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최근 태양전지가 다양한 분야로 응용 범위를 넓혀가면서 본격적인 태양전지 시대의 개막을 예고하고 있다. 국내에서도 미래 시장 선점을 위한 태양전지 산업의 경쟁력 확보 노력이 필요하다.

최근 국내의 한 연구소는 세계 최고의 성능을 자랑하는 ‘휘는 태양전지’를 개발했다고 발표하였다. 이 제품이 상용화되면 휴대폰, 웨어러블 PC 등 모바일 전자기기는 물론, 옷, 모자, 자동차 유리 등 전력이 필요한 어떤 제품이든 태양전지를 통해 전원을 공급받을 수 있게 된다. 전자기기의 컨버전스화로 휴대폰으로 MP3를 듣고, DMB를 시청하는 시대가 왔지만, 배터리 용량 부족으로 불만을 느끼던 소비자에게는 반가운 소식이 아닐 수 없다. 상업화되기까지는 상당한 시간이 걸리겠지만, 지붕에 설치하는 발전용 쯤으로만 생각했던 태양전지의 모습이 분명히 달라지고 있는 것이 사실이다.

최근 들어 태양전지는 건축자재, 전자기기 등 다양한 분야로 응용되면서 해당 제품들이 잇달아 출시되고 있다. 독일 등 청정 에너지 발전을 추진하는 유럽에서는 각국 정부의 정책적 지원에 힘입어 태양전지 시장이 급격히 팽창하고 있으며, 관련 기업들의 진출도 활발하다. 이처럼 빠르게 성장하고 있는 태양전지 시장의 향후 발전 방향을 전망해봄으로써 새롭게 창출되는 시장 기회와 이에 따른 우리 기업의 대응 방안을 살펴보기로 하자.
　

태양전지의 응용은 건축자재 분야가 가장 활발

10년 전만 해도 태양전지는 사막이나 섬과 같은 오지에서 주택, 통신 장비, 양수 시설 등의 전력원으로 사용되는 것이 대부분이었다. 이 때 태양전지는 단순히 전기를 생산하는 발전 시설의 개념으로, 건축자재라는 인식은 거의 없었다. 대부분 건물 지붕에 태양전지 모듈을 얹어 놓거나 공터에 여러 줄로 세워놓는 식이었기 때문이다. 그러나 일본, 독일을 비롯한 각국 정부의 적극적인 지원으로 일반 가정 주택이나 사무용 빌딩 등에 보급되면서 태양전지는 이제 건축자재로서 인식되고 있다.

더 나아가 태양전지는 발전 기능에 미적 감각까지 고려한 스마트한 건축자재로 변화하고 있다. 단순히 지붕이나 건물 외벽에 덧붙이는 식에서 벗어나 전체적인 건물 디자인을 고려한 일체형 외장재나 커튼 월 같은 창호 개념으로 진화하고 있다. 제품 자체도 얇고 가벼워지고 있으며, 모양도 사각 외에 삼각형이나 휘어지는 제품이 등장해 건물 디자인에 따른 맞춤 대응이 가능해지고 있다. 색깔도 기존의 청색 계열에서 금색, 녹색, 흰색, 투명한 제품까지 나와 있고, 표면의 무늬도 다양해지는 추세이다.

독일 기업인 RWE Schott Solar가 내놓은 창호 제품은 유리에 반투명한 태양전지 층을 올린 이중창 구조로 되어 있어서 전력 생산은 물론 자외선 차단 및 단열 기능까지 겸하고 있다. Scheuten Solar 등 다른 기업들도 이와 유사한 제품을 선보이고 있다. 게다가 일체형 태양전지 외장재 제품은 기존 대리석이나 일반 석재 등과 비교해도 가격이 동등한 수준이다. 마찬가지로 주택용 제품에서는 태양전지를 일체형 지붕재로 개발하는 등 설치가 간편하고 외관을 고려한 제품이 샤프, 교세라, 구보타 등을 중심으로 활발하게 출시되고 있다.

태양전지 기술의 발전은 다목적 제품의 개발로까지 연결되고 있다. 샤프의 ‘루미월’은 태양전지 패널에 LED를 적층시킨 복합 제품으로 낮에는 발전하고, 밤에는 조명으로 사용할 수 있는 제품이다. 주로 건물 입구의 조명이나 인테리어, 가로등으로 사용되고 있다. 도요 Exterior도 유사한 제품을 타일이나 지시등으로 제작해 판매하고 있다.
　

