김 경 수 한국에너지기술연구원 신재생에너지연구본부 태양광연구단

EPIA(European Photovoltaic Industry Association)의 2008년 발간 보고서에 의하면 한국의 태양광 시장은 세계 4위(그림 1)로 스페인, 독일, 미국에 이어 작년 한 해 동안 274MW의 태양광시스템이 설치 및 보급이 이뤄졌다. 2006년까지만 해도 누적 설치량이 약 40MW이었으나 2007년 134MW에 이어 지속적인 태양광발전소가 건설되고 있다. 그러나 2008년 발전차액 지원정책의 변화로 2009년 현재 10월 현재 약 50MW의 설치량으로 2008년에 비하여 매우 위축된 성장을 보일 것으로 전망된다. 2009년 EPIA에서는 최소 100MW 최대 200MW의 시장이 될 것으로 전망하고 있으며, 2012년 300MW~700MW로 지속적인 시장 창출을 예상하고 있다.

그림 1. Top 10 PV Markets in 2008(MW). 한국의 태양광 시장은 세계 4위(그림 1)로 스페인, 독일, 미국에 이어 작년 한 해 동안 274MW의 태양광시스템이 설치 및 보급이 이뤄졌다.

현재까지 설치 및 운영되고 있는 태양광발전소를 설치 규모에 구분을 지어보면 그림 2와 같으며 총 1,215개의 발전소 가운데 10kW~50kW의 용량이 708개로 전체의 58%를 차지하고 있다.  

그림 2. 규모에 따른 태양광발전소 개수. 총 1,215개의 발전소 가운데 10kW~50kW의 용량이 708개로 전체의 58%를 차지하고 있다.  

국내 태양광발전의 R&D를 선도하고 한국에너지기술연구원의 신재생에너지연구본부 태양광연구단에서는 그림 3과 같이 BIPV, PCS, 인증 평가, 모니터링, 태양전지 및 교육 프로그램 등의 태양광발전의 전반에 이르는 연구 및 핵심 기술 보급에 대해 힘을 쓰고 있다. 특히 태양전지의 제작에서 시스템에 이르는 전 공정이 갖춰져 있어서 국내외 타 연구기관에 비해 매우 경쟁력 있는 인프라를 갖추고 있다.

그림 3. 태양광연구단의 주요 연구 분야. BIPV, PCS, 인증 평가, 모니터링, 태양전지 및 교육 프로그램 등의 태양광발전의 전반에 힘을 쓰고 있다.

그리고 연구원 내의 건축물에 적용한 BIPV 시스템을 통한 구성요소 기술의 확보 및 시스템의 안정성 및 신뢰성 평가 분석을 통한 발전시스템의 향상에 대한 지속적인 연구를 진행하고 있다.

그림 4. BIPV 시스템 설치 현황. 연구원 내의 건축물에 적용한 BIPV 시스템이다.

태양광 시스템의 핵심 요소의 성능 및 안정성 확보를 위해 2007년부터 국내에서는 태양광용 PCS 및 태양전지 모듈에 대한 인증 평가를 진행하고 있다. 특히 2003년에 진행된 ‘PV시스템 구성요소 기기의 성능 평가법 및 기술기준(안) 확립’연구를 통해 KS C IEC61215 등의 평가가 가능한 시험설비가 구축됐다. 최근에는 KS C IEC61646 및 KS C IEC61730-1, KS C IEC61730-2 시험이 가능하도록 설비를 갖춰 세계적인 시험 기관으로 발돋움을 준비하고 있다.

그림 5. KIER의 태양전지 모듈 평가 설비. 태양광용 PCS 및 태양전지 모듈에 대한 인증 평가를 진행하고 있다. 

