유럽, 태양광산업에 대한 보호주의
움직임 확산
현재 유럽에서는 대체로 중국 태양광 기업으로부터 유럽 태양광 기업을 보호하기 위해 규제를 강화해야 한다는 목소리가 높아지고 있다. 반면, 중국과 미국 또한 자국의 기업을 보호하는 노력을 강화하고 있다.
경제가 어렵고 경쟁이 치열한 경우 보호주의를 채택하기가 쉬어 보인다.
예를 들어 2009년 2월 미국 의회를 통과한 경기부양 패키지에는 “buy American” 조항이 들어 있다. 그리고 중국은 최근 몇 달 동안 자국 태양광 기업들을 육성시키기 위한 일련의 인센티브를 발표하였다. 그런데 이러한 보호주의가 유럽에까지 확산되고 있다. 독일의 태양광 기업 임원진들은 최근 몇 주 동안 정부에 중국 기업과 같이 저가공세로 들어오는 기업들로부터 독일의 기업들을 보호해달라는 요청을 하였다. SolarWorld의 CEO인 Frank Asbeck이 특히 두드러지게 목소리를 높였다. 그는 공공 태양에너지 프로젝트에 대해 “buy European” 규제를 신설하는 것을 지지하고 있다.
Asbeck 사장은 8월 셋째 주 Bloomberg에서 독일이 유럽에 만들어진 태양광 패널에만 보조금을 주어야 한다고 주장했다. 독일은 현재 태양광에 있어 강력한 인센티브로 인해 많은 기업들에 가장 큰 시장으로 여겨지고 있다. 다만 그는 다른 지역의 태양전지를 유럽에서 태양광 패널에 조합시키는 것에 보조금을 주는 것은 용인할 수 있다고 언급하였다. 현재 미국의 경기부양법(American Recovery and Reinvestment Act)은 “buy American” 조항을 포함시켰다. 비록 그 법이 지원하는 공공 프로젝트에 한해 그 조항이 효력을 갖지만, 미국 내에서 생산되는 철강, 제조품 등에 포괄적으로 적용된다. 그 경기부양법은 연방, 주, 지역 정부 기관의 여러 재생에너지 및 에너지효율 프로젝트에 수백만 달러를 지원할 것이다. 그러나 기업들은 수많은 면제조치를 받을 수 있다. 그 조항은 또한 미국과 다른 국가 간 맺은 무역협정을 파기하지 않을 것이다. 이에 미국제품이 아닐지라도 상당 부분 그 조항의 규제를 받지 않는다.
중국은 자국에서 진행되는 태양에너지 프로젝트의 설비에 대해 막대한 보조금을 지급할 계획을 구상하고 있다. 이미 많은 중국 제조업체들은 그 인센티브를 활용하기 위해 관련 프로젝트를 추진할 것이라고 발표하였다. GTB

中, 풍력발전, 태양에너지 산업 과잉투자 사전 차단에 나선다
생태환경 파괴로 인한 자연재해가 늘어나고 지구 온난화가 지속되면서 세계적으로 녹색성장, 친환경 에너지 연구 개발이 급선무가 되고 있다. 특히 최근 들어 중국이 세계 제조공장으로 자리를 잡으면서 대량의 자연자원을 소모해 경제성장을 견인하고 있어 친환경 에너지 개발이 더욱 중요시되고 있는 시점이다.
이에 따라 중국 정부가 대량이 녹색에너지 연구 개발 프로젝트를 추진하면서 풍력발전 및 태양에너지 산업에 거금이 몰리고 있어 벌써부터 과잉현상이 나타나고 있다. 이를 감안해 지난 8월 26일 중국 국무원 원자바오(溫家寶) 총리의 주재로 국무원 상무회의가 열렸으며 이 상무회에서 부분적인 산업 과잉과 중복건설을 막기위한 대책을 연구 토론했다.
