中, 태양전지 상용화 대폭 추진
지난 4월 16일, 중국 내 최초의 대형 ‘태양 에너지를 이용한 발전소’가 중국 칭하이(靑海)성 시닝(西寧)시에서 완공되어 공식 발전(發電) 단계에 들어갔다. 이번 ‘태양 에너지를 이용한 발전소’ 설립은 중국 칭하이성 ‘태양 에너지를 이용한 발전소’의 발전 기술이 국제 선진 수준에 도달하였음을 의미한다. 이번 ‘태양 에너지를 이용한 발전소’는 시닝시 ‘경제 기술 개발 단지’ 내에 건설되었으며 ‘발전소’ 부지는 15무(畝)에 달하고 300kW에 달하는 태양전지를 설치하였으며 연간 발전량은 45만kW 규모에 달할 것으로 전망된다.
지난 4월 15일, 중국 상하이(上海)에 본사를 둔 ‘난퉁(南通) 창성(强生) 광 전자 과학기술 유한 회사’ 사쇼우린(沙曉林) 이사장은 6건에 달하는 ‘박막(薄膜, film) 태양전지’ 및 ‘태양 에너지를 이용한 발전 기술’ 연구 개발 분야에서 달성한 ‘국제적으로 선행 분야에 속하는 최신 연구 개발 성과’를 공식 발표하였다. 중국 내 관련 전문가들의 설명에 따르면, 이번 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’에서 발표한 ‘국제적으로 선행 분야에 속하는 최신 연구 개발 성과’는 ‘태양 에너지를 이용한 발전 원가’를 3년 내에 화력 발전 원가에 접근시켜 ‘태양 에너지를 이용한 발전 원가’가 높은 문제점을 해결하는 중대한 성과로서, 이번 연구 개발 성과의 달성은 중국의 ‘태양 에너지를 이용한 발전 기술’의 상용화를 실현하는 면에서 중대한 기여를 하게 될 것이라고 한다.
중국 내 관련 전문가들의 설명에 따르면, ‘태양 에너지를 이용한 발전 제품’은 중국 내에서 아직 시장을 형성하지 못하고 있는데 그 주요 원인은 원가가 매우 높은데 있다고 한다. 현재 태양 에너지를 이용하여 발전한 전기 가격은 1도 전기 당 5~6위안(약 0.7~0.9달러) 정도에 달하는데 일반적인 화력 발전을 통한 전기 가격에 비해 10배 정도나 더 높은 상황이라고 한다. 이번 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’에서 개발한 ‘태양 에너지를 이용한 박막 전지’의 제조 원가는 외국에서 수입한 동일 유형 제품의 25% 정도 밖에 되지 않고 있다고 한다. 동 제품의 생산 원가는 2년 내에 W당 0.5달러 수준에 달하게 될 것이며 그렇게 될 경우, 태양 에너지를 이용하여 발전한 전기 가격은 1도당 0.65위안(약 0.1달러) 수준에 도달하게 될 것이라고 한다.
관련 설명에 따르면, 국제적으로 ‘제5세대 박막 전지’를 제조할 수 있는 업체들은 많지 않다고 한다. 이번 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 미국의 ‘제3대 진공(眞空) 장비 제조 회사’와 협력하여 국제적으로 최신 ‘박막 전지’ 핵심 부품을 개발하였으며 동 부품을 생산하는 전체 생산 라인은 세계 선진 수준에 도달하였으며 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 현재 이미 ‘제5세대 대면적의 박막 전지’의 양산을 실현하였다고 한다.
‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’에서 생산하는 ‘박막 전지’ 핵심 부품의 ‘전기 전환 효율’도 현재 이미 6.5% 수준을 초월하였다고 한다. 현재 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 두 가지 기술 분야에서 중대한 연구 개발 성과를 달성하여 ‘태양 에너지 전환 효율’을 0.4~0.5% 수준에 도달시켰는데, 동 연구 개발 성과를 기반으로 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 ‘박막 전지’ 핵심 부품의 ‘전기 전환 효율’을 현재의 6.5% 수준에서 7~7.5% 수준까지 향상시킬 수 있게 될 것으로 전망된다.
