세계의 태양광 발전 시스템, 주변 기기 시장 조사
2025년 예측
태양광 발전 시스템 구축 (SI) 시장 18 조 3,000억엔 (2009년 6.4 배)
태양광 발전 시스템 구성 기기 시장 12 조 6,989억엔 (2009년 6.0 배)
소모품 (제조 장치용) 시장 6,783억엔 (2009년 4.6배)
후지 경제 연구소는 기후 변화 대책에 대한 관심의 고조와 함께 널리 이용되기 시작한 산업으로 매력이 높아지고 있는 태양광 발전 시스템, 주변 장치, 제조 장치, 제조 관련 소모품 등 시장에 대해 조사를 실시했다.
본 보고서는 태양광 발전 시스템 구성 기기와 스마트 그리드, 엔지니어링 등 기술 시장을 조사 분석하고, 태양광 발전 사업의 일련의 밸류 체인의 기술 및 시장 동향을 총괄했다. 또한 상권은 태양 전지와 부재 / 재료 등 현재와 미래의 기술 및 시장 동향을 분석하였다.
<조사 대상>
태양광 발전 시스템 (SI) 시장, 태양 전지 시장 및 주변 기기 시장 (5품목), 그리드 관련 시장 (5품목), 제조 장치 시장 (12품목), 제조 장치 소모품 시장 (9품목), 국가별 동향 사례 (17개국)
<조사 개요>
2009년, 폴리 실리콘 가격이 크게 하락하고 원료 가격이 하락함에 따라 실리콘 웨이퍼 부재 및 결정 실리콘 태양 전지도 가격이 떨어졌다. 태양 전지 시장은 금액 기준으로 축소됐지만, FIT 개정을 앞둔 독일의 갑작스런 수요 등과 함께, 저가격화가 수요를 자극하는 면도있어 용량 기준으로는 증가했다. 태양광 발전 시스템은 태양 전지 비용 구성이 크기 때문에, 시스템 시장도 용량 기준으로는 증가하였으나 금액 기준으로는 축소했다. 태양 전지 제조에 이용되는 제조 장치 및 소모품 시장은 태양 전지의 생산 자체가 증가하고 있기 때문에 확대되고 있다. 마찬가지로 태양광 발전 시스템을 구성하는 태양 전지 이외의 장치 (주변 기기) 시장도 태양광 발전 시스템의 판매량 증가에 연동하여 확대되고 있다. 전반적으로, 향후 시장 성장은 태양광 발전 시스템의 그리드 패리티 (태양광 발전에 의한 발전 비용이 계통 전력 요금과 동등하게 되는 시점) 달성에 달려있다.

1. 태양광 발전 시스템 구축 (SI) 시장
2009년 2조 8,500억엔 , 2010년 예상 4조 500억 엔
2025년 예측 18조 3,000억엔
2009년 세계 태양광 발전 시스템 시장은 스페인 시장에서의 수요 격감과 금융 위기의 영향을 받고, 특히 구성 비율이 높은 산업용 태양광 발전 시스템 시장이 축소하고 전체적으로 다소 축소했다. 한편, 주류 결정 실리콘 태양 전지의 비용 구성에서 높은 비율을 차지하는 실리콘 웨이퍼의 원료가 되는 폴리 실리콘 가격이 크게 떨어지면서 결정 실리콘 태양 전지의 저가격 화가 진행되고 있다. 다른 종류의 태양 전지의 가격도 결정 실리콘 태양 전지의 가격과 경쟁하기 위해 가격이 감소하는 추세에 있다. 앞으로는 태양 전지 전체 저가격화에 의해 그리드 패리티가 넓은 지역에서 달성이 기다려진다. 발전 비용의 하락이 태양광 발전 시스템의 수요를 환기하고, 중장기적으로는 시장 확대가 예측된다.

2. 태양광 발전 시스템 구성 기기 시장
태양 전지 1조 6,801억엔 (09년) 2조 1,187억엔 (10년 예상)
8조 9,978억엔 (25년 예측)
조정기 3,570억엔 / 5,790억엔 / 3조 200억엔
기타 815억 / 1,123억엔 / 6,811억엔
합계 2조 1,186억엔 / 2조 8,100억엔 / 12조 6,989억엔
태양광 발전 시스템을 구성하기 위한 필수 장비는 태양 전지 전력 변환기 모듈 연결 장치이며, 전력 최적화 및 추적 장치, 집광 장치는 집광 추적형 태양광 발전 시스템에서만 이용된다. 태양 전지와 조정기가 90% 이상을 차지한다.