이날 회의에서 원자바오 총리는 “철강 시멘트, 비철금속 과잉생산을 더욱 엄격하게 제어해야 할 뿐만 아니라 풍력발전, 태양에너지, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD) 분야에서의 중복투자 및 과잉생산조짐이 나타나고 있어 과잉생산을 막기위한 대책 마련이 시급하다”고 밝혔다.
원자바오 총리는 “현재 중국 경제는 안정적인 회복기에 들어서고 있어 반드시 성장을 보장하는 가운데 구조조정을 추진해야 하며 성장 제어와 최적화가 잘 결합되고 신흥산업과 전통산업 업그레이드가 잘화되는 국면이 형성되어야 한다”고 강조하면서 “중점적으로 철강, 시멘트, 평판유리, 석탄화학 공업, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이, 풍력발전 장비 등 산업들이 건강하게 발전할 수 있는 대책을 마련해야 한다”고 강조했다. 이에 따라 중국 정부는 철강을 비롯한 과잉생산 산업에 대한 허가관리제 강화는 물론 과잉투자가 나타나고 있는 에너지소비 향상 및 환경보호, 자원 종합이용 등 분야의 산업에 대한 허가제도도 강화할 것으로 전망되고 있다. 특히 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 등 신흥산업 분야의 허가제도도 진일보 강화하는 한편 환경 관련 환경평가에 통과되지 못한 프로젝트에 대하여서는 투자를 전면적으로 중단하는 제도를 시행하게 된다.
이 외에도 법과 규칙에 따라 토지사용 제한하고 엄격히 금융정책을 적용하며 중점 산업 조정과 진흥계획 및 관련 산업에 대한 대출 정책요구에 따라 자본시장 융자 심사 허가 절차를 집행하며 정보발표 실시간으로 사회에 관련 산업정책 동향 및 산업규모를 발표하는 제도를 구축, 산업 및 생산에 대한 정보를 통일적으로 모니터링하여 과잉생산을 사전에 예방하는 제도를 마련하게 된다. GTB

中, 태양 에너지 국가 강제 표준 제정
작업 공식 가동
중국 최초의 ‘태양 에너지를 사용하는 열수기(熱水器) 시스템’ 관련 ‘국가 강제 표준’이 제정될 예정이어서 사회 각 분야 주목을 받고 있는 상황이다. 최근 개최된 ‘가정용 태양 에너지 열수 시스템의 에너지 효율 한계치 및 효율 등급’ 국가 표준 제정 대회에서 발표된 관련 내용에 따르면, 중국에서 현재 ‘태양 에너지를 사용하는 열수 시스템 국가 표준 제정 작업’이 공식 가동되었으며 오는 10월에 에너지 효율 표준 초안이 완성될 예정이라고 한다.
관련 설명에 따르면, 중국의 이번 ‘태양 에너지를 사용하는 열수기 시스템 에너지 효율 표준 초안’은 중국 내 81개 기업체들이 생산하고 있는 다양한 제품에 대한 테스트 및 연구 결과를 기반으로 제정되었다고 한다. 중국 ‘국가 태양 에너지 열수기 품질 감독 검사 측정 센터’의 허토우(何濤) 센터장의 설명에 따르면, 이번에 제정된 ‘태양 에너지를 사용하는 열수기’의 에너지 효율 표준은 ‘열수 저장 용적’인 0.6m3 이하의 태양 에너지를 사용하는 ‘열수 시스템’에 적용되며 5개의 에너지 효율 등급 분류에서 참조하게 되는 표준은 ‘가정용 태양 에너지 열수기 시스템’의 ‘종합 열 성능 계수’에 속한다. 동 ‘계수’는 표준에서 규정한 실험 테스트 조건에 따라 가정용 ‘태양 에너지를 사용하는 열수기’의 일상용 열량에 대한 실제 측정 수치와 표준에서 규정한 수치 간의 비율 및 평균 열 손실 요소에 대한 실제 측정 수치와 표준 규정 수치 간의 비율로 확정한 종합 시스템에 속한다.