지난 2007년까지 중국의 태양전지 연간 생산량은 이미 3,000MW 규모를 초월한 상황이지만 핵심 원자재는 외국으로부터의 수입에 의존하고 관련 제품 판매는 해외 수출에 의존해야 하는 상황에 처해 있었다. 현재 중국의 태양전지를 이용한 발전량은 누계로 100MW 규모에 달하였다고 한다. ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 오는 2010년 말까지 500MW 규모에 달하는 발전량을 형성하게 될 것으로 전망된다. ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 현재 중국 장수(江蘇)성 우장(吳江)에 두 번째 공장 건설을 추진하고 있으며 금년 내에 6개의 생산 라인을 구축하게 되고 오는 2010년에 9개의 생산 라인을 추가로 구축하게 될 전망이다. 오는 2010년에 ‘난퉁 창성 광 전자 과학기술 유한 회사’는 중국 내 최대 규모의 ‘비(非) 실리콘 박막 전지’ 생산 업체로 부상하게 될 것으로 전망된다. GTB

태양 에너지 사용을 확대하기 위한
UC 샌디에고와 UC 데이비스의 협력
미국 캘리포니아 지역에서의 태양에너지 개발과 이용을 확대하기 위하여 캘리포니아 에너지 위원회(California Energy Commission)로부터 700,000불의 자금을 지원받아 2년 기한의 프로젝트를 캘리포니아 주립대학 샌디에이고(University of California, San Diego, UCSD)과 UC 데이비스(Davis)가 수행할 것이다. 새로운 캘리포니아 솔라 에너지 콜래보라티브(California Solar Energy Collaborative)는 현재 존재하는 태양 에너지에 대한 연구를 분석하고 자료가 불충분한 틈새 지역들에 대한 연구를 진행할 것이며 캘리포니아의 태양 기술 개발과 사용에 따른 풍경 변화를 지속적으로 고찰함으로써 연구에 기반한 태양 에너지와 관련된 사람들 간의 합의를 이끌 것이다. 또한 새로운 협력을 통해서 캘리포니아가 2017년까지 3,000메가와트의 태양광 발전 설비를 설치한다는 야심 찬 목표를 달성하도록 도와줄 것이다. UC 샌디에이고에서 진행되는 태양에너지 관련 연구들은 공학부에 의해서 진행되고 있다.
UC 샌디에이고 공학부의 학장인 프리더 시블(Frieder Seible)에 따르면, UC 샌디에이고의 캠퍼스는 청정 기술들을 개발하기 위하여 매우 역동적으로 활동하고 있는데, 학생들, 교수들, 직원들, 기타 행인들이 캠퍼스에서 매일 전력을 생산하고 에너지를 소비하는 것을 인식하게 만들기 위하여 찰스 리 파웰 구조 엔지니어링 실험실(Charles Lee Powell Structural Engineering Laboratory)에 의해 공공 LED 전시물을 설치하였다. 1메가와트의 광발전 설비 용량을 가지고 있으며 추가로 1.4메가와트의 전력이 2009년 말에 연결될 UC 샌디에이고 캠퍼스는 현재 모든 캘리포니아 주립대학의 시스템들보다 더욱 많은 광발전 에너지를 생산하고 관리하고 있다고 프리더 시블 학장은 덧붙여 말했다.
태양 협력(Solar Collaborative)의 목표들 중의 하나는 캘리포니아주를 위한 포괄적인 에너지 정책을 설립하는 것을 도와주는 것이다. 에너지 정책에는 캘리포니아에 태양 기술들을 도입하기 위한 로드맵의 개발도 포함된다. UC 샌디에이고와 UC 데이비스는 시장과 성장 경향들을 평가함으로써 태양 기술들이 가장 효율적인가를 결정하고 규제, 경제적인 장벽들, 재정 장벽들의 평가 작업도 진행할 것이다.
