거대한 잠재력 ‘태양에너지’를 깨워라

거대한 잠재력 ‘태양에너지’를 깨워라
태양광산업 성패, 차세대 기술 확보가 관건

환경, 에너지안보, 경제 3E의 대안 태양에너지 급부상

2009-03-17 13:36:10

[ 이소진 기자 ]

세계 최대규모의 추적식 태양광발전소가 12일 전남 신안군 지도읍 발전소 현장에서 준공식을 갖고 본격적인 상업발전에 착수했다. 신안 발전소는 지도읍 일대 67만㎡ 부지에 2천억원의 사업비를 들여 최첨단 시설을 갖춘 24mW 규모로 건립됐으며 태양의 위치를 따라가며 발전효율을 높인 추적식 발전시스템으로는 세계에서 가장 크다. ⓒ뉴스한국

화석에너지의 무절제한 사용으로 인해 인류는 최대의 위기를 맞고 있다. 오일피크가 이미 지났다는 의견도 분분한데다 지구온난화에 따른 기후변화도 곳곳에서 일어나고 있다. 거기에 미국발 금융 사태로 최근 지구촌의 경제에는 글로벌 디플레이션 우려와 함께 암울한 전망이 쏟아지고 있다. 따라서 생존전략을 구사하지 못하면 더욱 힘든 상태로 내몰릴 형세다. 또한 2008년 7월 배럴당 150달러를 넘어서던 유가는 현재 50달러 중반으로 내려가긴 했지만 가격안정을 기대하기란 어려운 상황이다.

세계 각국 정부에서는 위기타개를 위해 과감한 경기부양책을 마련하고 있다. 특히 환경과 경제 두 마리 토끼를 잡겠다는 ‘녹색성장 정책’을 중심으로 추진하고 있다. 미국 오바마 대통령의 ‘그린 뉴딜’, 일본 아소 정부의 ‘녹색 내수’, 이명박 정부의 ‘녹색 성장’ 등이 다 이에 해당된다. 이와 관련해 재생에너지도 에너지 안보를 확보하고 온실가스 감축에 대응할 수 있어 각광받는 산업으로 떠올랐다. 과거 1차, 2차 석유파동 때도 많은 나라들이 태양광을 비롯해 재생에너지에 대한 관심이 있어 왔다. 고비 때마다 기술개발과 보급에 관심을 기울이기는 했지만 유행처럼 지나간 것도 사실이다. 우리나라도 마찬가지 2차 석유파동 시점부터 재생에너지관련 연구와 기술개발을 하기 시작했다.

전문가들은 현 시점은 지속가능한 해결책으로 재생에너지에 대한 접근이 필요한 때라고 입을 모은다. 한국에너지기술연구원 신재생에너지연구본부의 강용혁 본부장은 “현재 에너지체계는 한정된 화석에너지를 점유한 나라만 권리를 가지고 있다.” 그러나 “잠재량이 풍부한 재생에너지는 기술력만 확보되면 세계 어느 나라든지 에너지 생산국이 될 수 있다”며 에너지의 97%를 수입해 쓰는 우리나라는 필히 에너지를 재생에너지로 대체해야 한다고 강조했다.

우리나라는 신에너지와 재생에너지를 합해서 신재생에너지로 부르고 있다. 재생에너지에는 태양열, 태양광, 바이오, 풍력, 지열, 소수력, 해양에너지, 폐기물에너지 8개 분야가 있고, 연료전지, 석탄액화·가스화, 수소에너지를 신에너지로 분류하고 있다. 그중 급성장 중인 태양광산업은 반도체, LCD의 뒤를 이을 신성장동력으로 기대하고 있다. 또 전 세계적으로도 태양광 시장은 비약적인 성장을 보이고 있는 추세다. 이에 발맞춰 정부도 태양광, 풍력 기술개발에 2522억 원을 투자한다고 밝혔다. 특히 태양광 제조 장비 국산화, 박막형 태양전지 상용화 등에 처음으로 대규모 연구개발(R&D) 자금이 투입된다. 정부는 전략적인 기술개발을 통해 태양광 산업화를 본격 추진할 계획이다.

잠자는 태양에너지를 깨워라
태양에너지의 잠재력은 무한하다. 지구에 떨어지는 태양에너지는 인류 에너지소비량의 약 1만 배에 달한다. 발전량을 따지면 전체 세계 사막면적의 1%만 태양에너지로 발전해도 전 세계 전기에너지를 충분히 해결할 수 있는 양이다. 햇빛이 있는 곳이면 어디든지 에너지를 생산할 수 있는 무한한 공급원인 셈이다. 또 에너지를 이용함에 있어서도 대기오염이나 폐기물 발생 등 환경오염을 일으키지 않을 뿐 아니라 소음, 진동이 없는 청정 에너지원이다.