이번 ‘태양 에너지를 사용하는 열수기 강제 표준’을 제정하는 과정에서 “에너지 효율 표준은 관련 검증은 어떻게 실행하고, 에너지 효율을 표기하는 제도는 어떻게 실행하는가에 대한 관련 세부 규칙에 대해서도 충분한 토론을 진행하였다”고 한다. 현재 중국 내 태양 에너지를 사용하는 열수기 제조 업체들은 자체적으로 제품에 대한 검사 측정을 실행할 능력이 없는 상황이다. 향후 태양 에너지를 사용하는 열수기에 대해 제조 업체들이 자체적으로 제품에 대한 검사 측정을 실행할 수 있도록 하는 실행 세칙 제정도 중요한 과제로 대두된 상황이다. GTB

스프레이 방식을 이용하는 저가의
태양전지 생산 방법
태양전지(Solar cell)가 곧 저렴한 비용으로 생산될 수 있을 것으로 보인다. 태양은 무한한 에너지 원이지만, 태양에너지를 모으는 기술인 현존하는 태양전지의 비싼 가격으로 인한 높은 유지비용으로 인해 석유에 비해 경쟁력이 떨어졌다. 이러한 이유로 광범위하게 태양전지가 사용되기에는 어려움이 있었다.
미국 텍사스 대학의 Brian Korgel 박사는 태양전지 생산시 현재 사용하고 있는 방식인 진공챔버에서 가스상태로 적층하는 방법을 대체하는 기술을 개발하면 지금의 태양전지 가격보다 1/10 만큼 싼 가격에 공급할 수 있을 것이라고 기대한다.
이러한 기술의 개발은 태양전지 테크놀로지와 광전 변환 공학(photovoltanics)을 현재보다 광범위하게 적용할 수 있게 하는데 필수적인 기술이 될 것이다.
지난 2년 동안 Korgel 박사 팀은 저렴한 가격의 나노물질 용액을 광전 변환 공학 또는 태양전지 생산에 적용해 왔다. 생화학과의 Al Bard 박사와 Paul Barbara 박사, 전기전자 공학과의 Ananth Dodabalapur 교수와 함께 일한 이러한 결과를 최근 Journal of the American Chemical Society에 게재하였다.
이 기술은 나노입자를 “잉크”처럼 이용하여 신문이나 그림처럼 지지체 또는 지붕의 한면에 프린트 함으로써 태양전지를 생산하는 공정이다.
Korgel 박사는 빛을 흡수하는 층뿐만 아니라 다른 층들로도 칠할 수 있으며 이러한 과정은 원스텝(one step) 공정이라고 보고했다. 또한 빛을 흡수하는 나노물질은 microscopic구조를 형성하는데 이러한 구조는 높은 빛 에너지 흡수률을 나타내는 디바이스를 만드는데 도움이 되었다고 한다.
2002년에 Korgel 박사팀은 실리콘을 이용한 잉크를 생산함으로써 이와 같은 시도를 한적이 있다. 이번에는 구리 인듐 갈리늄 셀레나이드(CIGS)를 사용하여 값도 싸고 친환경적인 잉크를 제조했다.
CIGS는 실리콘 이상의 가능성을 갖는 물질이라고 한다. 이 물질은 direct band gap을 갖는 반도체로써 태양전지를 만들 때 많은 양이 필요하지 않으면서도 큰 효율을 나타낼 수 있다고 한다. 아직은 에너지 변환 효율 1%를 나타내고 있지만 앞으로 10% 효율을 나타낼 수 있는 연구를 진행중이며, 향후 3~5년 사이에는 상용화할 수 있을 것이라 기대한다고 Korgel 박사는 말한다. 이 잉크는 불투명하기 때문에 창에 뿌려 놓음으로써 창문이 태양전지로써의 역할을 할 수 있는 날이 오기를 기대한다고 한다. GTB

미국, 미생물 색소를 응용한
태양 전지 개발 추진
미군은 조류를 원료로 한 제트 연료나 생활쓰레기 처리로 발전을 하는 프로젝트 등 환경 지향의 프로젝트를 몇 개 추진하고 있다. `Defense News`의 기사는 이러한 프로젝트의 하나로서 미국 공군에 의한 미생물 색소를 응용한 발전 연구에서의 지원을 소개하고 있다. 이 색소는 태양 에너지를 전기로 전환하는 것으로 얕은 물가에서 자라는 보라색 미생물에 포함되어 있다. 이 미생물은 태양광을 이용하여 이산화탄소를 탄수화물로 바꾸어 이것을 에너지원으로서 이용하고 있다.