캘리포니아 태양 에너지 협력은 캘리포니아 재생 에너지 프로그램 하에 이루어진다. 재생에너지 프로그램은 바이오매스, 지열, 풍력 에너지 등의 3분야를 포함한다. 태양 에너지 협력을 통해 이루어지는 전체 자금은 3백만 달러이다. GTB

향상된 변환 효율을 가진
플라스틱 태양전지
플라스틱 태양전지는 가볍고 유연하며 저렴하게 만들 수 있는 장점이 있다. 그러나 지금까지 가장 많이 쓰이고 있는 실리콘 태양전지와 경쟁하기에는 너무 비효율적이었다. 몇 개의 연구 기관에서는 전례가 없는 효율성을 가진 폴리머 태양전지를 만들었다고 주장했다. 이러한 전지들도 여전히 실리콘과 경쟁하기에는 충분하지 않지만 폴리머 태양전지의 광 변환 효율은 1년에 약 1%의 비율로 증가하고 있다. 이런 추세대로라면 플라스틱 태양 전지는 몇 년 안에 실리콘과 경쟁할 수 있을 것이라고 연구진은 말했다.
Nature Photonics의 온라인 판에 게재된 이 연구에서 연구진은 태양 에너지의 6.1%를 전기로 변환시킬 수 있는 폴리머 태양 전지에 대해서 보고했다. 이런 향상된 효율은 폴리머 태양전지가 앞으로 더 발전할 가능성을 보여준다고 산타 바바라에 있는 캘리포니아 대학(University of California)의 알랜 헤거(Alan Heeger) 교수가 말했다. 알랜 헤거 교수는 2000년도에 전도성 폴리머를 처음 개발하여 노벨 화학상을 수상했다.
이 연구 결과들은 이전 연구결과의 변환 효율이 약 5%인 점과 비교할 때 매우 향상된 것이다.
아무리 잘 설계된 플라스틱 태양전지일지라도 활성화 층을 이루고 있는 폴리머의 본질적인 한계를 벗어나지 못한다. 지금까지 만들어진 폴리머는 상대적으로 좁은 대역의 광을 흡수할 수 있다. 이것은 다른 대역의 광을 포착하도록 폴리머의 적층 박막을 설계하여 전원-변환 효율을 촉진하는 것이 가능하다. 사실 과거에도 어떤 성공적인 연구가 있었다. 그러나 이런 방법들은 중요한 단점을 가졌다. 층화(layering)의 실패로 제조비용이 증가되는 단점이라고 태양전지를 연구하고 있는 시카고 대학(University of Chicago)의 유기 화학 교수인 루핑 유(Luping Yu)가 말했다.
이 전지의 성능을 향상하기 위한 한 가지 방법은 폴리머로부터 흡수되는 모든 단일 광자를 수집하여 전자로 변환시키도록 하는 것이다. 연구진은 이 내부 효율을 향상시킴으로서 전지의 전체 효율을 촉진시켰다. 이 박막 속으로 얼마나 잘 전자들이 움질 수 있는지는 박막을 만드는 두 개의 요소들 사이의 경계면의 특성에 달렸다. 캘리포니아 대학 연구진이 만든 전지는 전도성 폴리머와 풀러렌(fullerene)이라고 불리는 축구공 모양의 탄소 화합물로 구성이 테스트 결과로 거의 완벽한 내부 효율을 가진 전지가 만들어졌다는 것을 알았다. 흡수된 모든 광은 전하로 변환되었다고 이 연구에 참여한 스탠포드 대학(Stanford University)의 화학공학과 교수인 제난 바오(Zhenan Bao)가 말했다.
폴리머 태양전지의 시장 지배력은 와트(watt) 당 제조비용에 달려 있기 때문에 효율의 증가는 매우 중요하다. 10% 변환 효율을 이끌기 위해서 더 많은 에너지 스펙트럼에 반응하는 새로운 물질을 중합하고 있다고 연구진은 말했다.
