각축전  

대표적인 기업으로 현대중공업은 태양광 모듈과 태양전지 분야에서 국내 최대의 생산규모를 갖추고 있다. 연간 320MW(메가와트)의 태양광 모듈과 370MW의 태양전지를 생산하고 있으며, 오는 2012년까지 연간 생산능력을 각각 1GW(기가와트) 규모로 확대할 계획이다. 

SKC는 태양전지용 폴리에스터 필름, EVA시트 및 불소 필름을 모두 개발하는 유일한 업체로, 관련 시장에서 두각을 나타내고 있다. 자회사인 SKC솔믹스를 통해 폴리실리콘웨이퍼를 양산, 태양전지소재분야에서 일괄 생산체계를 갖추게 될 예정이다. 2015년에는 태양전지소재분야에서만 5천억원 이상의 매출을 달성하겠다는 목표도 세웠다. 

삼성전자와 LG전자 등 대기업들도 태양광 사업에 속도를 내고 있다. 삼성전자는 태양광 부문에 앞으로 10년간 6조원을 투자, 10년 뒤 태양광 사업에서 연간 10조원의 매출을 올린다는 목표를 세웠다. 특히 삼성정밀화학이 폴리실리콘 사업에 진출함에 따라, 계열사 간 수직계열화가 완성된 상태다. 

LG전자는 2013년까지 1GW 규모의 태양전지 생산능력을 달성하기 위해 설비와 인력을 확충하고 있으며, LG화학 차원에서도 폴리실리콘 사업 진출 여부를 고민하고 있는 중이다. 

한화그룹도 오는 2020년까지 국내·외를 포함해 약 6조원를 투자, 태양전지의 모듈 설비를 4GW 규모까지 확장할 방침. 포스코도 태양광 발전사업 분야에서 첫 해외 프로젝트를 수주하는 등 관련 사업에 뛰어들고 있다. 태양광산업의 핵심원료인 폴리실리콘 제조업체인 OCI는 폴리실리콘 제조기술을 독자적으로 개발해 원천기술을 확보하고 있다. 현재 10-nine급과 11-nine급 고순도 폴리실리콘을 전 세계에 공급하고 있으며, 생산규모 또한 세계적 수준에 가격 경쟁력까지 갖추고 있어 시장을 주도하고 있다. 생산된 폴리실리콘의 80%가량을 장기공급계약으로 판매하고 있고, 대형 수주도 잇따르고 있다. 

이외에도 웅진, 한화, 신성 등 대기업들이 향후 성장동력으로 태양광 산업을 선택하고 그룹 차원의 역량을 집중하고 있다.  

하지만 세계 시장에 비하면 아직 초보단계다. 태양광 시장은 중국, 일본 등의 메이저업체들이 장악하고 있기 때문이다. 지난 2008년 기준 상위 7개사인 일본 샤프·교세라, 독일 큐셀, 중국 썬텍, 미국의 퍼스트솔라 등이 시장 74%을 점유하고 있다.  

지난해말부터 태양광 시장에 중국 업체의 성장이 두드러지고 있다. 선텍, 잉리, JA솔라, 트리나솔라 등이 세계 7대 태양전지 기업에 속한다. 이들이 지난해 전 세계 생산량의 50%를 차지했다. 

이와 비교해볼 때, 국내 1위인 현대중공업의 생산능력은 중국 1위인 센텍의 3분의 1 정도 수준이다. 지난해 태양광 셀·모듈을 생산하는 한국 업체들은 중국 업체들에 비해 매출액의 10분의 1정도 수준에 머문 것으로 집계됐다. 이들 해외 업체들의 성장은 정부 차원의 든든한 지원이 뒷받침 됐기 때문이라는 건 관련 업계의 공동된 분석이다. 특히 세계 시장에서 약진하고 있는 중국 정부의 지원은 파격적이다. 중국 정부는 지난해에도 국가개발은행을 통해 세계적인 태양광 전문기업인 썬텍, 잉리솔라, 트리나솔라 등에 1,160억위안(20조원)의 저리 시설확대 자금을 지원했다. 

또 642MW에 달하는 294개 태양광프로젝트를 선정해 투자비용의 50~70%를 보조해 주기도 했으며, 태양광발전에 대해 현지기업을 대상으로 kWh(킬로와트)당 2.15위안의 발전 가격을 책정해 지원했다. 

정부, 2015년까지 태양광 포함 40조 투자 

우리 정부도 작년 말, 태양광을 포함한 신재생에너지 산업을 세계 5위 수준으로 끌어올린다는 목표를 세우고, 2015년까지 총 40조원을 이 분야에 투자키로 했다. 하지만 업계의 반응은 구체적 재정 지원이나 금융 세제상의 투자촉진책이 빠져 있어 기업들이 맘 놓고 투자할 수 있는 환경은 미흡하다는 지적이다. 또 관련 기술에 대한 세제 혜택, 우리 제품을 보호하기 위한 인증제도 운영 등이 필요한 부분으로 지적되고 있다. 또 수출보증보험 지원을 확대하고, 국가 차원의 해외시장 정보 제공 및 공정개발원조와 연계해 신시장을 개척하는 등의 전략도 필요하다는 목소리다. 전문가들은 무엇보다 가장 공을 들여야 하는 부분으로 R&D(연구개발)를 통한 원천기술의 확보를 꼽는다. 