워싱턴 대학 다야 미노루(Taya Minoru) 교수 연구실은 이 색소의 합성 판을 개발하여 그것을 태양 전지판 부품에 조립하였다. 이렇게 해 만들어진 색소 증감 셀이 태양광을 받으면 색소에 의해 전자 회로가 생겨 전기가 발생된다. 이 프로세스는 여러 번 반복 가능하고 셀은 거의 교환할 필요가 없다. 이러한 셀은 현재 휴대전화의 재충전에 상업 이용되고 있다.
색소 증감 태양전지는 일본도 각사에서 개발되고 있다. 일반적인 설계에서는 2매의 투명 전극 사이에 미량의 ruthenium complex 등의 색소를 흡착시킨 이산화티탄 층과 전해질을 사이에 둔 구조로 현재의 과제는 효율과 수명이며 전기분해액의 증발을 막는 것이 중요하다.
무인 항공기(UAV)에서의 충전에는 대량 셀이 필요하게 되지만, 미군은 이것을 실현 가능한 프로젝트라고 생각하고 있다. 그 큰 이유는 이 색소 증감 셀이 반도체에 비해 염가로 소형인 점이다. 발전 효율은 조금 뒤떨어지지만 제조비용은 4분의 1 정도 밖에 들지 않는다. 그리고 셀이 경량이면서 얇기 때문에 UAV의 날개에 설치할 수 있다.
이것이 확실히 공군이 요구하고 있는 것이다. UAV의 양 날개에 색소 증감 셀의 패널이 배터리를 충전하고 프로펠러나 감시 시스템, 탑재 컴퓨터, 비행 조종 장치에 전력을 공급한다.
이 프로젝트에 지금까지 45만 달러(약 5억 6,250만원)를 투자하고 있는 공군은 인공의 미생물 색소에 의한 UAV 급전은 3~5년 이내에 실현될 것으로 예상하고 있다. 이 셀은 그 전에 다른 프로젝트로 이용될 가능성도 있다. 미군에서는 육군의 텐트에 씌워 내부에 전기를 공급하는 `솔러 차양`도 구상하고 있다. GTB

태양전지, 레이저, 조명의 성능을
개선시킬 Nanospear 
미주리 과학기술대학(Missouri University of Science and Technology)의 연구팀이 더욱 효율적인 태양 전지 제조를 가능하게 하는 기술을 개발하였으며, 이는 단결정 실리콘 표면 상에 미세한 창 모양의 산화아연 결정을 정확하게 배열하고 성장시키는 기술이다.
미주리 과학기술대학의 Jay A. Switzer 박사 등은 Chemistry of Materials지를 통해, 또한 그들의 간단하고 저렴한 기법이 자외선 레이저, 고체 조명(solid-state lighting) 및 압전 장치(piezoelectric devices)를 위한 새로운 재료로 사용 가능함을 보여주고 있다.
이것은 마치 끈 위에 얼음사탕 결정을 성장시키는 것과 같다. 그러나 설탕물이나 끈을 사용하는 대신, Switzer 박사의 연구팀은 아연 이온으로 포화된 알칼리 용액으로 채워진 비커 속에 위치시킨 단결정 실리콘 위에 산화아연의 nanospears를 성장시키는 방법을 사용하였다. 이 과정을 통해 실리콘 표면 위에서 작은 가시와 같이, 기울어지고 단결정의 창 모양 막대기와 같은 것을 만들어 냈다.
