선진 철도 태양광 적용 기술 개발 동향

초록

2002~2006년까지 5년간 풍력, 태양광, 지열, 태양열 등을 포함 한 신재생에너지 설비 규모는 연간 15~30%의 성장세를 보이고 있다. 2006년 기준 세계 전력 생산량 중 신재생에너지 비중은 4%에 불과했으나, 2040년 이후 생산량은 50%이상 확대될 것으 로 예상된다. 제1, 2차 오일 쇼크 이후 석유 대체에너지 확보를 위하여 태양 전 지용 실리콘 기판을 싸게 공급할 수 있는 새로운 poly-Si(결정계 태양전지)의 대량생산 기술이 요구되고 있다. 1990년대부터는 웨 이퍼 생산업체들을 중심으로 반도체용 실리콘 단결정의 연속 성장 기술의 개발이 가시화되면서 입자형 poly-Si의 중요성이 더욱 강 조되고 있다. 2000년 이후에는 미국, 독일, 일본, 노르웨이 등을 중심으로 활발히 전개되어 온 선진국의 기술개발은 태양광 산업의 빠른 발전을 견인하고 있다. 특히 2004년 말 이후에는 보다 심각 해진 유가의 고공행진이 태양광 산업의 지속적인 발전을 가능하게 함으로써 고순도 Si 원료 소재의 공급부족이 예상보다 더욱 심각 해질 것이라는 점이 선진국의 상용화 노력을 가속화시키고 있다. 현재 태양전지 분야의 최대 화두는“가격을 어떻게 최소화 할 것 이냐”이다. 특히 실리콘 원료의 공급과 함께 웨이퍼 분야에 있어 서의 명제가 되고 있는 i) 웨이퍼의 두께 감소와 ii) 생산성을 극 대화 하는 방안으로 기술개발을 유도하고 있다. 웨이퍼의 두께 감소는 차례로 후속 공정인 셀 제조와 모듈 제조 공정에 적용할 새로운 공정 기술이나 장치의 개발을 요구하고 있다. 이와 같이 전세계가 태양광 기술 개발에 박차를 가하고 있는 상황에서 그리 드 패러티가 2014년에 도달할 것이라고 예상하고 있다. 그리드 패러티란 기존의 화석연료에 의한 발전단가와 태양광 기술에 의 한 발전단가가 동일한 수준이 되는 시점을 의미한다. 최근 20여년간 집중적인 기술개발 결과 태양전지 가격이 1/7 이 하로 대폭 하락하고 있으며, 현재 태양전지 소재는 웨이퍼 형태 의 결정질 실리콘 태양전지가 주도하고 있다. 태양전지 단가는 한국철도기술 | Korean Rail Technology 76 2011.07+08 | 77 약 3~4 $/Watt로 특수용도(등대, 도서 지역 전화, 오지 전력공 급, 통신, 의료 등)에서는 경제성이 확보되어 있으나, 기존의 발전 방식(화력 방식)과 경쟁 가능하기 위해서는 제조 단가의 획기적인 저감이 필요하다. 집중적인 연구개발 투자가 이루어진다면 전 세 계 에너지 수요의 상당부분을 태양광(PV)과 연료전지 기술로 대 체가 가능하리라 예상하고 있다.