유기 물질들은 가시광선에서 여전히 한계를 가지고 있다고 연구진은 말했다. 그러나 많은 태양 에너지는 적외선 스펙트럼 주위에 분포하고 있어서 폴리머 과학자들은 이 대역을 흡수할 수 있는 태양전지 물질을 연구하고 있다. Solarmer Energy와 협력하여 연구하고 있는 이번 연구진은 7% 효율을 얻을 수 있는 더 짧은 파장의 광을 흡수할 수 있는 물질을 사용했지만 이 결과들은 아직 공개되지 않고 있다. GTB

미국의 태양광발전시스템 설치비용
(1998~2007년)
2009년 2월 미국에너지부(DOE: Depart
ment of Energy) 로렌스 버클리국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)는 1998년~2007년에 미국 그리드(grid) 연계 태양광발전(PV: Photovoltaic) 시스템 설치비용의 경향을 정리한 보고서를 발표하였다.

(1) 총 설치비용
- 데이터세트의 전(全) PV시스템의 평균 설치비용(단위는 2007년 실질달러/설치와트로 계산, 여러 가지 직접적 장려금, 세액공제를 받기 전의 액수)은 1998년 $10.5/W
(1$=1,274원, 2000.05.05)에서 2007년 $7.6/W로 감소하였다. 이것은 년간 평균 $0.3/W 감소된 것으로 실질가치환산(real dollars)으로 3.5%/년 감소에 상당한다.
- 설치비용이 전체로서 경시적으로 저하되고 있는 것은 주로 비모듈계의 비용이 감소되었기 때문이다(각 시스템의 총 설치비용에서 세계 모듈의 연간 평균물가지수를 빼고 산출). 1998년~2007년의 비모듈계 비용 평균은 $5.7/W에서 $3.6/W로 감소하였다. 이것은 동 기간의 총 설치비용의 평균 감소액의 73%에 상당한다.
- 평균 설치비용의 경우 100kW 미만의 시스템 설치비용은 1998년부터 감소되었다. 설치비용이 절대치로 감소하고 있는 것은 5kW 미만의 시스템이며, 1998년 $11.8/W에서 2007년에는 $8.3/W로 감소하고 있다.
- PV설치비용에는 큰 규모의 경제성(economies of scale)이 인정된다. 예를 들면, 2006년 또는 2007년에 설치 완료된 2kW 미만의 시스템 평균 설치비용은 $9.0/W, 750kW이상의 시스템의 평균 설치비용은 $6.8/W였다.
- 평균 설치비용은 주(州)에 따라 크게 다르다. 2006년 또는 2007년에 설치 완료된 10kW 미만의 시스템 평균 설치비용의 경우 제일 낮은 주는 애리조나주로 $7.6/W(계속하여 캘리포니아주(평균 $8.1/W), 뉴저지주(평균 $8.4/W))이며, 제일 높은 주는 메릴랜드주로, $10.6/W이다.
- 주택용 PV시스템을 신축에 설치하는 경우는 추가로 설치하는 경우보다 비용의 우위성이 있다. 캘리포니아주의 신흥재생가능에너지프로그램(Emerging Renewable Program)에 의한 조성을 받아, 2006년 또는 2007년 이내에 설치 완료된 1~3 kW의 PV시스템에 대해서는 추가로 설치된 경우보다도 신축에 설치된 경우가 비용이 $0.6/W로 약간 저렴했다.
- 2006년 또는 2007년에 설치된 10kW 미만 시스템의 RACK MOUNT형 모듈이 평균 $0.5/W이상 비용이 높은 것으로 판명되었다. 2006년 또는 2007년에 설치가 완료된 대규모 PV시스템의 평균 설치비용에 대해서는 결정계와 박막계의 시스템간 큰 차는 없었다.