햇살 좋은날, 남향으로 자리 잡은 집안에 있으면 난방을 하지 않아도 집안이 따뜻해지는 것을 대부분 경험해본 적이 있을 것이다. 이것이 바로 우리가 의식하지 못하면서 사용해온 태양열 난방이다. 그런데 이렇게 무한한 에너지를 이제껏 상용화하지 못한 이유는 무엇일까. 태양에너지는 밀도가 낮을 뿐 아니라 지역에 따라 편차, 밤낮, 날씨, 계절에 따른 일사량 차이가 나는 등 단점을 가지고 있다. 게다가 화석에너지 위주의 시스템 속에서 경제성에 밀려 산업화할 기회가 거의 없었던 것도 이유다. 때문에 효율을 높이는 집광, 집열 등의 관련 기술을 개발할 여건이 마련되지 않아 더디게 발전해 왔다는 의견이 있다. 태양에너지는 빛을 이용하거나 열을 이용하는 방식으로 나눠진다. 빛은 전기를 생산하는 것에 한정되어 있지만 열은 전기, 열, 연료 등 기존의 화석에너지가 가지고 있는 에너지 형태로 다 이용 가능하다.

그러나 가장 편리하게 쓸 수 있는 전기를 사람들이 선호하기 때문에 주로 전기로 만드는 것에 초점이 맞춰져 있는 형편이다. 태양열 발전은 열의 흡수, 저장, 열 변화를 통해 건물의 냉난방과 급탕 등에 활용하는 시스템으로 집열부, 축열부, 이용부의 기술로 축약된다. 집열부는 태양에너지를 모아서 열로 변환하는 장치로 가장 중요한 부분이다. 축열부는 열 교환된 매체(난방용 온수 등)를 저장하는 부분이다. 활용온도에 따라 저온(100℃이하), 중온(300℃이하), 고온(300℃이상)분야로 나뉘는데 다양한 분야에 적용할 수 있다.

저, 중온분야는 냉난방, 급탕, 농수산물 건조, 담수화, 열발전 등에 이용되고, 고온 분야는 열발전, 산업공정열, 우주열 등에 이용된다. 온도가 높아질수록 집열하는 방식과 기술이 어려워진다. 온도가 3000℃로 높아지면 열분해로 수소까지 생산할 수 있다. 태양광 발전은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 기술로 태양전지(Solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전지, 전력변환장치로 구성된다. 태양광은 필요한 장소에 필요한 양의 발전이 가능하고 유지보수가 쉽다. 그러나 태양전지의 가격이 비싸 초기투자비와 발전단가가 높고 일사량에 따라 발전량 편차가 심해 안정된 전력공급을 위해선 보안 전원이 필요한 것이 단점이다. 미래의 태양광 발전은 수소생산과 사막지대의 대규모 태양광발전에 의한 초전도 송전, 우주공간에서의 태양광 발전 등이 구상되고 있다. 또 제로에너지 개념의 지하 공간, 해상 구조물 전원으로써 이용도 검토되고 있다.

세계 사막면적의 1%로 전 세계를 밝힌다
지구에 떨어지는 태양에너지는 인류 에너지소비량의 약 1만 배에 달한다. 발전량을 따지면 전체 세계 사막면적의 1%만 태양으로 발전해도 전 세계 전기에너지를 충분히 해결할 수 있는 양이다. ⓒ뉴스한국

태양광 발전시장, 차세대 기술 확보가 관건
2008년 전 세계 태양광 설치용량은 8,864mW로 2007년 말 2,035mW보다 4.4배가 증가했다. 연도별 신규설치 용량도 매년 급증하는 추이다. 또 태양전지는 향후 중심축이 되는 에너지원의 하나로 장기적인 확대가 전망되고 있다. 골드만삭스 조사부가 작성한 자료에 따르면 태양전지가 세계의 전력 소비량에서 점유하고 있는 비율은 현재 0.1%에 지나지 않지만 2040년에는 25%까지 급속히 확대될 전망이다.

이런 가운데 차세대 기술 확보여부는 태양광 시장판도에서 중요한 경쟁 요소로 떠오르고 있다. 현재 태양광발전의 국내 기술수준은 각 단계별로 격차가 심한 편이다. 2006년 12월 실시한 국내기술수준조사에 따르면 독일, 일본, 미국 등 선진국 기술수준을 100%로 가정했을 때 평균 85% 정도의 수준으로 평가됐다.