전자기기에서도 응용 영역 확대

과거 태양전지는 일부 전자기기에도 응용되어 왔는데 주로 전자계산기, 손목시계, 라디오 등 소비전력이 크지 않은 제품에 한정되어 있었다. 그러나 최근 태양전지는 보다 다양한 분야로 응용 범위를 넓혀가는 추세다. 지난 7월, 일본 최대 통신 회사인 NTT도코모는 태양전지가 내장되어 있는 미쓰비시의 휴대폰 시제품인 ‘뮤직 포터’를 선보였다. 디자인도 컴팩트하면서 태양전지가 보조 전원으로 작동해 배터리 수명을 늘려주는 게 장점이다. 이 제품이 상용화 될 경우 뮤직폰이나 DMB폰 등 배터리 소비량이 큰 휴대용 전자기기를 중심으로 시장에 미치는 파급효과가 클 것으로 보인다.

태양전지는 휴대용 충전기로도 도입되고 있다. 작년 겨울, 영국의 Better Energy Systems는 ‘Solio’라는 브랜드로 일반 마우스 정도 크기의 모바일 태양전지 충전기를 출시했다. 휴대폰을 충전하는 데 최대로 빠른 경우 1~2시간 정도 걸리며, 휴대폰 외에 PDA, 게임기, 디지털 카메라 등에도 사용할 수 있는 제품이다. NTT에서도 유사한 제품을 개발해 선보인 바 있다. 캐나다 기업인 Spheral Solar의 플렉서블 태양전지 제품은 용량이 큰 제품이다. 돗자리처럼 둘둘 말아 넣고 다니면서 자동차, 보트 등에 펼쳐놓기만 하면 최대 75W의 전력을 공급할 수 있다. 레저용 소형 컬러 TV가 60W 정도이므로 대부분의 레저용 전자제품을 사용할 수 있는 수준이다.

뿐만 아니라 태양전지는 유비쿼터스 시대의 주요 전자제품인 웨어러블 PC나 로봇, 센서 등에 적합한 전력 공급원으로 주목 받고 있기 때문에 전자 제품으로의 응용은 더욱 확대될 전망이다.
　

수소 공급원으로도 새롭게 주목

최근 태양전지는 수소 생산을 위한 에너지원으로도 주목 받고 있다. 수소 경제로의 이행이 예상되면서 전세계적으로 연료전지에 대한 관심이 높아지고 있지만, 현재 연료전지의 연료인 수소는 화석연료를 개질해서 얻고 있기 때문에 화석연료에의 또 다른 종속이라는 비판이 일고 있다. 이 같은 이유로 태양전지로 물을 전기 분해해서 수소를 얻는 방법이 유력한 대안으로 떠오르고 있는 것이다. 실제로 가정용, 자동차용, 전자기기용 ‘Solar Hydrogen System’에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, Honda, BP Solar 등은 태양전지로 수소를 생산해서 저장하는 대규모 연료충전소를 건설할 계획이다. 앞으로 연료전지의 상용화가 진행될수록 태양전지의 수소 생산 보조 시스템으로서의 역할이 더욱 각광을 받을 것으로 예상된다.
　

단기적으로는 건축자재 시장을 중심으로 성장

태양전지가 다양한 분야에서 잠재력을 인정 받고 있으나, 당분간은 주택 및 빌딩의 발전용 태양전지가 주력인 건축자재 분야를 중심으로 성장할 전망이다.

독일 등 각국 정부는 2010년까지 태양광 발전 비중을 대폭 늘린다는 목표 아래 태양전지 시장을 육성하고 있는데 직접적인 혜택을 받는 시장이 주택 및 빌딩의 발전용 태양전지를 다루는 건축자재 시장이다. 우리나라의 경우 정부가 주택이나 빌딩에 태양전지를 설치할 때 드는 비용을 최대 70%까지 지원하고 있고, 독일은 태양전지를 통해 생산된 전력을 전력회사가 일반 전기의 4배 이상 비싼 가격으로 구매하도록 의무화하고 있다. 이 같은 각국 정부의 지원에 힘입어 2000년 이후 주택 및 빌딩용 태양전지 시장은 성장을 거듭하며 전체 태양전지 시장의 주력으로 부상하고 있는 중이다. IEA 등 시장조사 기관에 따르면 주택 및 빌딩의 발전용 태양전지 시장은 2003년 현재 전력 규모 기준으로 전체 태양전지 시장의 70% 이상을 차지하고 있으며, 2010년까지 매년 30% 이상 성장할 것으로 예측되고 있다.

