[국제그린에너지엑스포] 국그에서 만난 요즘 태양전지
대학생신재생에너지기자단 20기 서범석
국제그린에너지엑스포에 다녀오다
지난 4월 13일에서 15일, 대학생신재생에너지기자단 단원들이 대구에서 열린 국제그린에너지엑스포에 다녀왔다. 국제그린에너지엑스포는 국내 최대, 세계 10대 신재생에너지 전문 전시회로 글로벌 태양광 기업이 대거 스폰서로 참가하는 국내 대표적인 에너지 관련 행사이다. 올해 역시 다양한 태양광 기업들이 참여했으며 250여 개의 부스가 운영되는 등 뜨거운 반응을 보였다. 우리 기자단 역시 부스를 운영하며 신재생에너지 관련 설문 조사를 실시하고 팸플릿을 나눠주는 등 신재생에너지 홍보에 앞장섰다.
한편, 단원들은 여러 부스를 돌아보며 관심 있는 신재생에너지 분야, 기업에 대해 취재하기도 하고 인터뷰를 진행하기도 했다. 본 기자는 한화 Qcell, 신성 E&G 등 여러 부스를 돌아다니며 다양한 태양전지와 그 응용에 대한 인터뷰를 진행했다. 본 기사는 그 인터뷰의 내용을 담아 요즘 태양전지가 어떻게 만들어지고, 어디에 사용되고 있는지 알리기 위해 작성되었다.
[자료 1. 엑스포에서 한화 Qcell 부스 조형도]
출처: 한화Qcell
한화 Qcell: 가정용 태양전지
한화 Qcell에서는 가정용 태양전지 모듈, Q.PEAK DUO ML-G11/BFG를 전시했다. 이 모듈은 실리콘과 p-type 반도체로 만들어졌으며 최대 효율이 20.8%, 최대 출력은 500Wp에 달한다. Q.PEAK DUO의 대표적인 특징은 양면 발전과 멀티 버스바, 하프셀 기술이다.
[자료 2. 한화 Qcell의 가정용 태양전지 모습]
출처: 자체제작
Q. 양면 발전의 원리가 무엇인가요?
Qcell의 ‘dual plane’ 기술은 태양전지를 투과한 빛을 다시 반사시켜 발전에 이용하고 효율을 극대화합니다. 태양광 셀 후면에 있는 유리가 발전 반사판 역할을 해 더 많은 양의 빛이 셀로 반사되도록 합니다. 태양광 셀 후면에는 특수 나노 코팅이 되어 있는데요, 이를 통해 소멸할 수 있는 빛도 셀 내부로 반사하여 더 많은 전기를 생산해 낼 수 있습니다.
[자료 3. 양면 발전을 위한 dual plane 기술]
출처: 한화Qcell
Q. 멀티 버스바 기술, 하프셀 기술이란 무엇인가요?
입사광을 보다 효과적으로 사용하면서 소실되는 전류를 줄일 수 있는 기술입니다. 태양전지 위에는 얇은 흰색 금속선이 있습니다. 이를 ‘버스바’라고 하고, 태양전지에서 만들어진 전류를 외부 회로로 전달하는 역할을 합니다. 멀티 버스바는 태양전지의 버스바 간격을 줄여 전류의 이동 경로를 줄입니다. 전류가 이동하는 거리가 짧아지면서 저항으로 인한 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
[자료 4. 한화 Qcell의 멀티 버스바 기술]
출처: 한화Qcell
하프셀 기술은 첨단 레이저로 기존 셀의 크기를 반으로 나누는 기술입니다. 하프셀을 이용해 전자의 이동거리를 줄여 전력 생산을 증가시킬 수 있는데, 최대 3%의 출력 증가 효과를 보고 있습니다.
[자료 5. 한화 Qcell의 하프셀 기술]
출처: 한화Qcell
Q. 가정용 태양전지를 지을 때, 가장 중요하게 생각하는 요소가 무엇인가요?
가정 건물의 일사량을 중요하게 생각하는 것 같습니다. 가정용 태양전지를 설치할 때, 정부가 정한 최소 발전량 기준인 3kW를 만족시켜야 하는데요, 이를 위해선 아무래도 가격보다는 효율을 더 중요하게 여깁니다. 하지만, 소비자가 가정이다 보니 태양전지의 단가가 너무 비싸면 소비자에게 부담이 될 수 있기 때문에 너무 비싼 태양전지를 지양하고 있습니다. 예를 들어, 가정용 태양전지에는 갭리스(Gap-less) 기술이 적용되지 않는데, 효율은 떨어지지만 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있습니다.
Q. 국내에서는 태양전지를 지을 곳이 점점 없어지고 있습니다. 이에 따라 태양전지 시장이 작아질 것이라는 의견이 있는데요, 한화에서 생각하는 앞으로의 유망한 태양전지 설치 장소와 한화의 태양전지에 대한 비전, 예측되는 전망이 무엇일까요?