강용혁 본부장은 “2003년에 조사했을 때는 평균 56%였다. 국가가 연구개발비용을 집중투자하면 기술은 올라가기 마련이다.” 그러나 “연구개발비용으로 비교하면 미국이나 일본의 5% 수준에 불과하다. 우리는 선택과 집중을 할 수밖에 없다”고 말했다.제 1세대 전지인 실리콘광전지는 전 세계 태양전지시장에서 92%를 점하고 있다. 우리나라도 국내 일관생산체제가 구축돼 보급되고 있다. 그러나 태양전지, 모듈제조 핵심장비를 수입에 의존하고 있어 국내업체의 단가인하나 생산성 향상에 장애가 되고 있는 실정이다.

또 자체 자립경쟁력이 부족해 국내는 발전차액제도와 같은 정부의 정책으로 보급되고 있어 완전한 경제성을 가지기에는 시간이 더 필요한 상황이다. LG경제연구원에 따르면 현재 실리콘광전지 위주의 시장은 차세대 기술개발과 상업화 움직임으로 판도가 바뀔 것으로 예상되고 있는데 이는 제 2세대 전지인 박막형 태양전지가 시장에 들어오기 시작했기 때문이다. 박막형은 실리콘 사용량이 기존의 1%미만에 불과해 실리콘 공급량에 거의 의존하지 않는 기술이다. 최근 태양전지 수요급증으로 실리콘 공급부족 현상이 심화돼 가격이 2년 사이에 3배 가까이 상승한 것을 고려한다면 매력적인 기술임에 틀림없다. 생산원가도 실리콘 기술에 비해 최대 60%까지 줄일 수 있다.

최근에는 단점으로 지적됐던 낮은 전환효율도 기존 기술수준인 14~15%까지 개선되는 기술발전도 빠르게 진행되고 있다. LG경제연구원은 박막형 태양전지가 본격적인 양산체제로 전환되면 태양전지 산업의 대세로 자리잡을 것으로 전망했다. 이에 발맞춰 정부도 저가격 대면적 실리콘 박막 태양전지 제조기술, 유리기판 박막 태양전지 모듈 제조기술 등 박막 태양전지 상용화 기술개발을 지원한다고 밝혔다.

박막형 전지의 경우는 전 세계적으로 상용화 초기단계로 집중적인 기술개발을 통해 세계시장을 선점할 수 있다는 계산에서다. 박막형 태양전지 외에도 태양광 분야에서 급부상하고 있는 기술이 또 하나 있다. 바로 건물일체형 태양광시스템(BIPV: Building Integrated Photovoltaic system)이다. 에너지 절감 건축 시스템인 BIPV는 발전소재를 건물 벽이나 창문에 부착하는 것으로 혁신적인 기술로 꼽히고 있다. 태양광 발전 모듈을 건축자재화해 태양광 발전을 하게 된다. 1990년대에 들어서 상용화되기 시작한 BIPV 시장은 꾸준한 성장세를 보이고 있다. 국내 시장도 커튼월 관련 기업과 창호업체의 참여로 큰 성장이 예상된다.

잠자는 청정 에너지 태양열
햇빛이 있는 곳이면 어디든지 에너지를 생산할 수 있는 무한한 공급원인 셈이다. 에너지를 이용함에 있어서도 대기오염이나 폐기물 발생 등 환경오염을 일으키지 않을 뿐 아니라 소음, 진동이 없는 청정 에너지원이다. ⓒ뉴스한국

태양열 시장, 이제는 올라갈 일만 남았다
태양열 온수급탕 시스템은 이미 경제성이 높아져 상용화 단계에 있다. 특히 수영장, 목욕탕, 기숙사와 같이 온수를 사계절 쓰는 곳이라면 더욱 좋다. 온수급탕에 사용되는 온도는 보통 40~60℃의 저온으로 집열장치가 비교적 단순하고 생산, 설치 등에 드는 비용이 적다. 태양열 온수 시스템이 국내에 처음 보급되기 시작한 때는 2차 오일쇼크 이후인 1980년대부터다. 여타 재생에너지에 비해 태양열의 경우는 쉽게 일반 주택에 적용할 수 있어 제일 먼저 보급되었다.