세계 태양광 산업의 규모가 커지고 있지만, 시장은 블루오션에서 점차 레드오션으로 바뀌고 있는 형국이다. 관련 사업에 뛰어들만한 기업들은 이미 뛰어든 상태여서 과점화 현상마저 우려되고 있다. 한국태양광산업협회에 따르면, 분야별 10대 업체들의 시장 점유율의 경우 폴리실리콘 80%, 잉곳·웨이퍼 66%, 셀·모듈은 45% 수준이다. 

군산대 김준동 교수팀, 3차원 구조 차세대 태양전지 개발

군산대학교(총장 채정룡) 전기공학과 김준동 교수팀이 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 근간 기술인 입체구조의 3차원 형상을 활용한 태양전지 기술을 개발하였다.

현재까지 개발된 태양전지는 투명전극 사용에서 박막형태로 주로 사용되는데, 이번 연구에서는 3차원 입체구조의 투명전극이 효과적으로 입사광을 빛의 흡수층에 전파하는 매개역할을 하는 기능성 구조를 개발하였다.

이 기술 개발을 주도한 김준동 교수는 “본 기술은 현재 세계적인 선두그룹에서 발표한 3차원 구조 태양전지의 결과보다 앞선 결과”이며, “기존 선점된 외국기술을 뛰어넘을 국내 고유의 태양전지 기술로 발전하는 근간이 될 것”이라고 밝혔다.

김 교수 연구팀이 에너지기술평가원 (KETEP)의 지원을 받아 수행 중인 ‘다기능 접합특성을 이용한 태양전지 효율 향상 기술개발’의 연구 과제를 통해 개발한 이 기술은 성균관대 이준신 교수팀, 이화여대 김동욱 교수팀, 한국기계연구원 최병익 박사팀 등과 연계하여 각 기관 고유기술의 다제간 협업으로 시너지를 낸 것이다.

한편 기술개발에 주도적인 역할을 담당한 김민건 연구원(성균관대 정보통신공학부, 석사 2년 차)은 “이번 기술은 대면적 태양전지에 적용이 가능한 실용특화기술”이라며, “계속된 연구로 향후 더욱 진보한 결과를 발표 할 것”이라고 말했다.

3차원 입체형 투명구조 태양전지는 향후 고효율 태양전지에의 적용뿐 아니라 LED, 디스플레이, 조명기기 등의 광전소자 분야에 폭넓게 이용될 근간기술로 현재 국내특허출원 진행 중이다. 연구 결과는 최근 미국의 유명 저널인 “Applied Physics Letters”에 발표되어 주목받은 바 있다.

김준동 교수팀은 이화여대 김동욱 교수팀 등과 함께 이 기술을 활용한 고성능 태양전지의 효율 향상과 더욱 향상된 혁신기술 개발을 위해 매진하고 있는 것으로 알려졌다.

<출처: 군산대학교>

현대중, 세계 최고 효율 SE 태양전지 개발

현대중공업이 세계 최고 효율을 내는 SE(Selective Emitter) 태양전지를 개발하는 데 성공했다.

SE 태양전지는 도핑(Doping)의 농도차를 통해 효율을 극대화한 태양전지로 미국, 중국, 독일, 일본 등 전 세계 관련 기업 간 효율경쟁이 치열하게 진행되고 있다.

현대중공업이 자체 개발한 SE 태양전지는 최근 세계적 권위의 독일 프라운호퍼태양광연구소로부터 19.7%라는 세계 최고의 효율을 인정받았다. 지금까지는 중국 선텍사의 19.6%가 최고 수치였다.

이번에 개발된 현대중공업의 SE 태양전지는 지금까지 최고 효율을 자랑하는 중국 선텍사의 5인치 제품보다 효율은 높이면서 크기는 1인치 더 키워서 1장당 전력생산량이 4.7W로 57% 늘린 게 강점이다. 크기가 커질수록 효율은 높이기 어렵다는 기술적인 난관을 극복한 것이어서 더욱 주목을 끌고 있다.

또 태양전지의 핵심인 전극의 소재로 구리를 채택해 은을 사용하는 기존 제품보다 제조 비용을 최대 30%까지 낮출 수 있다. 현대중공업 이충동 그린에너지사업본부장(부사장)은 “세계 최고 효율의 태양전지를 개발함으로써 차세대 태양광시장을 선점하는데유리한 고지를 점령했다”며 “앞으로도 R&D를 더욱 강화해 미래 친환경에너지시장을 선도해 나가겠다”고 밝혔다. 한편 에너지 시장조사기관인 솔라앤에너지에 따르면 매년 70% 이상 성장이 예상되는 고효율 태양전지시장에서 SE 태양전지는 점유율이2010년 10.3%, 2015년 50.7%로 늘어날 것으로 전망된다. <출처: 현대중공업>

태양전지와 LED를 결합한 특허출원 증가세