2009년 10월 현재 국내에서는 총 300여개 모델의 태양전지 모듈의 인증시험이 진행됐다. 특히 2009년부터는 국내 태양광발전소를 건설하기 위해서는 반드시 에너지관리공단에서 발행하는 인증서가 있어야 한다. KTL(한국시험연구원)과 KIER(한국에너지기술연구원)에서 2007년부터 시행된 인증모듈은 그림 6과 같이 한국, 중국, 일본, 미국, 대만, 필리핀 등의 6개국에서 생산된 모듈로 2009년 10월 현재 이뤄져 있다. 이중 한국이 전체의 57%, 169개의 모델로 가장 많으며, 다음으로 중국의 인증모듈 27%, 82개로 지속적인 증가를 보이고 있다.

그림 6. 국가별 인증 모듈의 현황 (나라, 개수, 점유율). 한국, 중국, 일본, 미국, 대만, 필리핀 등의 6개국에서 생산된 모듈로 2009년 10월 현재 이뤄져 있다. 

국내 태양전지 모듈의 인증을 받은 업체는 두 가지 부류로 나눌 수 있는데 첫째로 국내 모듈 생산라인을 갖춘 경우이며, 둘째는 국외의 생산되는 모듈로 국내 법인을 통한 인증이 이뤄진 경우다. 이중 국외에서 생산되는 경우 반드시 국내 법인을 통한 시험이 진행돼야 한다. 2009년 10월 현재 국내 16개 국외 34개의 총 50개 회사가 인증 모듈의 판매가 가능하다.

그림 7. 인증모듈의 생산 및 판매 회사. 현재 국내 16개 국외 34개의 총 50개 회사가 인증 모듈의 판매가 가능하다. 

태양전지 모듈의 인증을 위해서는 총 10장(2장의 자외선 시험 모듈 포함)의 시험 시료가 필요하며 약 4~5개월의 시험기간이 소요되며 각 시료는 시험절차에 의해 최대 50일간의 환경시험을 거치게 된다. 태양전지 모듈의 전기적 성능을 평가하는 시험에서는 시험품의 평균출력이 제조사가 표시한 공칭 규격 이상을 만족해야 하며 평균 출력의 ± 3%의 균일도가 만족돼야 한다. 현재 결정질 태양전지 모듈의 경우 18,024,000원, 박막 태양전지 모듈의 경우 36,000,000원의 시험비용이 책정돼 있다.

그림 8은 인증모듈의 출력 분포를 나타낸 것으로 200W~210W, 220W~230W의 분포가 전체의 40.6%를 차지하고 있다. 최근에는 모듈 장비의 대형화 및 제조 단가의 경쟁력을 위해 260W 이상의 대형 모듈의 인증이 점차 증가하고 있는 추세이다.

그림 8. 최대출력(Pmax) 분포. 200W~210W, 220W~230W의 분포가 전체의 40.6%를 차지하고 있다.

태양전지 모듈의 효율은 STC(Standard Test Condition)에서 측정을 진행하는데 일사량 1kW/㎡의 조건에서 발생되는 최대 전력(Pmax)의 값을 기준으로 계산된다. 대부분의 경우 사용되는 태양전지의 효율에 영향을 가장을 받으며 현재 13%~15%가 전체의 87.6%를 차지한다.

그림 9. 태양전지 모듈의 효율. 현재 13%~15%가 전체의 87.6%를 차지한다. 

총 500MW의 발전차액제도(FIT)아래 2010년에 지원하는 FIT는 표 1과 같이 책정됐다. 대지(Ground)와 건물(Building) 유휴 공간을 이용한 경우 발전차액에 차이를 두었으며 총 80MW의 FIT을 위한 사전 신청 접수를 진행했다.

2013년 전 세계 태양광 시장은 EPIA의 시장 예측으로부터 대략적인 추측이 가능한데, Moderate 시나라오에 의하면 12GW, Policy-Driven 시나리오에 의하면 22GW의 매우 큰 태양광 시장이 창출될 전망이다. 이에 국내에 보급 및 해외 수출되는 태양전지 모듈의 장기적 내구성 확보를 위해 시험기관으로서 생산자의 경쟁력을 높일 수 있는 지속적인 연구 및 개발에 집중이 이뤄져야 한다. 

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