태양광 발전이 시작되는 곳 -부안 신재생에너지 소재 개발 지원센터

 

태양광 발전이 시작되는 곳 -부안 신재생에너지 소재 개발 지원센터

 

 탈 원전과 신재생에너지로의 전환을 핵심으로 하는 현 정부의 신재생 3020 정책과 발맞추어 우리 생활과 밀접한 공간에서도 신재생에너지 발전 시스템을 흔히 볼 수 있게 되었다. 특히 태양광 발전 시스템은 학교, 빌딩과 같은 건물의 옥상이나 도로 위 가로등과 휴면 부지에서 쉽게 찾아볼 수 있게 되었다.

[사진 1. 서울 하늘공원 앞 가로등에 설치된 태양광 모듈]/[사진 2. 대전시 학교 옥상에 설치된 태양광 모듈]

출처 : 서울시/대전시청 

 그럼 이 태양광 모듈은 어떻게 만들어지는 걸까? 태양광 에너지 분야 이론 및 실습을 위해 부안에 위치한 신재생에너지 소재 개발 지원센터를 방문하였다. 신재생에너지 소재 개발지원센터는 전북 부안군에 조성된 신재생에너지 테마파크의 관련 장비와 연구를 지원하기 위한 목적으로 2007년 문을 열었다. 이로써 태양, 연료전지 핵심소재의 국산화 기반에 필요한 인프라와 산업기반을 위한 공동 활용장비 구축으로 신재생에너지 국산화의 첫발을 내딛게 되었다. 이곳에서 다음과 같은 일정으로 2박 3일간 태양광 발전에 대해 깊이 알아보고, 직접 모듈도 만들어 볼 수 있었다.

첫째 날	둘째 날	셋째 날
태양광 소재 및 장비 이론	태양광 소재 및 잉곳/웨이퍼 장비실습	100w 모듈 T&S 및 라미네이팅 실습
잉곳 및 웨이퍼 이론	태양전지 제조공정 실습	100w 모듈 트리밍, 프레이밍, 정션박스 부착 실습
태양전지 및 태양광 모듈장비 이론	16w 미니모듈 제작 실습	수료증 수여

[표1. 교육 시간표]

출처 : 부안 신재생에너지 소재 개발 지원센터

[사진 3. 태양광 소재에 대한 이론 설명을 듣는 학생들]

 

 태양광 제작 공정을 둘러보기 전 태양광 잉곳 및 웨이퍼 제조 공정 기술에 대한 이론을 듣고, Growing 공정과 Wafering 공정에 대해 자세히 알아볼 수 있는 시간이었다. 그러고 나서는 소재 개발 지원센터 지하에 있는 제작 공정실을 견학하여 각 장비가 공정에서 어떤 역할을 하는지 들었다.

[사진 4. 제작공정에 대한 설명을 하시는 연구원님]

 여기서는 Wafering 공정에 대해서 장비와 함께 설명을 들을 수 있어서 태양광 모듈의 시작점을 한눈에 확인할 수 있었다. Wafering 공정은 다결정 잉곳 성장로 → Brick Machine → Grinder → Wire Saw → 세정기 → 검사기 과정을 거친다.

[사진 5. 다결정 잉곳 성장로]/[사진 6. 잉곳 Brick 화 장비]

 잉곳이란 원재료를 고온에서 녹였다가 다시 굳힌 덩어리이다. 그리고 원료를 진공상태에서 열을 가해 잉곳보다 더 크게 성장시키는 장비가 바로 성장로이다. 그리고 위 사진의 Brick Machine은 국내 장비이며, 6개 선의 Multi-wire로 가로방향 커팅과 Turning 후 세로방향 커팅을 실시한다. 1개로 이어진 Endless Diamond Wire가 사용된다.

[사진 7. Grinding 장비]

[사진 8. Wire Saw 장비]

 위 과정에서는 Stocker에 잉곳를 올리면 로봇이 장비 내로 잉곳을 옮겨 Clamping을 실시한다. Clamping 후 잉곳의 길이 및 크기를 측정하여 그라인딩 휠로 면 가공을 진행한다.

[사진 9. 세정기]/[사진 10. 검사기]

 위 사진의 세정 공정은 크게 두 가지가 있다. 먼저 Slicing Oil 및 큰 오염성 이물질을 제거하고, 미세 Oil 및 미세 오염성 물질을 제거하고 표면을 안정화한다. 검사 공정은 분류부와 측정부로 구성되며, 7개의 세부 모듈로 구성된다. 각각의 모듈은 서로 다른 역할을 하게 되며 그 내용으로는 Wire Saw를 할 때 발생한 Wire 자국, 표면 굴곡의 최대치와 최소치의 차이, 눈에 보이지 않는 미세한 Crack, 웨이퍼 표면에 묻은 이물질, 크기 불량 등을 검사한다.

 

 둘째 날은 16w 미니 모듈 제작을 직접 해보는 시간이 있었다. 제작 전 준비물로 태양전지, EVA Sheet, Glass(저철분 강화유리), Back sheet, Junction box, Ribbon & Busbar가 있었다. EVA Sheet는 접착 기능과 셀을 습기, 먼지 등으로부터 차단시키는 셀 보호 기능을 하며, Glass는 열적 저항성, 강도, 높은 광 투과율, 평평도 및 열충격 저항성 등을 갖추게 하고, Back sheet는 태양광 모듈 후면에 위치하는 백 시트는 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양광 모듈을 외부환경으로부터 보호하고, Junction box는 외부에서 습기나 산소등으로부터 침투를 막아주며, 태양광 모듈에서 생산되는 전기를 부하에 연결시켜 주는 역할을 한다.

[사진 11. Ribbon을 제거하는 모습]/[사진 12. 납땜 하는 모습]

[사진 13. 라미네이팅 하는 모습]/[사진 14. Trimming 하는 모습]

 위 과정의 고온, 고압의 라미네이팅 과정을 통해 적충된 모듈 소재를 제작하고, 완성된 모듈을 유리 크기로 커팅 하는 Trimming 과정을 거친다.

[사진 15. 완성된 16w 미니 모듈]/[사진 16. 16w 미니 모듈에 꼬마전구를 연결하여 출력이 되는지 알아보는 모습]

 이 교육을 통해서 평소 눈으로만 보던 태양광 발전 시스템이 어떤 과정을 통해 제작이 되고, 태양광 모듈을 구성하는 부품에는 어떤 것이 있는지 자세히 알아볼 수 있었다. 재생에너지 분야 선두국가가 되기 위해선 부안의 신재생에너지 소재 개발 지원센터처럼 국내에서 자체적으로 재생에너지 소재를 생산하는 능력을 기를 수 있는 곳이 많아져야 할 것이고, 다양한 연구 조사와 핵심 인력 양성을 담당함으로써 국산화를 위한 집중 연구와 전문 인력 배출이 활성화되어야 할 것이다.

 

출처

- http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=102&oid=003&aid=0000427429

(부안‘신재생에너지’소재개발 지원센터 문 열어)

- 부안 신재생에너지소재개발지원센터 교육용 교재