이 가시들의 지름은 100~200 나노미터로, 인간 머리카락 굵기보다 수백 배 가늘다. 오직 고성능 전자현미경으로 관찰할 수 있는 나노크기는 10억 분의 1 미터의 크기이며, 일부 나노물질은 그 크기 안에 몇 가의 원자만을 포함하고 있기도 하다.
8월 11일 Chemistry of Materials 온라인 판의 ASAP 부문에 본 연구결과가 게재되었으며, 다음 호에 “Tilted Epitaxial ZnO Nanospears on Si(001) by Chemical Bath Deposition”라는 제목으로 발간될 예정이다.
산화아연은 독특한 물리적 성질을 가진 반도체이다. 이 물질은 빛을 흡수할 뿐만 아니라 방출하기 때문에, 햇빛을 흡수하기 위한 태양 전지로 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라 빛을 방출하는 레이저나 고체 조명으로도 사용 가능하다.
실리콘도 반도체이지만 산화아연에 비해 다른 영역의 빛을 흡수한다. 실리콘 위에 산화아연을 성장시킴으로써, 태양 전지가 흡수할 수 있는 빛의 스펙트럼을 확장시키는 결과를 낳고 있다. 산화아연-실리콘 태양 전지로 응용하면 더 많은 빛을 흡수하여 출력을 향상시킬 수 있을 것이다.
실리콘 위에 산화아연을 성장시키고자 했던 이전의 노력들은 고가의 매우 높은 진공을 이용하는 기법에 제한되어 있었으며 실리콘의 높은 반응성으로 인해, 제 3의 물질을 완충물질로 사용하지 않고 직접 실리콘 위에 산화아연을 성장시키는 것이 불가능하였다. 게다가 두 가지 물질을 방향성을 정하여 결정을 성장시키는 것이 지금까지 불가능했었다. 그러나 nanospear는 51도 기울임으로써, 연구팀은 부정합(mismatch)율을 40%에서 0.2%로 크게 감소시켰다. 기존 실리콘 웨이퍼 위에 화학 증착법을 이용해 또 다른 단결정막을 성장시키는 에피텍시얼 기법을 통해 실리콘과 산화아연을 배열하는 것은 고효율을 확보하기 위한 중요한 기법이라고 Switzer 박사는 밝히고 있다. GTB

태양전지의 세계시장 예측
- 2020년 시장은 2008년 대비 5배인 10억 6,021억엔, 가격하락이 수요를 자극하여 시장의 저변확대 - 
주식회사 후지경제는 유럽에서 고정가격구매제(Feed-in Tariff, FIT)에 의한 시장 자극책, 일본에서의 주택용 보조금제도의 부활, 미국에서의 그린 뉴딜(Green New Deal) 정책이 부각되어 시장발전이 기대되는 태양전지에 대하여 세계시장을 조사하였다. 그 결과를 보고서 “2009년판 태양전지관련기술, 시장의 현장과 장래발전”으로 정리하였다. 이 보고서에서는 태양전지는 물론 관련시장으로서 태양전지에 사용된 부자재와 그 재료 그리고 태양광발전시스템을 구성하는 시스템기구의 시장을 분석하였다.
(1) 태양전지의 세계시장 예측
세계 태양전지 수요는 2008년 중반까지는 과거 최고의 상황이었으나, 최대의 수요국이었던 스페인에서 FIT제도가 재검토되어 연간 500MW의 총량규제가 만들어졌으며, 세계적인 경기악화 등의 영향도 있어 10월 이후 태양전지 전체의 수요가 급격히 냉각되고 있다. 그러나, 2008년의 시장은 전반기의 수요로 전년 대비 75.9% 증가된 2억 1,118억 엔(100엔=1,331원, 2009.9.8)이었다.