건축자재용 태양전지 시장의 성장성이 부각되면서 기업들의 신규 진출도 활발하다. 많은 건설/건축, 창호 및 건자재 기업들이 시스템 설계 및 시공 분야에 뛰어들고 있고, 유통, 금융, 소프트웨어 등 다양한 분야 기업들이 새로운 사업 기회를 창출하고 있다. 원래 창호 및 건자재 기업인 Schuco는 기존 사업에서의 노하우를 살려 빌딩용에 전문화된 다양한 태양전지 제품믹스를 제공함으로써 차별화된 역량을 구축하고 있다. 반면 주택 문화가 발달한 일본에서는 세키수이화학이 조립식 가옥 사업에서의 경험과 브랜드 파워를 바탕으로 태양전지 주택의 강자로 도약하고 있다. 태양에너지 전문 기업으로 출발한 독일의 Conergy와 SAG의 경우 대규모 태양광 프로젝트를 전문적으로 개발하고, 투자 자금 유치 및 운영을 전문으로 하는 사업을 영위하고 있다. 그 외에도 빌딩용 태양전지 시스템을 전문적으로 설계해 주는 건축 설계 기업이나, 주변 건물과 일사량을 고려해 가장 적합한 태양전지 시스템을 설계하고 발전량까지 계산해주는 시뮬레이션 프로그램을 개발하는 소프트웨어 기업 등 새로운 형태의 사업들이 생겨나고 있다. CLSA 증권의 분석에 따르면 2004년 기준으로 태양전지 시스템의 설계 및 시공 부문의 세전 영업이익률이 20% 이상으로 태양광 산업 전체 가치 사슬 중 가장 높은 이익을 누리고 있는 것으로 나타나 수익성도 뛰어난 것으로 평가되고 있다.
　

전자 시장은 차세대 응용 영역으로 기대

건축자재 시장에 비하면 규모가 작은 전자기기용 태양전지 시장은, 과거부터 대략 10% 안팎의 비중을 차지해 왔다. 태양전지의 낮은 성능과 비싼 가격 때문에 새로운 킬러 애플리케이션이 나타나지 않아 사실상 성장이 지지부진한 상태였다. 그러나 앞으로는 달라질 것으로 보인다. 휴대폰 등 모바일 전자제품에 응용하기 위한 연구개발이 활발하게 진행되고 있기 때문이다. 최근 주목 받고 있는 CIGS (Copper Indium Gallium Selenium, 화합물 반도체) 등 박막형(Thin Filim) 태양전지는 기존 계산기에 사용된 기술보다 효율이 2배 가까이 뛰어나면서 저가의 생산이 가능해 차세대 기술로 각광 받고 있다. 필름 형태이기 때문에 가공이 쉽고, 휘어지는 태양전지를 구현할 수도 있어 향후 모바일 전자기기로의 응용 가능성이 높은 것으로 평가되고 있다. 현재 Shell Solar, First Solar 등이 이 기술을 이용해 제품을 일부 양산 중이며, 대다수의 셀 기업과 일본, 독일 등의 주요 국책 프로젝트에서 중점적으로 개발하고 있는 기술이다. 또한 전자기기를 주요 응용 제품으로 보고 있는 유기 태양전지, 나노 태양전지 기술에 대한 연구도 점차 활기를 띠는 모습이다.

한편 가장 보편화된 기술인 벌크형 다결정/단결정 실리콘 기반의 태양전지가 먼저 전자 시장에 도입될 가능성도 배제할 수 없다. 최근 출시된 휴대용 충전기 등은 모두 이 기술을 이용한 제품들이다. 태양전지 시장이 건축자재를 중심으로 빠르게 팽창하면서 기업들이 본격적인 대량 생산 체제를 구축함에 따라 다결정/단결정 실리콘 태양전지의 제조원가가 예상보다 빠르게 떨어지고 있다. 가공성이 다소 떨어지는 단점이 있으나 효율이 뛰어나고 다수의 기업이 채택하고 있어 충분한 가격 하락이 전제된다면 앞으로 응용 제품이 더욱 늘어날 것으로 보인다.

가격과 성능 문제가 빠르게 해결된다면 태양전지를 내장 또는 외장한 전자제품이 수년 내에 상용화 될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 2차 전지, 연료전지 등 경쟁 기술에 대한 차별성 확보 등 시장이 본격적으로 열리기까지는 넘어야 할 과제가 많은 것으로 보인다.