2009년 태양 전지 시장은 판매 단가 하락으로 인해 금액 기준으로는 늘었지만, 금액 기준으로는 전년 대비 80 %로 축소했다. 조정기는 태양광 발전 시스템 시장 설치 건수가 증가하고 있으며 2010년 들어서도 수급이 줄어들고 있기 때문에 다소 공급 부족 상황에 처해 있다. 기타는 추적 장치는 메가 솔라 수요가 대부분이며, 대규모 태양광 발전 시스템 시장이 부진했던 것으로, 2009년 시장은 전년 대비 68%로 축소했다. 집광 장치에 대해서는 집광 추적형 태양광 발전 시스템 시장이 커지는 단계이며, 향후 시장 확대가 예측된다.
쪾조정기 (태양광 발전 시스템)
조정기는 태양 전지가 발전한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터의 기능 이외에, 주파수 전압 등을 제어 출력 품질을 안정시키는 역할을 한다. 태양 전지 발전 용량과 동일한 정도의 스펙을 가진 조정기가 사용된다. 기본적으로 조정기 시장은 태양광 발전 시스템 도입량에 연동한다. 주택은 1개 당 1대를 설치되지만, 대용량의 산업용 등 여러 대 설치되는 경우가 있다. 세계의 태양광 발전 시스템 시장은 큰 이슈는 줄었지만 중소 이슈가 증가하여, 2009년 조정기 시장은 전년 대비 27.5% 증가한 3,570억엔으로 확대됐다. 2010년에는 동 62.2% 증가한 5,790억엔이 될 것으로 예상된다. 일본 시장은 태양광 발전의 보조 제도의 확충 및 전력 매입 제도의 시행에 따라 2009년 전년의 200억엔에서 420억엔으로 두배로 증가됐다.

3. 소모품 (제조 장치용) 시장
2009년 2010년 예상 2025년 예측 09년 대비
탄소 재료 : 300억엔 (09년) 400억엔 (10년 예상) 1,650억엔 (25년 예측) 5.5배 (09년 대비)
석영 : 260억엔 / 305억엔 / 1,125억엔 / 4.3배
SiC 연마재 : 520억엔 / 600억엔 / 1250억엔 / 2.4배
스틸 와이어 : 360억엔 / 420억엔 / 730억엔 / 2.0배
다이아몬드 와이어 : 5억엔 / 60억엔 / 1800억엔 / 360배
기타 : 29억엔 / 42억엔 / 228억엔 / 7.9배
합 계 : 1,474억 / 1,827억 / 6,783억엔 / 4.6배
소모품은 태양 전지의 제조 공정에서 이용되고 생산량에 연동하는 형태로 수요가 많다. 대부분의 소모품은 결정 실리콘 태양 전지의 제조 공정에서 이용된다. 태양 전지 생산량의 증가에 따라 소모품 시장도 확대됐다. 탄소 재료 도가니 및 석영은 모두 실리콘 공정에서 이용된다. 탄소 재료에 관해서는, 도가니 이외에도 제조 장치의 구조 재료 등으로도 이용된다.
슬라이스 방법은 유리 연마 가공 (SiC 연마재를 포함한 슬러리를 사용)과 고정 입자 가공 (다이아몬드 연마용 입자를 사용)의 두가지 방식이 있지만, 현재는 고정 입자 방식의 시장이 급속도로 확대되는 단계이다.
기타 소모품으로, 웨이퍼 세정제 및 에칭액이 결정 실리콘 태양 전지의 제조 공정, 청소 가스가 결정 실리콘 태양 전지와 박막 실리콘 태양 전지의 제조 공정, 의사 태양광 램프 히터 램프가 거의 모든 태양 전지 제조 공정에서 이용된다. 태양 전지 시장의 생산량은 전체적으로 증가하고 있으며 이러한 소모품 재료 시장도 확대 추세에 있다.
-탄소 재료, 석영
탄소 재료와 석영은 모두 실리콘 제조 공정에서 이용된다. 2009년 탄소 재료 시장은 도가니 수출은 건제 하였으나, 제조 장치의 구조 재료 수요가 감소했다. 한편, 석영 실리콘 생산량에 연동하는 형태로 시장이 확대되었다.