- 현재 입수할 수 있는 한정된 구성요소 레벨의 비용데이터(100kW 미만의 시스템만 대상)에 의하면 모듈의 비용은 평균 총 설치비용의 50%, 인버터의 비용은 10%로 되어 있다. 소규모 주택용 PV시스템에는 간접비 비용이 높은 것과 법규제의 준수를 위한 비용, 그 외의 비용($/W 베이스)이 대규모 PV시스템보다도 소요되는 등 과제가 있다.

(2) 장려금 등의 인센티브를 공제한 순수한 비용
- 주와 전력회사의 PV장려금은 2002년~2007년의 기간, PV시스템 전(全) 사이즈로 대폭 감소하였다. 예를 들면, 2002년~2007년 5kW 미만의 시스템에서는 장려금(세금공제전)은 평균 $1.9/W 감소하였다(2002년 $4.3/W에서 2007년 $2.4/W).
- 그러나 2006년 상업용 PV시스템의 연방투자세액공제(ITC: investment tax credit)가 증가한 결과, 상업용 PV시스템의 장려금(세액공제 후)의 총액(예를 들면, 주/전력회사의 장려금과 주 ITC 및 연방정부 ITC를 더한 금액 등. 다만, 재생가능에너지증서의 판매에 의한 수입과 가속상각(accelerated depreciation)의 가치는 뺀다)은 2007년에 $4.0/W가 되었다. 이것은 과거 최고액이다. 한편, 주택용 PV시스템의 장려금(세액공제 후)의 총액에 대해서는 2007년에는 평균 $3.1/W였다. 이것은 2001년 이후로 가장 낮은 레벨이다.
- 2001년~2007년의 주택용 PV시스템의 장려금(세액공제 후)의 총액이 전체적으로 감소함으로써 주택용 PV시스템의 순수 설치비용(설치비용에서 주/전기회사의 장려금의 액수와 세액공제액을 뺀 것)은 2007년에 평균 $5.1/W였다. 이것은 2001년을 불과 1% 하회하는 값이었다. 그러나, 상업용 PV의 순수 설치비용에 대해서는 2007년 평균 설치비용이 과거 최저에 가까운 $3.8/W가 되며, 2001년의 평균 순수 설치비용을 32% 하회하는 결과가 되었다.
- 주택용 PV시스템의 장려금과 순수 설치비용은 주마다 크게 다르다. 2007년에 설치 완료된 주택용 PV시스템의 각종 장려금의 총계(세액공제 후)에서는 메릴랜드주의 최고 평균비용이 $7.7/W이었다. 이것과 같이 상업용 PV시스템에 대한 장려금과 순수 설치비용에 대해서도 주에 따라 크게 다르다.
- 2005~2007년의 평균 설치비용은 보합상태였으나, 앞으로 수 년간 PV의 고용경제성이 대폭 변화할 가능성이 있다. 산업전문가의 대부분은 PV모듈이 2009년에 공급과다가 되어 모듈가격이 낮아져, 총 설치비용도 낮아질 가능성을 예측하고 있다. 그리고, 2009년에 시작된 주택용 PV의 연방정부 ITC의 상한 인상도 주택의 순수 설치비용의 삭감으로 이어질 것으로 예상된다. 이것으로 앞으로 수 년간은 주택용 PV시장이 다시 어느 정도 중요시될 가능성이 있다. GTB

태양패널 브랜딩과 인텔의 교훈
태양패널 기업들은 종종 자신들의 산업을 칩 산업과 비교한다. 그러나 그들이 칩 기업들로부터 배우지 못하고 있는 한 가지는 바로 소비자에게 직접적으로 다가가는 마케팅이다.
태양패널 기업들은 아마도 Intel이나 nVidia와 같은 칩 회사들이 브랜드 충성도를 발전시키기 위해 취했던 전략을 고려해야 할 것이다. 일반적으로 소비자들은 트랜지스터의 내부가 어떻게 작동하는지 설명할 수 없다. 대신 그들은 “Intel Inside”나 “Centrino”와 같은 스티커를 볼 수 있도록 교육받을 뿐이다.