태양전지의 새로운 응용 영역인 수소 생산과 관련한 기술은 2~3년이 지나면 상용화가 가능할 전망이다. 현재 가정용, 자동차용, 소형 전자기기용 연료전지에 각각 적합한 태양전지 수소 생산 시스템이 일본, 미국의 대학 및 연구소를 중심으로 활발하게 연구되고 있다. 다만 연료전지 시장이 본격적으로 성장하는 데에는 오랜 시간이 걸릴 것으로 보여 태양전지 수소 생산 시장의 단기적 확대를 기대하기는 힘들 전망이다.
　

장기적으로 시장 성장 낙관

물론 태양전지 시장에 대한 섣부른 낙관은 금물이다. 아직까지 태양전지의 가격경쟁력은 일반 전력 생산 요금에 비해 현저히 떨어지는 것으로 분석되고 있다. 현재 가장 큰 응용 분야인 주택 및 빌딩용 태양전지의 경우, 일반 전기 요금에 비해 전력 생산 비용이 2~5배 가량 비싸다. 태양전지 시장 규모 세계 1위인 일본의 경우 우리보다 전기료가 평균 3배 이상 비싼데도, 태양전지를 이용한 발전 비용이 그보다 1.5배 가량 비싼 상황이다. 대략 우리나라 전기료의 5배 정도 비싼 셈이다. 일본에서조차 정부의 보조금 지원이 없어지거나 축소될 경우 시장이 위축될 가능성이 제기되고 있는 실정이다.

증권사 및 시장자료를 종합해보면, 실제로 태양전지를 이용한 발전이 일반 전기 요금과 유사한 수준이 되는 시점은 일본처럼 전기료가 비싼 지역은 2010년 정도로, 반면 전기료가 낮은 지역의 경우 2017년 이후가 될 것으로 예상되고 있다. 화석연료를 이용한 발전과 비슷한 발전 가격까지 내려오는 시기는 2034년 이후가 될 것으로 보인다. 따라서 현재 태양전지를 이용한 발전은 자생력을 갖기까지 5~10년 정도의 기간이 필요할 전망이다.

하지만 10~15년에 걸친 태양광 지원 정책을 수립해놓고 있는 독일 등 많은 국가들의 경우를 보면, 최근 대량 생산과 셀 효율 향상으로 제조 원가 하락이 빠르게 이루어지는 상황이다. 또한 고유가가 지속될 경우 전력 요금 상승이 불가피할 것으로 보여, 태양전지 시장 성장에 긍정적인 요인으로 작용할 전망이다. 올해로 보조금 지원이 끝나는 일본 시장의 경우에도 대부분 기업들이 시장이 일시적으로 정체될 수는 있으나 지속적인 성장을 기대한다고 답하고 있어, 태양전지 시장은 예상했던 성장기조를 유지할 수 있을 것으로 전망된다.

　
정부 지원과 함께 기업들의 적극적인 참여 필요

태양전지 시장이 높은 성장성을 유지할 것으로 보이는 가운데, 우리 정부도 태양광 주택 10만호 보급 계획을 발표하고 보조금 정책을 추진하는 등 적극적인 육성 의지를 보이고 있다. 그러나 현재 태양전지 관련 국내 산업의 현황은 매우 열악한 상황이다. 따라서 국내 태양전지 산업의 발전을 위해서는 기업들의 적극적인 참여와 함께 태양전지의 발전방향 및 국내 현실을 고려한 전략 수립이 중요할 것으로 보인다.

예를 들어 국내 주택 시장은 일본과 달리 아파트 중심이기 때문에 빌딩용에 적합한 태양전지 기술의 육성이 필요하다. 이 경우 기업의 입장에서는 건축 디자인을 고려한 시스템 설계 역량이 시장의 성공요인으로 작용할 수 있다. 최근 친환경 아파트가 새로운 트렌드로 떠오르고 있기 때문에 이를 활용하는 방안을 고려할 수도 있을 것이다.

보다 장기적으로는 전자 시장처럼 다양한 신규 응용 제품의 등장이 기대되는 분야에 관심을 가져야 한다. 특히 휴대폰, MP3 등 우리나라가 경쟁력을 가지고 있는 분야에서 앞선 제품 개발 및 출시를 통해 시장을 선점하는 전략이 필요하다. 이를 위해서는 앞서 언급한 박막 실리콘 기술, CIGS 기술 등 응용 시장에 기술적 혁신을 일으킬 수 있는 신기술 개발에 주력해야 할 것이다. -끝-