핀레이 콜빌(Finlay Colville) 솔라버즈 수석 분석가

태양광 PV 제조 전문가로서 현재 솔라버즈에서 태양광 제조 장비 시장 동향 파악 업무를 맡고 있는 필자는 PV 장비 분기별 보고서에서 태양광 산업에 대한 포괄적인 예측 정보를 제공하고 있다. 글래스고대학 과학 학사학위와 영국 스코틀랜드 세인트앤드류스대학교 물리학 박사학위를 취득한 바 있는 그는 태양광 사업 부문 마케팅 이사로 재직한 경험을 비롯해 세계 시장에서의 십여년 이상의 활동 경험을 갖고 있다.

최근 태양에너지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서 PV 제조업체들은 공격적인 제조공정 용량 확장에 착수했다. 점증하는 수요를 충족하고 대량 생산을 통해 생산 비용을 줄이기 위해 생산라인이 추가되었다. 업계를 선도하는 PV 제조업체들 또한 공격적인 수평 통합 전략을 통해 미래에 본격적인 성장 단계가 시작되기 전에 주요한 모듈 공급업체로서 시장에서 입지를 공고히 하기 위해 최대한의 노력을 기울이고 있다.

이러한 용량 확장은 주요 자본 장비 공급업체들에게 PV 산업의 중요성을 일깨워주었다. 그 결과 PV 산업은 이제 평면디스플레이(FPD)와 반도체와 같은 기존의 산업 부문을 보완하면서 새롭게 부상하는 산업으로서 엄청난 수익 창출 가능성을 제공하고 있다.

2005년에 PV 산업 수요는 고작해야 1.5GW였고 이에 따라 장비 시장은 10억 달러 이하의 규모였다. 2011년에 PV 시장 수요는 20GW를 초과할 것으로 예상되며 장비 시장의 기회는 150억 달러 이상 늘어날 것이다. 따라서 PV 산업은 이제 장비 공급업체들에게 상당한 수익 창출 기회를 주고 있다. 대표적인 장비 공급업체들은 어플라이드머티리얼즈, GT솔라, 센트로썸과 마이어버거가 있다. 이 회사들은 지난 1년간 PV 장비 생산 수익으로만 10억달러를 초과 달성시키고 있다.

유럽과 미국 회사들이 차지하고 있는 장비 시장 점유율

태양광 산업의 성장 초기 단계에서는 PV 보급을 장려하기 위해 인센티브를 도입한 지역들에서 상당한 생산 확대가 이루어지는 경향이 강했다. 이러한 현상은 1990년대 후반과 2000년대 초반 일본에서 나타났으며, 이후 2004~2008년에는 유럽에서 볼 수 있었다. 지역의 수요를 충족하기 위해 인센티브를 제공해 PV 제조업체들을 장려함으로써 장비 제조업체들은 PV 시장에 손쉽게 진출할 수 있었다.

샤프, 교세라, 산요, 미쓰비시전자에 의해 일본에서 일어난 용량 확장은 기존의 장비 생산자들에 의해 일본에서 제조된 생산 장비의 사용을 중심으로 이루어졌다. 큐셀, 솔라월드, 쇼트솔라, 에르솔솔라(현재 보슈솔라) 및 REC솔라 및 같은 회사들에 의해 이루어진 유럽의 용량 확장은 이후 바치니와 HCT세이핑시스템즈(현재는 두 회사 모두 어플라이드머티리얼즈에 합병됨), 로드앤라우, 센트로썸, 오얼리콤, 마이어버거, 레나, 슈미드와 같은 회사들에게 직접적인 성장 기회를 제공했다.

마침내 PV 제조의 성장세가 2007년을 기점으로 중국과 대만 중심으로 넘어왔을 때 기존의 유럽 장비 공급업체들 중 다수는 아시아 태평양 지역에서 새로운 시장 참여 기회를 적극적으로 모색했다. 위에서 언급한 장비 공급업체들뿐만 아니라 북미에 본사를 두고 있는 몇 개의 장비 공급업체들은 아시아의 PV 장비 투자 붐을 적극적으로 이용해 성공을 거두었다. 이런 회사들의 예에는 GT솔라, 데스패치인더스트리즈와 암테크시스템즈(유럽에 근거지를 둔 자회사 템프레스를 통합)가 있다.

유럽과 북미에 본사를 두고 있는 회사들이 2010년 PV 산업 수익 면에서 볼 때 상위 5위권의 장비 공급업체들이다.

세계 박막 PV 부문 투자 증가에 한국의 대처는?