최근 태양광 시설을 설치할 수 있는 토지 면적이 줄어들면서 태양광 사업 시장이 주춤했습니다. 때문에 Qcell에서는 가정 지붕형, 수상형, 영농형, BIPV 태양전지를 제작하고 있습니다. 또한, 태양전지 사업을 국내에 한정하지 않고 미국, 유럽 등 해외에 대한 투자를 늘리고 있습니다.
현재 태양전지의 시장은 전쟁 등의 요인으로 인한 원자재 가격 상승에 의해 수익성이 조금 저하된 상태입니다. 하지만, 현재보다는 미래를 바라본다는 마음으로 태양전지에 대한 투자를 늘리고 있고, 태양전지에 대한 수요 역시 증가할 것이라고 생각합니다.
한화 Qcell: 발전소용 태양전지
한화 Qcell이 개발한 발전용 태양전지 역시 폴리 실리콘으로 만들어졌으며, 최대 21.6%, 580Wp의 효율과 출력을 갖는다. 발전용 태양전지의 모듈인 Q.PEAK DUO Z는 ‘갭리스(Gapless)’라는 특별한 기능을 가지고 있다.
Q. 발전용 태양전지가 가정용 태양전지보다 효율이 큰 이유가 무엇인가요?
아무래도 소비자가 가정으로 한정되는 가정용 태양전지보다 발전용 태양전지는 높은 효율이 중요합니다. 그래서 효율을 높일 수 있는 여러 가지 방법을 사용하는데요, 그 첫 번째 방법이 바로 모듈의 크기를 넓히는 것입니다. 모듈이 크면 클수록 전체 면적에 비해 프레임 등 발전에 사용되지 않는 면적의 비율은 줄어들기 때문에 전체적인 효율이 증가하게 됩니다. 또한, ‘갭리스’라는 특별한 기법으로 태양전지의 효율을 상승시켰답니다.
Q. ‘갭리스’ 기법이란 무엇인가요?
태양전지 셀의 밀도를 늘려 효율을 높이는 기술이에요. 태양전지의 효율은 용량을 모듈의 크기로 나눠 구합니다. 그런데 모듈 안에서 발전을 하지 않는 부분들이 있습니다. 프레임이라든지, 셀과 셀 사이의 틈이라든지, 이런 발전을 하지 않는 간격들을 줄이면 상대적으로 모듈 내에서 태양전지 셀의 비중이 늘어나고 효율이 증가할 수 있습니다.
한화 Qcell: 수상형 태양전지
Q.PEAK DUO XL-G11.6 POSEIDON은 최대 20.7%의 효율을 내면서 물 위에서 발전을 하는 수상형 태양전지로 쓰인다. 다른 태양전지에 비해 ‘물 위’라는 혹독한 환경에서 발전을 하기 때문에 내구성에 신경을 많이 썼다. 염해부식 테스트를 통해 외부적으로 염분 등 수상 환경을 잘 견딜 수 있도록 설계되었다. 그렇게 때문에 염분, 파고에 의한 문제에 대비할 수 있다. 또한, 모듈 후면에는 POE 백시트를 사용했다. POE는 수분과 증기의 투과율이 낮아 태양전지가 수상 환경에서 더 장기적으로 사용될 수 있도록 한다.
처음 수상형 태양전지를 보았을 때 태양전지가 수상 생태계에 악영향을 줄 수도 있다고 생각했다. 태양전지에서 생물에게 유해한 성분이 흘러나오거나 물로 들어오는 빛을 차단할 것 같았다. 하지만 수상형 태양전지가 생물에 미치는 영향은 작다고 한다. 납 등 여러 금속에 대한 용출 시험을 시행해도 검출이 되지 않았고 물에 입사하는 빛을 많이 가리지 않았다.
영농형 태양전지는 농업과 병행이 가능한 태양전지이다. 영농형 태양전지에 대해선 아래 연관 기사에서 더욱 자세히 다루고 있다. 아직 상업용은 아니지만, 시범단지, 농업지역 등에서 설치되고 있다.
[자료 7. 한화 Qcell의 영농형 태양전지 모습]
출처: 자체제작
Q. 영농형 태양전지만이 가지는 특징이 있을까요?
영농형 태양전지의 특징에는 세 가지, 높은 투과율, 친환경 인증, 협소형이 있습니다. 농업과 병행하기 위해 백시트를 제거해서 타 태양전지에 비해 높은 투과율을 가지고 있습니다. 두 번째로, 극한적인 환경에서도 발전량을 유지하고 환경에 대한 영향을 줄이기 위해 친환경 인증을 받았습니다. 세 번째로, 일반적인 모듈보다 폭이 넓어 모듈을 따라 떨어지는 낙수로 인한 식물 피해가 적습니다.