2009년은 세계적 경기후퇴와 스페인에서의 수요급감으로 2008년 후반부터 마이너스영향이 나타나고 있으며, 태양전지가 공급초과에 빠져 가격이 급격히 내려가고 있다. 공급초과는 생산조정으로 이어지고, 재료에서도 가격이 내려가고 있다. 특히 폴리실리콘의 가격이 하락함으로써 폴리실리콘이 최대 코스트웨이트를 차지하는 결정 실리콘 태양전지의 가격하락이 현저하게 나타났다. 그러나 일본을 포함한 각국의 정책적 인센티브 도입과 변환효율 개선이라는 태양전지 품질향상, 태양전지 저가격화가 수요를 자극해 나갈 것으로 본다.
2015년까지 빠르면 2010년부터 2112년 정도에 발전비용이 계통전력과 경쟁될 수 있을 것으로 생각된다. 이것이 실현되면 선진국에서 보급이 증가되며, 신흥국과 개발도상국으로 수요지가 전개되는 등 보급이 확대될 것으로 예측된다.
2020년에는 수요지 전개에 추가로 기술적 발전에서 초고효율의 태양전지가 개발됨으로써 면적이 좁은 장소에서도 태양전지가 사용될 수 있게 되어, 새로운 발상으로의 응용도 진행될 것으로 생각된다. 시장은 2008년 대비 약 5배인 10조 6,021억 엔으로 예측된다.
(2) 원료, 부자재의 세계시장 예측
원료시장은 태양전지용 부자재에 사용되는 폴리실리콘, 백시트용 필름, 백시트용 접착제를 대상으로 하였다. 구성비가 큰 폴리실리콘의 가격이 급락하고 있어 단기적으로는 금액 기준으로는 축소되고 있으나, 수량 기준으로는 증가하고 있다. 중장기적으로는 가격의 하락을 흡수하는 것만큼의 수량 기준에서의 증가가 예상되며, 금액 기준으로도 2008년 대비 플러스 추이가 예측된다.
부자재시장은 폴리실리콘을 원료로 하는 실리콘 잉곳 웨이퍼(ingot and wafer)의 구성비가 크다. 실리콘 잉곳 웨이퍼는 실리콘 가격이 내려감으로써 저가격화하는 경향이 있다. 그 영향으로 2009년의 시장은 수량 기준으로는 증가하나, 금액 기준으로는 축소된다고 보여진다. 2012년 이후는 가격의 하락을 흡수할 수 있는 만큼의 수량 기준의 증가가 기대되므로 금액 기준으로도 2008년 대비 플러스 추이가 예측된다.
(3) 주목시장
2008년 시장은 전년 대비 138.2% 증가한 443억 엔이었다. 시장을 구성하는 것은 박막실리콘 태양전지, 구형 실리콘 태양전지, CIGS(copper-indium-gallium-selenide) 태양전지이다. 박막실리콘 태양전지가 시장의 약 90%, 뒤이어 CIGS 태양전지가 약 6%를 차지하고 있다. 앞으로 CIGS 태양전지에서 플랙시블한 태양전지를 생산하는 제조사가 늘어날 것으로 예측되므로, CIGS 태양전지의 비율이 높아질 것으로 보인다. 또한 앞으로는 염료감응형 태양전지와 유기박막 태양전지의 유기계 태양전지에도 기대가 모아질 것이다.
플랙시블 태양전지는 경량성과 시공성, 가공성이 좋기 때문에 건재일체형 태양전지에 적합하다. 종래는 기존 건축된 건물에 수요가 많았으나, 지금은 신축건물에서 수요가 증가하고 있다. 신축에서는 시공비용을 억제할 수 있으므로 설치형 태양전지보다도 건물일체형 태양전지가 우위성이 있다. 플랙시블 태양전지는 지금까지 유리기판 타입의 태양전지와 차별화할 수 있는 용도 개척에 고심해 왔으나, 현재에는 건물일체형 용도를 계속적으로 개척하고 있으며, 시장이 확대될 것으로 예측된다. GTB