-유리 연마 가공용 재료 (스틸 와이어 + SiC 연마), 고정 입자 가공 용 물자 (다이아몬드 와이어)
SiC 연마재를 포함한 슬러리 (액체와 SiC 연마 입자의 혼합물)를 와이어에 살포, 와이어에 부착한 연마에서 주괴 슬라이스 가공 방식을 유리 연마 가공 방식이라고 하며, 와이어에 고착하는 다이아몬드 연마용 입자로 저미는 가공 방식을 고정 입자 가공 방식이라고 부른다. 후자는 SiC 조달 우려를 계기로 이용되기 시작하였으며, 차세대 저비용화 기술과 성 폐기물 처리 환경 측면에서 주목 받고 있다.
일본에서는 다이아몬드 와이어를 일부 태양 전지 제조 업체가 가공 위탁업자로 지정하고, 그 생산 비중도 높아지고 있다. 한편, 유리 연마 방식을 지향하는 태양 전지 메이커의 생산도 증가하고 있기 때문에 단기적으로는 일본 철강 와이어 시장도 증가가 예상된다. 중장기 적으로는, 저가격화가 진행되는 것으로 보이며 고정 입자 방식으로의 전환이 예상된다. 해외에서 고정 입자 방식은 중국 이외의 지역에 서서히 퍼져 나갈 것으로 예측된다. 최대 시장인 중국은 SiC를 풍부하게 보유하고 있으며, 고정 입자 방식으로의 전환은 가장 느린 것으로 보이며, 유리 연마 방식으로 이용되는 스틸 와이어는 중국 시장의 확대에 연동하는 형태로 당분간 시장이 확대될 것으로 예측된다. GTB
출처 : http://www.group.fuji-keizai.co.jp/press00.html

결정질 실리콘 태양전지의 한계점을 해결하는 박막형 태양전지
가격 하락이라는 현실에 직면한 태양설비제조업체들은 수익률을 유지하기 위해 비용을 최소화하고 성과는 최대화할 수 있는 데에 초점을 다시 맞추고 있다.
결정질 실리콘 기술의 진보와 폴리실리콘 원자재 비용의 절하가 박막형 태양전지 기술을 가지고 있는 제조업체들에게 압박으로 다가가고 있다. 즉, 수많은 박막형 태양전지 - 예를 들어, 박막형 실리콘(TF-Si: thin-film silicon), 카드듐 텔루라이드(CdTe: cadmium telluride) 박막전지, 그리고 구리인듐갈륨비화물(CIGS: copper indium gallium diselenide) 박막전지 등이 있음 - 박막전지 제조기업들은 수익률을 개선시켜야 하는 숙제를 가지고 있으며, 그렇지 않을 경우 파산의 문턱까지 갈 수 있다.
모듈 개발업체들이 어떻게 주요 부품비용을 줄일 수 있는지를 예측하기 위해 최근 럭스연구소(Lux Research)에서는 지배적인 기술 - 다결정 실리콘(mc-Si: multicrystalline silicon) 뿐만 아니라 박막형 태양전지의 경쟁업체들을 위해 2015년까지의 COGS(cost-of-goods-sold: 매출원가) 모델을 만들 것을 추천하였다. 이번 주 그림을 보면 럭스연구소 보고서의 연구결과를 요약해주고 있다. 즉, 이 그림은 COGS(매출원가)가 전체적으로 하락할 것이라는 사실을 보여주고 있으며, 다결정 실리콘 기술은 가치사슬을 통해 높은 이익을 남길 것이라는 것을 알 수 있다. 수직적으로 통합된 제조업체 및 개발업체들은 2009년 와트(W)당 1.45달러에서 2015년 와트(W)당 0.93달러로 비용을 절감할 수 있을 것이다. 그리고 이는 폴리 가격이 kg당 70달러인 것을 감안한 수치이다. 효율성은 비용절감을 위한 주요요인이다. 그 결과, 2009년 14.0%의 효율성에서 2015년 16.1%의 효율성으로 올라갈 것이다.
독일 엘리콘(Oerlikon)社는 박막형 실리콘에 새로운 장을 열었다. 엘리콘社에 의해 수행된 개선은 박막실리콘 모듈 제조를 위한 새로운 ‘씬팬(ThinFab)’ 제조라인은 박막실리콘 모듈의 효율성을 당초 9.0%에서 11.0% 이상으로 향상시킬 것으로 전망된다. 결과물에 있어 많은 개선은 와트(W)당 가치가 하락한 미래의 이윤을 창출하기 위해 지출된 비용을 뜻하는 카펙스(capex)를 절감할 수 있을 것이다. 그리고 박막실리콘 모듈 제조비용을 2009년 와트(W)당 1.32달러에서 2015년 와트(W)당 0.80달러로 줄여주는 데 도움을 줄 수 있을 것이다.