Q. 영농형 태양전지의 전망이 어떤가요?
영농형 태양전지는 ESG 관점에 부합하기 때문에 많은 주목을 받고 있고 앞으로의 전망도 좋을 것 같습니다. 영농형 태양전지를 적용하는 시범단지가 증가하고 있고, 태양전지에서 나온 수익은 농민에게 돌아가기 때문에 앞으로도 증가할 것 같습니다. 이러한 영농형 태양전지의 상용화가 본격적으로 이뤄지기 위해선 상업화에 맞는 법안이 필요합니다.
Q. 지금까지 봤던 모든 태양전지가 모두 실리콘 기반이었는데, 실리콘 태양전지의 장단점이 무엇인지 알 수 있을까요?
아무래도 가장 오랫동안 개발되어 왔기 때문에 효율이 좋고 가볍다는 장점이 있습니다. 단점으로는, 실리콘의 원자재가 수입 의존도가 높아서 해외 상황에 따라 수급에 영향을 받기도 하고 가격이 증가하기도 한다는 점이 있습니다.
한편, 부스를 둘러보던 중, 왜 차세대 태양전지로는 상용화된 제품을 만들지 않는 건지 궁금증이 생겼다.
Q. 한화 Qcell의 태양전지는 모두 실리콘 기반 태양전지였는데, 차세대 태양전지는 없는 건가요?
한화에서도 차세대 태양전지, 페로브스카이트 태양전지를 개발하고 있습니다. 안정성이 떨어지는 실리콘 태양전지와는 달리 페로브스카이트 태양전지는 내구성도 좋고 효율도 높습니다. 다만, 제조에 사용되는 ‘페로브스카이트’라는 물질이 비싸 값이 조금 비쌀 수는 있습니다.
Q. 개발 중인 페로브스카이트에 대해 설명해주세요!
이번 한화에서 개발 중인 페로브스카이트 기반 탠덤 셀은 기존 29%에 그쳤던 실리콘 태양전지의 효율에 비해 최대 44%라는 높은 효율을 보여주고 있습니다. 하지만, 상용화가 이뤄졌을 때 이론만큼 효율이 나오는지 확인을 해야 하기 때문에 아직 상용화는 이뤄지지 않고 있습니다. 아마 2024년~2025년 사이에 개발이 완료될 것 같습니다.
페로브스카이트 기반 탠덤 셀은 페로브스카이트 전지와 일반 실리콘 전지를 탠덤 구조로 쌓아 만든 태양전지입니다. 페로브스카이트 물질이 짧은 파장의 빛을 흡수하고 실리콘 태양전지가 긴 파장의 빛을 흡수해 더 넓은 범위의 빛을 흡수할 수 있어서 효율이 높아요. 페로브스카이트 자재 특성상 유연성이 좋아 곡선으로도 제작할 수 있고 전기차 등에 사용할 수 있습니다.
[자료 8. 한화 Qcell 페로브스카이트/실리콘 탠덤 셀 개요]
출처: 한화Qcell
Q. 염료 감응 태양전지나 유기 태양전지 등 다른 차세대 태양전지에 대한 개발도 진행되고 있나요?
두 태양전지의 경우 효율이 너무 낮아 수익성이 낮다는 단점이 있어서 시장 수요가 작습니다. 때문에, 한화에서 따로 도전하고 있지는 않습니다.
마지막으로 살펴본 곳은 신성 E&G였다. 신성 E&G에서는 태양전지에 컬러 시트를 입혀 BIPV로 이용하기 위한 태양전지를 개발하고 있었다. 컬러 시트는 색을 내지만 빛을 투과시킬 수도 있어 미관용 태양전지 등 다양한 분야에서 이용될 것으로 보인다.
[자료 9. 신성 E&G의 태양전지 컬러 시트지]
출처: 자체제작
Q. 컬러 시트지를 사용하면서 발전 효율의 손실이 생기지는 않나요?
발전 손실은 있습니다. 컬러 시트지라는 게 빛을 반사시켜 색을 내는 것이다 보니 없을 수가 없죠. 흰 시트지를 사용한 태양전지의 경우 11.38%, 갈색 시트지는 13.78%의 효율을 낼 수 있습니다. 흰색이 갈색보다 더 많은 빛을 반사시키기 때문에 효율이 더 낮습니다. 아직 완벽한 상용화는 이뤄지지 않았지만 연구원 등 실증단지를 구축하면서 시범 설치를 하고 있습니다.
Q. 지금은 실리콘 태양전지에만 시트지를 붙이고 있는데, 페로브스카이트 같이 차세대 태양전지에도 시트지를 사용할 수 있나요?
이 시트지가 상용화된다면 페로브스카이트에도 충분히 이용할 수 있습니다. 지금은 효율, 단가, 유지 및 관리 문제 때문에 아직 페로브스카이트 전지에는 이용하지 않았지만요.