2010년 PV 산업 내에서 장비 도입을 위한 지출은 전년 대비 80% 성장해 106억 달러에 달했다(c-Si 잉곳·모듈과 박막 태양전지 모듈 생산에 사용되는 장비 포함). 시장의 수요를 충족하는 생산량은 중국과 대만에서의 c-Si 생산에서 조달되었고, 장비 도입의 지출 분포는 여러 나라들과 PV 기술 유형에 따라 전 세계적으로 다양하게 분포되어 있었다.

박막 태양전지 PV 기술에 대한 투자가 지속적으로 강하게 이루어지는 것으로 미루어 보아 시장 다각화가 이루어졌음을 알 수 있다. 장기적으로 모듈 가격을 인하하기 위한 수단으로 공격적인 자금 투자가 지속적으로 이루어지고 있다. 이러한 여러 제조 공장들은 박막 태양전지 부문을 대규모 수익이 창출될 수 있는 기회로 여기고 있다. 물론 초기의 팽창 단계에서 살아남지 못할 가능성도 있지만, 이 기회를 잘 활용한다면 장비 공급업체들은 수익 증가를 실현시킬 수 있는 대규모 시장을 만날 수도 있다. 2011년 박막 태양전지 제조공장 확장에서 장비 도입을 위한 지출은 39억 달러를 초과할 것으로 예상된다.

그림 1은 2007~2011년까지 박막 태양전지 PV 부문에 대한 장비 지출의 세계적인 현황을 보여주고 있다. 여기에서 가장 현저하게 눈에 띄는 점(특히 FPD 산업과 나란히 비교했을 때)은 한국의 박막 태양전지 제조업체들이 장비 공급망을 위한 박막 태양전지 장비 수익 제공에서 한정된 역할만을 해왔다는 사실이다.

PV 제조공장 확장을 위해 한국 내에서 이루어진 투자는 주로(2012년 말까지 6만2,000MT의 연간 용량에 도달하는 것을 목표로 하는) 폴리실리콘 생산과 c-Si 전지 확장에 대한 OCI의 공격적 투자로 주도되면서 c-Si 가치 사슬 중심으로 이루어졌다. 이러한 상황을 주도한 회사들은 현대중공업, LG전자, 삼성, STX솔라, 미리넷솔라가 있다. 그러나 이러한 PV 제조업체들이 추진한 거의 모든 용량 확장을 충족하는 장비 공급업체들은 북미나 유럽에 본사를 두고 있는 기존의 PV 장비 공급업체들이었다. 한국 장비 제조업체들에게 제공하는 제품 공급을 통한 수익은 그만큼 축소될 수밖에 없었다.

새로운 공정 장비 수요의 증가

PV 모듈 제조에 사용되는 장비는 지난 20년간 상당한 발전을 겪었고, 이러한 발전은 제조업체들이 전지와 모듈 생산 라인을 고도로 전문화한 덕분이었다. 반도체와 FPD 시장에서 활동하는 기존의 장비 공급업체들에게 제공되는 PV 수익이 한정되어 있기 때문에, PV 장비 공급 망은 많은 경우 공정 요건과 목표를 충족하는 PV 제조업체들에 의해서 유지되어 왔다.

현재 50MW PV 통합 제조 공정(c-Si 잉곳에서 모듈까지 혹은 박막 태양전지 모듈까지)에 대한 장비를 위한 지출은 PV 기술 유형과 설치된 자동화 수준에 따라서 3,000만 달러에서 2억 달러까지가 될 수 있다. 최소한으로 잡을 경우 50MW c-Si 모듈 생산 라인을 설치하는 데 중국업체들의 저가 장비를 이용하면 500만달러 이하 정도의 투자로도 충분하다.

PV 제조업체들이 추구하는 기술과는 상관없이(즉, c-Si든 박막 태양전지이든 상관없이), PV 산업에서는 전반적인 비용 감소의 일환으로 충족해야 하는 일반적인 목표가 존재한다. 첫 번째 요건으로, 추가 용량이 가동하면 원가 비용(예를 들어 폴리실리콘)이 줄어든다. 폴리실리콘 가격은 2011년 말에는 킬로그램 당 50달러 수준으로 내려갈 것으로 예상된다. 전지·모듈 제조 관점에서 보면 기술 로드맵은 장비 도입 가격과 운영비용 감소 방법에 의해 이루어진다. 장비 공급업체들은 현재 여기에서 핵심적인 역할을 한다.

주요 PV 제조업체들은 현재 PV 산업이 강력한 성장 추세에 있기 때문에 시장에서 경쟁력을 얻기 위하여 새로운 생산 방식과 획기적인 공정 흐름에 주력하고 있다. 여기에서 접근방식은 PV 제조업체들마다 달라질 수 있지만 모든 업체들은 공통적으로 장비 가격 절감과 제조 시 사용되는 소재 비용 절감, 전반적인 전지 효율성 제고, 생산량 증대, 저 비용의 소유권 제공을 위해 최선의 노력을 경주하고 있다.