카드듐 텔루라이드 박막 모듈 기술은 COGS(매출원가) 조건 하에 오랜 기간 최고로 자리잡고 있다. First Solar社에 의해 만들어진 카드듐 텔루라이드 박막모듈은 다결정질 실리콘 모듈에 비해 저비용의 구조를 가지고 있다. 뿐만 아니라, 카드듐 텔루라이드 박막 모듈의 비용절감은 앞으로도 계속될 것이다. 그로 인해, 가장 수익을 많이 내는 태양에너지 기술로써 자리잡을 것이다. 예를 들어, 카드듐 텔루라이드 박막 모듈의 비용은 2009년 와트(W)당 0.8달러에서 2015년 와트(W)당 0.54 달러로 줄어들 전망이다.
구리인듐갈륨비화물 박막모듈 기술을 선택함으로 드는 비용 역시 엄청나게 떨어질 것이다. 유리 위에 뿌려진 구리인듐갈륨비화물 박막모듈 기술은 와트(W)당 1.69달러에서 0.76달러로 비용이 떨어질 것이며, 효율성 역시 10.0%에서 14.2%로 향상될 것으로 예상된다. 그리고 공장의 공식적인 제조역량과 산출물 역시 성장을 할 것이며, 그로 인해 최고의 개발 및 제조업체들은 전체 30% 이상의 순이익을 가져가게 될 것이다.
이러한 데이터는 럭스연구소의 보고서에서 나온 것이다.
“모듈 비용 구조는 무너질 것이다 : 박막형 태양모듈은 결정질 실리콘 태양모듈의 맹공격에서 살아남을 수 있을 것인가?”
카펙스(capex): CAPEX(Capital expenditures)는 미래의 이윤을 창출하기 위해 지출된 비용을 말한다. 이는 기업이 고정자산을 구매하거나, 유효수명이 당회계년도를 초과하는 기존의 고정자산에 대한 투자에 돈이 사용될 때 발생한다. CAPEX는 회사가 장비, 토지, 건물 등의 물질자산을 획득하거나 이를 개량할 때 사용된다. 회계에서 Capex 는 자산계정에 추가되므로 (자본화), 자산내용(세금부과에 적용되는 자산가치)의 증가를 가져온다. CAPEX는 일반적으로 캐시 플로 statement 장비와 토지자산에 대한 투자 등에서 볼 수 있다. GTB

지속적으로 증가하고 있는 태양전지 효율
태양광 제품 개발회사인 미아솔(MiaSole)은 개선된 CIGS (copper indium gallium selenide) 박막 태양전지 효율이 15.7%에 달한다고 발표하였으며 보잉은 39.2%의 효율을 가진 집광형 태양광발전 전지(Concentrator Photovoltaic Cell)의 상업 생산에 대해 발표하였다. 태양광발전에 있어 효율은 중요한 인자로 인식되기 때문에 제조업체들은 항상 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 경쟁해 왔다. PV 전지의 효율을 증가시키면 태양광발전소 운영을 확대할 필요없이 생산능력을 증대시킬 수 있으며 비용 절감 효과도 누릴 수 있기 때문이다.
CIGS 박막 태양전지판 제조사인 미아솔은 이번주 미국 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)가 1평방미터의 크기를 가진 거대한 생산 모듈의 효율이 15.7%임을 독자적으로 확인했다고 발표하였다. 미아솔은 이번 15.7%의 모듈 효율은 지난 9월에 발표하였던 14.3%보다 개선된 결과이며 박막 모듈에 있어 상용 규모로 선보일 수 있는 최대 효율이라고 언급하였다. 이러한 효율은 실질적으로 다결정 실리콘 모듈의 효율에 거의 근접한 결과이다.
미아솔의 CEO인 Joseph 박사는 이번 성과가 박막전지를 제조하는 비용으로 오늘날 세계적으로 사용되는 다결정 실리콘 모듈과 동등하거나 그 이상의 효율을 가진 상용 규모의 CIGS 모듈을 제조할 수 있다는 중요한 의미를 지니고 있다고 말한다.
미아솔은 UL이나 IEC 인증이 완료되는 `11년 2분기부터 13%의 효율을 가진 모듈의 배송을 시작할 것이라고 지난번 발표한 바 있다. 생산제품은 유틸리티나 독자적 전력 생산자가 대형 지붕 및 지상 고정식 설비와 같은 산업규모의 시설물에 사용할 수 있도록 설계되어 있다.
