김 장관, 조직개편 발표 후 첫 행보 태양광 연구시설 방문
차세대 태양전지 최고효율 페로브스카이트 ‘게임체인저’
실리콘셀 효율 29%보다 1.5배 높은 44% 한계효율 자랑
업계와 공공사업 저탄소 모듈제품 우대 방안 등 논의
▲김성환 환경부 장관이 11일 경기 성남시 한화미래기술연구소를 방문해 태양광 패널을 살펴보고 있다. 연합뉴스
김성환 환경부 장관이 기후에너지환경부 신설 발표 후 첫 현장행보로 태양광 연구시설을 방문했다. 그는 태양광 페로브스카이트 탠덤셀 개발 및 국내산 태양광 모듈을 지원하겠다고 약속했다. 국내산 태양광 모듈 지원 정책이 현재 '유명무실' 해지면서, 태양광 업계는 새로운 지원 정책이 필요하다고 보고 있다.
김 장관은 11일 차세대 태양광 기술 연구개발 상황을 확인하기 위해 경기도 성남에 위치한 한화솔루션의 한화미래기술연구소를 방문했다.
한화미래기술연구소는 에너지기술평가연구원과 함께 태양광 발전 기술력과 사업 경험을 바탕으로 차세대 태양전지 소재인 '페로브스카이트 결정질 실리콘 탠덤셀'의 모듈제조 및 공정기술을 개발하고 있다.
태양광 셀은 태양광 모듈의 핵심 부품으로, 여러 개 셀을 모아 하나의 모듈로 구성한다. 최근 모듈 기술은 셀 간 간격을 최대한 좁혀 한 개 모듈에 더 많은 셀을 넣는 데 집중하고 있다. 최근에는 모듈에 넣을 수 있는 셀 수가 최대치에 근접해, 셀 효율을 높이지 않으면 모듈 성능을 끌어올리기 어려운 단계에 이르렀다.
텐덤셀은 실리콘셀과 페로브스카이트셀을 이중으로 쌓아 발전효율을 극대화하는 차세대 태양전지이다. 이론적 한계 효율(44%)은 기존 실리콘셀(29%)의 1.5배에 달한다.
한화솔루션은 지난 5월 22일 탠덤셀 탑재 모듈에 대해 국제전기기술위원회(IEC)와 미국 안전시험기관(UL)으로부터 인증을 받았다. 탠덤셀 모듈 상용화가 내년 안에는 시작될 전망이다.
태양광 업계는 텐덤셀이 중국산 저가 제품에 잠식당해 어려움을 겪고 있는 국내 태양광 업계가 반전을 만들어낼 국면전환자(게임체인저)가 될 수 있을 것으로 기대한다.
▲기존 태양광 실리콘 셀과 페로브스카이트 텐덤 셀의 비교. 자료=한화
지난 2023년 기준으로 전 세계 태양광 설치량은 전년 대비 76% 증가한 440기가와트(GW)를 기록하는 등 고속 성장하고 있다. 하지만 세계 상위 10개 기업 중 9개 기업을 중국이 차지할 정도로 중국이 시장을 싹쓸이하고 있다.
정부는 국내산 태양광 부품을 장려하기 위해 국내산 모듈을 지원하는 태양광 탄소인증제도를 실시하고 있지만, 이 제도도 유명무실해진 상태다. 탄소인증제도는 생산 과정에서 탄소를 적게 배출한 모듈에 등급을 매기는 것이다. 중국산 태양광은 탄소배출계수가 높게 적용돼 낮은 등급을, 반대로 국내산은 높은 등급을 받는다.
정부는 높은 등급의 모듈을 사용하는 발전사업자에게 고정가격계약 입찰에서 우대가격을 부여한다.
그러나 최근 고정가격계약 입찰에서 모집용량 1000메가와트(MW) 중 46MW만 낙찰되는 등 인기가 떨어지고 있다. 고정가격계약의 인기가 식으면서 탄소인증제도 역시 정책 효능을 잃고 있다. 이는 태양광 발전사업자들이 고정가격계약보단 현물시장에 더 몰려가면서 나타난 영향으로, 현재 현물시장 가격이 고정가격계약 가격보다 약 20% 이상 높게 형성돼 있다.
태양광 업계는 고정가격계약에 의존하는 탄소인증제도에 개편이 필요하다고 강조한다.
김 장관은 이날 한화솔루션 등 태양광 기업과 한국태양광산업협외와 만나 기술개발 애로사항, 세계 시장진출 확대 방안 등에 대한 의견을 청취하고 공공사업에서의 저탄소 모듈제품 우대 등 지원방안을 논의할 계획이다.
그는 “국내 태양광 산업의 안정적인 공급망을 확보하는 한편, 국내 업체 기술력이 세계 시장에서 우위를 확보할 수 있도록 정책적·재정적으로 지원하겠다"며 “태양광을 비롯한 재생에너지가 획기적으로 확대하는 과정에서 국내 태양광 업체가 탈탄소 녹색문명 전환의 주역이 될 것"이라고 밝혔다.
페로브스카이트, 텐덤셀이란 무엇?
현장에서 쓰이는 실리콘 태양전지의 광전환 효율은 23~24%로 이론적 한계치에 근접해 있다. 때문에 과학기술계에서는 실리콘 태양전지에서는 더 이상 발전을 기대하기 어렵다고 평가하고 있다.
실리콘 태양전지의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 페로브스카이트가 주목받고 있다. 페로브스카이트는 러시아 우랄산맥에서 발견된 소재로 ABX3 화학식의 팔면체 구조를 가진 물질이다. 광흡수율이 높을 뿐만 아니라 실리콘 셀보다 제조가 쉽고 경제적이라는 특징을 가지고 있다.
적외선과 같은 장파장의 빛을 흡수하는 실리콘 셀 위에 가시광선이나 자외선 등의 단파장 빛을 흡수하는 페로브스카이트를 적층시킨 구조의 셀이 바로 '페로브스카이트 탠덤 셀'이다.
서로 다른 영역대의 빛을 상호보완적으로 흡수해 효율을 극대화하는 원리이다. 연구에 따르면 페로브스카이트 탠덤 셀의 이론적인 최대 광전환 효율은 44%로, 기존 실리콘 단일 셀의 29%에 비해 1.5배 이상 높다.
한화솔루션 큐셀 부문은 지난해 12월 상용 면적인 M10 규격(330.56c㎡) 페로브스카이트 탠덤 셀의 발전 효율을 28.6%까지 끌어올리는 데에 성공하며 상용화에 바짝 다가섰다. 국제적 인증 기관인 독일 프라운호퍼 태양에너지 시스템연구소(Fraunhofer ISE)로부터 인증도 획득했다.
그동안 페로브스카이트 탠덤 셀 기술이 연구소 밖을 벗어나지 못했던 이유는 균일한 코팅 공정과 결정 성장을 제어하는 대면적화 기술이 뒷받침되지 못했기 때문인데, 한화는 새 제조 기술을 도입하고 제조 공정의 혁신을 통해 이를 가능케 했다.
글로벌 시장조사기관 퓨처마켓인사이트(FMI)는 페로브스카이트 탠덤 셀 기술을 기반으로 차세대 태양전지 시장이 2033년까지 약 491조원 규모로 성장할 것이라고 전망했다.
한화는 1300억원을 투자해 충북 진천에 40MW 규모의 페로브스카이트 탠덤 셀 파일럿 생산 라인을 구축했으며, 상용화를 위한 연구개발에 역량을 집중하고 있다.
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