PV 전지·모듈 처리량, 효율성, 소유권 비용 면에서 획기적인 발전을 제공할 수 있는 장비 공급업체들은 향후 5~10년 사이에 PV 산업에서 강한 수익 증대를 경험할 것이다.

PV 제조에 사용되는 일반적인 공정 단계

앞서 논의한 바와 같이 PV 모듈 제조에는 다양한 방법과 접근법이 존재한다. 그러나 여기에서 가장 선호되는 방법은 c-Si 및 박막 태양전지 생산 방법에 의한 제조 방법이다. c-Si 모듈 생산에서는 모든 c-Si 웨이퍼·전지·모듈 제조업체들이 사용하는 생산 장비들과 공정 흐름이 거의 유사하다. 박막 태양전지 PV 전지에서는 선택의 범위가 훨씬 더 늘어난다. 여기에서 PV 모듈은 금속 호일이나 플라스틱으로 만든(웹 기반의) 탄력성 있고 유연한 기질이나 유리 모듈에서 만들어진다. 박막 태양전지 모듈은 현재 다양한 규격과 크기가 있다. FPD 산업과 비교하면 표준화가 거의 되어 있지 않은 실정이다.

그러나 PV 기술 유형과 사용된 모듈 기질 사이즈와는 상관없이 모든 PV 모듈은 유사한 기능으로 제조된다. 공통적인 공정 단계들이 모든 PV 생산 방법에 적용된다. 예를 들어 모든 PV 모듈에는 고효율 박막 흡수층이 필요하며, p-n 접합점 형성, 표면 패시베이션, 앞뒷면 접촉이 되는 방식으로 제조된 박막 태양전지, 전류 집광을 위한 금속면 부분, 그리고 넓은 면적의 모듈 구성을 위한 상호 연결 지대가 필요하다. 더불어 c-Si와 박막 태양전지 제조에서는 에칭, 기질 청소, 검사, 테스트 과정 등이 공통적인 요건이다.

그림 2는 2010년 PV 산업에서 핵심적인 공정 장비 카테고리에 의한 수익 현황을 제시하고 있다. PV 산업에서 유망한 장비 공급업체들에게 이 그림 2는 고객층이나 제조 지역에서 선호하는 특정한 기술과는 상관없이 목표대상에 대한 분석에 있어서 중요한 정보를 제공하고 있다.

세부적인 고객 분석과 경쟁력 있는 전략 수립 있어야

제조 시에 사용되는 다양한 기질·소재와 다양한 전지·모듈 아키텍처가 있고 현재 전 세계적으로 500개가 넘는 PV 잠재 고객층이 존재하기 때문에 장비 제조업체들이 시장의 현장 상황을 정확하게 알 필요가 있다. 이러한 현장에 대한 지식은 PV 산업에서 성공하기 위해서는 필수적인 것이다. PV 장비 상황을 정확하게 알기 위해서 다음의 질문을 진지하게 생각해 볼 필요가 있다.

기존의 혹은 차세대 PV 장비 제공을 위해 어떤 기술을 추구하는 것이 가치 있는가? 다른 PV 제조기술에 비해 특정한 PV 제조기술을 선호하는 지역은 전 세계적으로 어느 곳인가? 어떤 PV 고객층이 향후 5~10년 동안 제조공정 확대 가능성이 높은가? 어떤 장비 제조사들이 현재 다른 장비 부문들을 장악하고 있는가? 비용, 가동시간, 생산량, 처리량 면에서 장비에 필요한 요건은 무엇인가? 현재 사용되는 기술 중에서 향후 더 이상 쓸모가 없는 장비 유형을 양산할 만한 기술이 존재하는가?

현재 솔라버즈(Solarbuzz)에서는 가치 사슬(기업이 원재료를 사서 가공·판매해 부가가치를 창출하는 일련의 과정)의 c-Si 전지 및 박막 태양전지 부문 내 350개의 PV 제조 중견기업들을 커버하면서 1,100개 이상의 용량 확대 단계들을 추구하고 있다. 이것은 수 천 개의 확대 단계로 이어지고 c-Si 폴리실리콘·웨이퍼와 c-Si 모듈 제조공정을 고려할 때 600개 이상의 회사들과 관계된다.

각 장비 공급업체들이 직면하고 있는 도전이자 난관은 이러한 엄청난 기회를 제대로 활용해 장비 공급업체가 제공하는 장비와 일치시키는 제품을 공급하는 것이고, 공급되는 장비에 대해 최대의 잠재적 수익 창출을 갖는 제품을 통해 성장 기회를 적극적으로 활용하는 것이다.

