태양광 및 태양열 발전 기술의 시장 동향, 경제성 전망, 그리고 국내 산업 경쟁력 확보를 위한 차세대 기술 개발 및 정책적 대응 방안 doc_id PCY_201508191122199221_5

태양광 설치용량은 지속적으로 증가할 것으로 전망된다. CSP도 태양광보다 보급 증가율은 낮으나 지속적으로 증가할 것으로 전망되며 열저장 기술과 연계된 CSP기술은 태양광의 간헐성(intermittency)을 극복할 수 있는 대안으로 고려되고 있다. CSP, 열저장기술, 석탄화력 발전을 연계하여 전체적인 효율향상 가능하다. 태양열을 이용한 냉난방도 급격하게 증할 것으로 전망된다. IEA 2 시나리오에서는 2050년 총발전량에서 신재생에너지의 비중은 57, 71%(High REN), 2060년까지 태양에너지는 발전믹스에서 최대 50%, 최종에너지 수요의 최대 30%를 차지할 수 있을 것으로 분석된다. 전세계 태양광 발전단가는 MWH당 75달러에서 275달러 수준이다. 미국의 평균 태양광 발전단가는 125달러로 일부 캘리포니아 지역은 이미 그리드 패러티를 달성하였으며, 유럽은 기후여건상 220달러 수준으로 미국보다 발전단가가 높은 상황이다. 신재생에너지의 간헐성을 보완하기 위한 전력망, 저장, 수요관리, 급전(Dispatchable) 발전기술 등이 보급확대를 위한 핵심기술이다. 현재 실리콘 전지가 태양광 주력이고, 모듈 가격이 60센트 이하로서 엄청나게 떨어진 상태이다. 태양광 시스템 설치 비용은 kW당 3~4달러로 이는 프레임, 땅값, 인건비 등 포함된 것이며, 현재 모듈 가격은 50~60센트 수준이다. 이는 정부 보조가 있어서 싼 거 아닌가 하는 의견도 있지만, 정부 보조 없이 공정 개선만으로 60센트 이하로 떨어진 상태이다. 태양전지 시장이 매년 20~30%씩 성장했음에도 불구하고, 국내 태양광 회사들이 요즘 조금씩 살아나고는 있지만 그동안 상황이 어려웠으며, 세계 태양전지 시장 규모는 증가하는데 국내 업체가 힘들었다는 것은 경쟁력이 없다는 것을 의미한다. 전 세계적으로 태양전지 보급은 늘어나고 있고 기술도 발전하고 있으나 우리나라는 뒤처지는 상황이며 주요 경쟁사의 효율이 개선됐기 때문에 우리나라가 가격경쟁력을 갖기 쉽지 않다. 따라서 우리나라는 현재 glass-based 제품이 주력이지만, 투명유리에 대한 실내 수요가 엄청날 것으로 예상되므로 우선적으로 2세대, 3세대 태양전지에서 국가 경쟁력을 확보하기 위한 연구개발이 필요하다. 현재 유기태양전지 등은 유리에 비해서는 비교도 안 되게 가벼우며, 유연하고 반투명하게 제작도 가능하기 때문에 보급 잠재량이 매우 높다. 그린 에너지 태양 로드맵은 2035년까지 에너지정책이 어떻게 가야 하는지에 대한 전략 로드맵 내용을 담고 있으며, 해당 보고서에서는 당분간 실리콘이 대세가 될 것으로 전망하고 있다. 현재 박막태양전지 기술이 고전하고 있으며 그 이유는 가격 이슈도 있지만, 주된 이유는 내구성에 관한 이슈에 있다. 또한 박막이 생각보다 늦어지는 이유는 침투할 시장을 찾지 못하고 있기 때문이다. 그러나 한국은 밭과 산을 깎아서 시설을 설치할 여력이 많지 않기 때문에, 다른 종류의 에너지원은 폭발적으로 보급이 증가하는데 한계가 있으며, BIPV(Building Integrated Photovoltaics)는 건물 내부에 설치할 수 있기 때문에 박막에서 최근에 찾고 있는 시장이 자동차, 수송용으로 바뀌고 있으며, 이에 따라 현대자동차도 관심을 가지고 있다. 즉 BIPV가 가격이 높아도 다른 장점이 있기 때문에 상용화를 자신하고 있으며, 이에 따라 2050년까지 한국에서는 BIPV로 집중해야 할 필요가 있다. 태양광 발전의 경우 W당 가격이 얼마인가 하는 것이 시장에서 소비자가 선택하는 기준이며, 현재 실리콘이 손해를 감수하면서 0.7달러/와트로 팔고 있는데, 다른 태양광 전지는 실리콘 태양전지 가격이 너무 빨리 가격이 급락하는 바람에 자생력을 잃어버린 상태이다. 