Q. 색을 내는 모듈로는 염료 감응 태양전지도 있는데, 이 태양전지에 대해서는 어떻게 생각하시나요?
염료 감응 태양전지는 효율이 너무 적어 솔직히 전망이 밝지 않다고 생각합니다. 차라리, 현재 많이 개발되고 높은 효율을 띄는 태양전지를 기반으로 색을 내는 것이 더 좋다고 생각합니다.
Q. 태양전지 시트지 사업의 전망에 대한 생각을 말씀해 주세요.
현재 국가가 토지, 임야에서의 개발을 막으면서 건물에서의 태양전지 발전의 중요성이 커지고 있습니다. BIPV를 통해 개인의 수익도 낼 수 있기 때문에 BIPV의 시장은 밝다고 생각합니다.
미래에는 어떤 태양전지가 나올까?
이번 엑스포에서 인터뷰를 통해 태양전지에 대한 몇 가지 궁금증을 해결할 수 있었는데, 가장 인상 깊었던 점은 태양전지를 발전소뿐만이 아니라 실생활에서 사용하려는 노력이 많이 돋보였다는 것이다. 태양전지 위에 씌워 미관용으로 이용할 수 있게 만드는 컬러 시트, 다양한 환경에서 발전이 가능한 수상/영농형 태양전지가 대표적이다. 위에 기술된 태양전지 외에도, 차의 지붕에 붙어있는 태양전지, 유리창에 수평 방향으로 끼워 넣어 투명함과 친환경을 동시에 잡은 투명 태양전지 유리 등 이제는 생활 곳곳에 퍼져 있는 태양광을 모으겠다는 사람들의 다짐이 보였다.
사실 태양전지는 장점만큼이나 단점도 명확하다. 매우 큰 면적을 필요로 하고 산간, 농지에 설치된 태양전지는 환경에 악영향을 줄 수 있다. 때문에, 국토가 좁은 우리나라 특성상 이제는 평지가 아닌 도시나 사람들의 생활권 곳곳에서 버려지는 태양광을 모으는 게 중요해진 것 같다. 이번 엑스포는 이러한 태양전지 개발 방향의 변화를 잘 설명해 준 것 같다. 아직 신재생에너지가 주전력이 되기까지는 시간이 조금 남은 것 같지만, 이러한 노력과 함께 순차적으로 변화해갔으면 하는 바람이다.
실생활과 태양전지에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기
1. "[디자인과 태양광] 생활 속에 녹아든 태양광 시설", 20기 서범석, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3520?category=608250
2. "식물과 태양광 패널의 공존, 영농형 태양광", 19기 정지영, 20기 이주선, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3576?category=608250
3. "유리야, 태양전지야? 투명 태양전지의 등장", 19기 정지영, 20기 서범석, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3649?category=608250
4. "수상태양광의 오해와 진실", 16기 김건형, 홍인설, 김미림, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/2848?category=608250
참고문헌
국제그린에너지엑스포에 다녀오다
1) Qcell, "한화큐셀, 국내 최대 신재생에너지 전시회 '국제그린에너지엑스포' 참가", 2022.04.06, https://qcells.com/kr/stay-in-the-loop/trending-news-detail?newsId=NEW220408082202027
한화 Qcell: 가정용 태양전지
1) Qcell, "Q CELLS 에너지 발전 기술", https://qcells.com/kr/get-inspired/energy-harvesting-technology
한화 Qcell: 발전소용 태양전지
1) Qcell, "Q CELLS 에너지 발전 기술", https://qcells.com/kr/get-inspired/energy-harvesting-technology
한화 Qcell: 수상형 태양전지
1) Qcell, "Q.PEAK DUO XL-G11.6 POSEIDON 혹독한 수상에서도 강력한 퍼포먼스, 높은 내구성과 탁월한 발전성능!", https://qcells.com/kr/get-started/complete-energy-solution/solar-panel-detail?slrPnlId=SRPL211226172641024&look=003
한화 Qcell: 영농형 태양전지
1) Qcell, "Q.PEAK DUO MS-G10.d/BGT 제한된 토지, 극대화된 경제성, 농업과 병행 가능한 발전 솔루션!", https://qcells.com/kr/get-started/complete-energy-solution/solar-panel-detail?slrPnlId=SRPL211201065907002&look=003
한화 Qcell: 차세대 태양전지
1) Qcell, "한화큐셀 컨소시엄, 차세대 셀 기반 고효율 태양광 모듈 개발 나선다", 2021.12.27, "Q CELLS 에너지 발전 기술",https://qcells.com/kr/get-inspired/energy-harvesting-technology
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