강용혁 본부장은 “국내 기술개발도 되지 않은 상태서 수입한 시스템이 보급되었다”며 “시스템에 대한 지식이나 기술 없이 보일러처럼 설치하고 팔았다”고 설명했다. 밸브하나 틀면 되는 정도도 고칠 수 없는 기술부족 상태였다. 그러다보니 제대로 된 A/S는 받을 수 없었다. 게다가 유가가 떨어지면서 수입업체들이 도
산해 그나마 있던 곳도 없어져 국민들에게 부정적인 이미지만 안겨주게 됐다고 한다.

1990년대 초 태양열 시스템은 완전한 국산화가 되면서 엄청난 속도로 다시 보급되기 시작했다. 그러나 IMF가 오면서 업체들은 줄줄이 도산하였고 또다시 A/S를 받을 수 없게 됐다. 간신히 회복된 이미지도 다시 나락으로 떨어졌다. 강용혁 본부장은 “2000년대 들어서면서 인증제도도 정비하고, 업체들도 다시 시장에 들어오고 있다”며 “지금은 태양열 보급이 거의 바닥이지만 다시 올라가는 추세다”고 태양열 시장에 대해 전망했다. 보급은 산업화와 달리 투자대비 이익을 얼마만큼 얻느냐로 결정되는데 태양열 시스템은 경제성이 충분히 있다는 설명이다. 또 이제는 탄탄한 기술력, 사회적 인프라와 체계가 구축되어 있어 그전과 같이 낭패 보는 일은 없다고 강조했다.

덧붙여 “태양열에 의한 냉방시스템과 담수화의 국내 기술은 세계적으로 높은 수준에 도달해 있어 멀지 않은 시간 내에 시장을 장악할 수 있다”며 강한 자신감을 내비쳤다. 또 저온 분야의 경우는 2020년, 고온 분야는 2030년 정도에 상용화 단계로 들어설 것으로 내다봤다. 수소연료를 만들어내는 태양열 고온 분야의 국내 기술은 2000℃까지 올릴 수 있는 수준이다.

강용혁 본부장은 “앞으로 수소에너지가 상당히 중요해진다. 현재는 모두 화석에너지로 만들어내고 있는 실정이다”며 “이제는 신재생에너지로 물을 전기분해하거나 태양열로 직접 깨서 수소를 만들어야 한다”고 설명했다. 열분해를 하기 위해서는 향후 2년 안에 온도는 올릴 수 있지만 연구개발단계이기 때문에 상용화까지는 아직 갈 길이 멀다고 한다. 간단한 태양열 열분해 장치로 수소를 생성해 충전소에서 쓸 수 있는 단계까지는 앞으로 15년에서 20년이 필요하다는 설명이다.

ⓒ뉴스한국

국내 산업화 걸림돌은 무엇인가
이명박 정부는 신성장동력으로써 그린에너지를 이야기하며 강력하게 드라이브를 걸고 있다. 그 핵심에는 신재생에너지가 있다. 여러 가지 마스터플랜과 로드맵을 만들고, 총괄하는 위원회도 만들어 추진하고 있다. 강용혁 본부장은 “국가는 전체그림에서 통합된 로드맵을 제시해야 한다”며 또 “각 분야마다 중점적으로 해야 할 부분을 과감히 선택해 집중해야 한다”고 제언했다.

이어 “산업화는 기술개발과 보급을 연계할 때 가능하다”며 “기술개발이 세계 수준으로 올라왔을 때 먼저 국내 사업체와 협력을 통해 국산화 해야 한다”고 강조한다. 국내에서 테스트를 충분히 한 후 수출해야 기술력과 국내시장을 점할 수 있다는 설명이다. 그러나 이제까지 늘 기술개발 도중에 보급이 앞서 진행된 경우가 많았다고 지적했다. 결과적으로는 시장에 외국제품이 먼저 들어오는 현상이 생겼다고 한다.

강용혁 본부장은 “보급과 사업화는 다르다. 보급의 개념은 세계 최고의 품질을 가장 싸게 보급하는 것이 경제 논리로 맞는 것이다. 그것이 꼭 국산이어야 한다고 우길 필요가 전혀 없다”며 “효율도 떨어지고 가격도 비싼 국산품을 애국심에만 호소해서 팔 수는 없는 일이다”고 말했다. 덧붙여 “보급이 시기적으로 앞서게 되면 기술개발을 해도 테스드베드가 없어져 국내시장뿐만 아니라 해외시장도 어렵게 된다”며 “이미 들어와 있는 외국제품은 갈수록 수요가 증가돼 더 저렴한 가격으로 국내시장을 점하게 된다”고 설명했다. 신기술이 산업화로 가는 길은 보급정책과 기술개발의 연계라고 강조한다.