일반적으로 소비자들은 그들이 어떤 기업의 태양패널을 사기를 원하는지 구체화하지 않으며, 결정 실리콘과 박막 패널 간 차이점을 이해하려고 하지도 않는다. 다만 그들은 설치비용으로 얼마나 많은 돈이 나가는지와 설치하면 얼마나 많은 돈을 절약하는지에 대해서만 고민한다.
그것은 여러 브랜드를 제공하고 있는 설치 업체가 곧 패널 제조업체에 대한 주요 마케터가 된다는 것을 의미한다. 태양에너지 기업은 First Solar와 같이 운영할 수 있다. First Solar는 SolarCity에 돈을 투자하고, 설치 업체에 패널을 판매하고 있다. SolarCity는 현재 First Solar의 박막형 태양패널을 대다수의 일반인 고객들에게 권고하고 있다. 그러나 많은 다른 설치 업체들은 박막필름의 낮은 전력전환율 때문에, 가정집 지붕과 같은 한정된 공간에는 적합하지 않다고 생각하고 있다. GTB

中, 태양 에너지 發電 목표를 지금의
4배로 확충 예정
중국 ‘국가 발전 및 개혁 위원회’ 산하 ‘에너지 연구소’ 왕중잉(王仲穎) 연구원은 지난 5월 6일 중국 베이징(北京)에서 개최된 ‘제3회 국제 태양 에너지 발전(發電) 대회’에서 “중국 정부는 이미 확정했던 ‘오는 2020년까지 태양 에너지 발전 규모를 180만kW 규모에 도달시킨다’는 목표를 더욱 규모가 큰 목표로 조정하게 될 것이며, 새로운 목표는 1,000~2,000만kW 규모에 도달하게 될 것”이라고 발표하여 주목을 받고 있다. 중국 정부가 2020년까지 태양 에너지 발전 규모를 1,000만kW 규모로 확충하게 될 경우, 확충 규모는 원 계획 목표의 4배에 달하게 된다.
왕중잉 연구원의 설명에 따르면, 중국 정부는 현재 제정 단계에 있는 중국 ‘국가 신 에너지 산업 진흥 계획’을 통해 ‘태양 에너지 발전 신 목표’를 제정하게 될 것이라고 한다. ‘180만kW 규모의 태양 에너지 발전 목표’는 중국 정부가 지난 2007년 8월에 제정한 ‘재생 가능 에너지 중, 장기 발전 계획’에서 확정한 목표에 속한다고 한다.
지난 2008년 10월부터 발생한 국제 금융 위기로 인해 주요 태양 에너지 발전 시장인 유럽의 ‘태양 에너지 발전 프로젝트’들이 대부분 중단 상태에 처하게 되어 전 세계의 태양 에너지 산업은 공급 과잉 국면에 처하게 되었다. 태양 에너지 발전에 필요한 ‘다결정 실리콘’, ‘실리콘 편’ 등 원자재와 배터리, 스텍 등 부품들의 판매 가격은 30% 정도 하락한 상황이다.
이런 상황은 중국 국내 태양 에너지 발전 산업 및 관련 제품, 부품 제조업 발전을 추진하고 태양 에너지 발전 산업을 대폭 육성할 수 있는 기회에 직면하게 되었다고 왕중잉 연구원은 강조하였다. 중국은 지난 2007년도에 이미 전세계적으로 규모가 제일 큰 ‘태양 에너지 발전 및 관련 제품 제조 기지’로 부상하였다고 한다. 지난 2008년도에 중국의 태양 에너지 발전량은 200만kW 규모에 도달하였으며 태양 에너지 발전 능력은 500만kW 규모에 도달하였다고 한다.
지난 2008년도 말까지 중국 내에는 이미 300개에 달하는 태양 에너지 발전 업체 및 관련 부품과 제품 개발 업체들이 활약하고 있으며 새롭게 건설하고 있거나 설립을 계획하고 있는 ‘다 결정 실리콘’ 제품 개발 업체는 50개에 달하고 있다고 한다. GTB