또한 보잉사는 이제 가장 효율적인 태양전지 기록을 보유하게 되었다. 지난주 보잉사는 자회사인 Spectrolab사가 새로운 태양전지인 C3MJ+의 대량 생산을 시작하였다고 보고하였다. 보잉사는 평균 전환효율이 39.2%인 이 태양전지는 산업계에서 가장 효율이 높은 전지가 될 것이라고 말한다. 이 집광형 태양광발전 전지는 38.5%의 효율을 갖고 있고 현재 생산 중에 있는 C3MJ제품을 개량한 것이다.
Spectrolab은 다접합 태양광발전 전지, 태양 전지판, 탐조등, 태양 시뮬레이터 등을 공급해 왔으며 최근에 50주년을 맞이했다. Spectrolab CPV 사업개발부의 책임자인 Russ Jones는 “이번에 효율이 개선된 전지는 다수의 현재 고객과 앞으로의 잠재 고객들로 부터 관심을 받고 있다. 작년에 Spectrolab사는 최대 41.6%의 효율을 지닌 태양전지를 테스트하여 세계 신기록을 세운바 있다. 이제 본질적으로 같은 기술을 이용하여 생산에 돌입하고 있으며 내년 1월에 39.2%의 효율을 가진 첫번째 태양전지를 배송할 계획이다.”라고 말하였다. GTB

종이 상에 태양전지를 프린팅 한 후, 연구원이 여전히 전류가 발생할 수 있는 것을 보이기 위해 종이로 비행기를 접었다.

화장지 위에 프린트된 태양 전지
어떻게 새로운 제조 기술을 얇고 플랙서블한 재료들 위에 태양전지를 프린트할 수 있는지 실현하기 위해, MIT의 연구원들은 일반 화장지 상에 태양 전지를 패턴화했다. 화장지가 실용적인 태양 전지 응용에 대한 가망성없는 기판이라 할지라도 광범위한 재료들 상에 저가 프린팅 기술의 성능을 충분히 보여주는 것이다.
연구팀은 이 기술이 섬세하고 다양한 물질들에 태양전지를 프린트하는데 사용될 수 있다는 것을 보였다. 한 예로, 라이스 페이퍼(rice paper)는 레스토랑에서 스프링 롤(spring roll)을 만드는데 사용되고, 습식 과정들에서 항상 용해된다. 연구팀의 기술이 건식, 용매 없는 과정들이기 때문에 라이스 페이퍼는 온전하게 남아있었다. 또한, 연구팀은 물을 제거하고 일반적으로 코팅하기 어려운 플라스틱 사란(Saran) 랩 위에서 기술을 설명했다.
산화 화학 기상 증착법 (oCVD)이라 불리는 새로운 기술은 단분자의 증기와 산화제를 기판 상에 뿌리는 것을 포함한다. 단분자와 산화제는 전도성 고분자(PEDOT) 플라스틱으로부터 폴리머화된다. 플라스틱 자체는 전도성이지만, 전도성은 전도성이 큰 은입자와 끈으로 묶일 수 있는 나노포어 형성을 위하여 기판 온도를 조절함으로써 1,000배 더 증가될 수 있다.
또한, 프린트된 태양전지는 특성에서 최소한의 효과로 다량의 늘림과 휨을 견딜 수 있다. 시험에서 연구팀은 1000번 이상 5mm 미만의 직경으로 프린트된 플라스틱 기판을 구부렸고, 이 효율이 벤딩 전에 99%였다는 것을 발견했다. 또한, 전극들은 구부려질 수 있고, 늘릴 수 있었고, 전극들의 전도성은 유지되었다. 방법의 유연적응성(robustness)을 설명하기 위하여 연구원들은 종이 비행기를 위해 태양전지로 프린트된 종이를 접었고, 소자가 여전히 전류를 발생하고 있다는 것을 보였다.
연구팀에 따르면, 종이는 투명하지 않기 때문에 광전 변환 공학을 위한 좋은 기판이 아니라고 한다. 그러나, 저가로 플렉서블하고 늘릴 수 있는 물질들 상에 태양전지를 프린트하는 능력은 태양전지를 더욱 넓게 이용하는데 매우 유용할 것이다. 이 기술이 태양전지 외의 다른 전자 소자들을 프린트하는데 사용될 수 있음에 따라, 이 기술은 섬유에 전자를 프린트하고 다른 플렉서블 디스플레이에 프린트하는 것과 같은 응용제품들에도 사용될 수 있을 것이다. GTB