한국 장비 제조사들이 맞고 있는 기회

한국의 장비 제조업체들은 반도체와 FPD 산업 내에서 제조공정에 장비를 공급하면서 엄청난 사업적 성과를 얻어왔다. 하지만 이를 PV 산업 공급 망으로 성공적으로 연결시킨 경우는 극소수에 불과하다. 물론 이러한 단정이 통하지 않는 예외적인 업체도 있다. 바로 주성엔지니어링이 그 주인공이다.

주성엔지니어링은 2007년까지 반도체와 FPD 산업 내에서 장비 생산 기회에 주력함으로써 2008년과 2009년에는 한국 내에서 처음으로 PV 산업을 목표로 했다. 이들은 한국에서 새로운 턴키방식 a-Si 제조 공정에 대한 주문을 즉각적으로 받으면서 점증하는 a-Si 박막 태양전지 PV 부문에 대한 배치 기술에 전문성을 발휘했다.

그러나 주성이 획기적인 성장의 발판을 구축한 것은 한국을 벗어나 세계로 시장을 확대해 아시아, 북미, 유럽에 본사를 두고 있는 PV 제조사들에게서 장비 공급의 기회를 발견하면서 부터였다. 목표로 하는 시장을 국내에서 해외로 전환함으로써 주성은 가치 사슬에서 수익성이 높은 c-Si 전지 분야로 제품 제공을 확대할 수 있었다. 2009~2010년간 주성의 수주는 엄청난 수준으로 늘어났다. 2008년 12월 약 3,000만 달러 규모이던 것이 2010년 말에는 1억6,000만 달러 이상으로 증가했다.

a-Si 박막 태양전지 제조 공정용으로 주성이 제공하는 장비는 그림 3에 제시되어 있다. 그림 4는 주성이 진출한 시장(c-Si 전지, a-Si 박막 태양전지 모듈)에서 얼마나 효과적으로 시장 점유율을 점령하고 있는지를 보여주는 솔라버즈 PV 장비 분기별 보고서 분석 내용을 요약한 것이다. 이를 보면 2010년 강력한 성장세를 알 수 있는데, 제품 범위가 늘어나고 고객층이 전 세계적으로 확대된 결과이다.

2012년 기회 창출의 한해 될 것

PV 산업에서 추가적인 용량을 위한 장비의 지출은 해당 기간의 수요 공급 상황에 따라 가치 사슬을 통해 주기별로 분석이 가능하다. 이러한 주기 패턴은 일반적으로 세계적으로 설치된 용량이나 실질적인 모듈 수요와는 일치하지 않는다. 더 나아가, 가치 사슬에서 다른 기술이나 단계에 대한 장비의 지출 주기는 동일하게 나타나지 않을 수도 있다. 박막 태양전지 제조공정 확대에서 장비의 지출 주기는 새로운 PV 기술 유형에 대한 강력한 벤처 자본 투자시기에 따라서 형성되는 경우가 많다. 상대적인 기밀 성능이 해당 시기에 현장의 PV 공급을 제한하는 요인으로 인식될 때에 c-Si 가치 사슬에서 용량 확대가 가장 두드러지게 나타난다.

따라서 PV 산업에 진출하고자 하는 장비 공급업체들은 박막 태양전지 제조업체들을 대상으로 하는지, 폴리실리콘·웨이퍼 생산업체들을 대상으로 하는지, 아니면 c-Si 전지·모듈 제조업체들을 대상으로 하는지에 따라서 각각 서로 다른 기회 포착이 가능하다. 2011년과 2012년에 예상되는 확대 투자와 시장 수요 예측 시나리오에 따르면, 다음 단계의 강력한 용량 확대는(c-Si 및 박막 태양전지 제조공정에서 모두) 2013년에 이루어질 것이다. 이러한 용량 확대에서 효율성 증대와 비용 절감을 이룬 생산라인은 생산에서 새로운 장비 유형들을 사용하는 다양한 생산 방식을 활용할 가능성이 높다.

따라서 새로운 장비 도입에서 대량 생산이 가능할 정도로 본격적인 장비 도입까지 시간이 걸리는 만큼 향후 12~18개월은 2012년 이후의 제조 공정 확대의 일부로 장비 공급업체들이 기대하는 중대한 시기가 될 것이다. 고객 및 기술 동향을 파악하고 PV 가치 사슬의 가장 적합한 단계에 참여하는 것이 PV 산업에서 향후의 수익 창출 기회를 극대화하기를 원하는 신규 장비 공급업체들에게 매우 중요한 일이다.

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