박막파일이 유일하게 종이 형태로 생산할 수 있으며 유연함보다 가벼움이 더 중요하고, 특히 공장에는 가벼운 모듈이 필요하다. 태양광 전지는 땅값, 관리비 등이 필요없기 때문에 효율보다는 시스템을 지향해야 하며, 실리콘 태양전지를 제외하고는 연료광, 유리광 등은 큰 차이가 없다. 태양광 공급업체 동향을 살펴보면, 중국은 실리콘 회사에 1조씩 주고 1GW 공장을 세우라고 해서 세웠으며, 이는 감가상각, 투자비 부담이 없어서, 세계 업체들을 다 고사시키고 중국이 다 차지한다는 전략의 일환이었으며, 이에 따라 일본, 독일 등 대부분의 업체가 문을 닫았다. 결국 향후 경쟁력 있는 몇몇 업체만 남아서 매년 50GW 이상 깔린다는 태양광 시장을 차지할 것으로 예상되므로, 정부가 연구개발에 지속적으로 투자하는 것이 필요하다. 태양광 산업의 경쟁력 확보를 위해서는 탄소세가 핵심 열쇠가 될 수 있다. 온실가스 감축기술의 보급전망에 관한 국내 전문가들의 자문을 실실했다. 현재 실리콘 전지가 태양광 주력이고, 모듈 가격이 60센트 이하로 대폭 낮아진 상태이다. 태양광 시스템 설치 비용은 프레임, 땅값, 인건비 등을 포함해서 kW당 3~4달러로 대폭 하락한 상황이다. 우리나라는 현재 glass-based 제품이 주력이지만, 투명유리에 대한 실내 수요가 대폭 증가할 것으로 예상되므로 우선적으로 2세대, 3세대 태양전지에서 국가 경쟁력을 확보하기 위한 연구개발이 필요하다. BIPV(Building Integrated Photovoltaics)는 건물 내부에 설치할 수 있고 BIPV 가격이 높아도 다른 장점이 있기 때문에 상용화가 가능하며 이를 위해서는 2050년까지 우리나라는 BIPV에 집중해야 할 필요가 있다. 태양광 산업의 경쟁력 확보를 위해서는 탄소세가 핵심 열쇠가 될 수 있으며 탄소세가 도입되었다면 경쟁력을 갖출 수 있다. 전력 생산지와 소비지역이 차이가 있기 때문에 송전 손실을 줄이기 위해서는 지역별이 아니라 섹터별과 같이 소규모 형태로 늘려가는 것이 바람직하다. 태양광을 2035년까지 12%를 달성한다는 것은 숫자놀음에 불과할 수도 있다. 25%로 늘리자고 했을 때 반대하는 게 원자력 관계자들인데, 25%까지 갔을 때 문제가 있다는 건 유럽에서 나오는 이야기이며, 우리나라는 아직 보급해 보지도 않았다. 한전이 전력망 관리를 정말 잘 하고 있고, 특히 전력 품질을 향상시키기 위해 노력해서 품질이 아주 좋은 상황이며, 다만 문제는 전력 생산지와 소비지역이 차이가 있기 때문에 송전 손실 및 비용이 크게 발생하는 점이다. 따라서 지역별이 아니라 부문별과 같이 소규모 형태로 늘려가는 것이 보급확대에 바람직한 방향이다. 또한 스마트 그리드 기술개발이 태양광 보급 확대에 도움을 줄 수 있다. 또한 한여름에 전력피크가 오후 1~4시이며 태양광 전지가 이 시간대에 가장 많이 생산되므로 시간대별 전력요금을 보다 차별화하는 요금제도 도입이 보급확대에 큰 도움이 될 수 있다. 태양열 발전기술은 태양열을 거울을 통해 한 점으로 집중시켜 발생한 열로 물을 끓여서 발생하는 증기로 터빈을 돌리는 방식을 통해 전기를 생산하는 발전기술이다. 매우 고온의 태양열을 지속적으로 유지할 수 있는 지역에서만 보급이 가능한 기술이며 현재의 기술수준으로는 국내 보급에는 한계가 있는 기술이다. 유럽의 경우는 북아프리카 지역에 대규모 태양열 발전 단지를 조성하고 생산된 전력을 장거리 송전하여 유럽내에서 활용하기 위한 DESERTEC 프로젝트와 같은 연구개발이 진행되고 있다. 다음은 TECHPOL이 제시하는 태양열 발전기술의 구체적인 특성치이다. 투자비는 2012년의 $8,010/KW(2010년 가격)에서 2050년에는 $2,540/KW로 하락하여 현재 투자비의 30% 수준까지 낮아질 것으로 전망되고 있다. 이러한 투자비 하락으로 현재 MWh당 $307 수준의 태양열 발전단가가 2050년에는 $74까지 낮아질 것으로 예상되고 있다. IEA를 비롯한 다른 기관의 태양열 발전기술 특성치 및 발전단가 전망치는 부록에 실었다.