태양광 기술의 전망과 과제 -...

| 2009. 9. 1 제호 |

태양광 기술의 전망과 과제

｢STEPI Insight｣는 녹색성장, 미래, 성장잠재력, 고령화, 양극화, 환경, 안보 등 우리나라가 당면하고 있는 주요

사회․경제와 관련된 정책문제에 대해 과학기술정책 차원에서 대응 방안을 모색하기 위해 발간되고 있습니다.

목 차

< 요 약 >

Ⅰ. 배경 / 7

Ⅱ. 태양에너지 기술의 위상과 특징 / 9

Ⅲ. 태양광 기술의 현황과 전망 / 13

IV. 태양광 기술의 과제 / 19

참고문헌

< 요 약 >

◈ 배경

현 상태에서 지구 온난화가 계속되면 지구 기온은 2100년까지 최대 6.4℃ 상승

예상

- 지구 공동체가 기후변화 리스크를 관리하려면 2050년까지의 지구기온 상승

폭을 2℃ 이하로 유지 필요

대응방안으로는 전 세계적으로 태양에너지 기술의 확산 등 에너지의 지속가능성

(Sustainability)을 높이려는 노력 증대가 필수

- 재생가능에너지 분야의 성장이 가속화되면서 녹색고용(Green Jobs)도 늘어남

◈ 태양에너지 기술의 위상과 특징

기후변화 완화의 기술적 해법은 에너지 효율, 脫탄소화, 탄소 흡수 등 3대 범주로 태양에너지 기술은 脫탄소화에 속함- 단·중기적으로는 에너지 효율, 중·장기적으로는 脫탄소화의 해결책이 부각- 태양에너지 기술을 통한 脫탄소화는 전력 공급 분야에서 우선적으로 실현태양에너지가 활용될 전력 공급 분야가 脫탄소화 분야 중 이산화탄소 배출저감의 한계비용(marginal cost)이 상대적으로 저렴

지구상에 흡수되는 태양에너지는 전 세계 에너지 수요의 8천 배를 상회

- 에너지 전환 효율을 고려하더라도 태양에너지 기술은 에너지 기술 중 잠재력이

가장 큰 대안

태양에너지는 재생가능에너지 중 가장 빠르게 성장하는 기술

- 태양에너지는 2006～2008년 연평균 70%의 성장률 기록

태양에너지 기술은 온실가스 배출 저감과 에너지 획득 측면에서 전망이

밝음

- 전 주기적(Life Cycle) 관점에서 태양광 기술의 온실가스 배출량은 화석연료

발전의 1/10～1/40 범위

◈ 태양광 기술의 현황과 전망

태양광 기술의 전력단가는 2015년에 이르면 화석연료 기반 전력단가와 같아

지는 균형점(Grid Parity)에 도달 전망

- 태양광 기술의 발전, 규모의 경제, 생산방식의 개선 등이 균형점 도달에 직접

기여하며, 균형점 도달이 태양광 기술의 확산을 증폭할 것으로 보임

태양광 기술은 1세대에서 2, 3세대로의 변환이 함께 이루어지는 이중 기술

변환(Double Technology Shift)이 예상

- 1세대는 현재 실용화된 결정질 실리콘 태양전지

- 2세대는 실리콘 소재의 투입 저감과 비실리콘(non-silicon) 소재로의 대체를

통한 '저비용화'가 큰 흐름이며 박막 기술이 핵심

- 3세대는 저비용 유지 하에 고효율화를 추구하는 ‘저비용 + 고효율’ 전략 지향

향후 태양광 기술의 궤도는 1, 2, 3세대 기술 간의 경쟁이 결정할 전망

- 중기적으로는 현재 지배적인 결정질 실리콘과 서서히 시장 점유율을 높이고

있는 박막기술과의 경쟁 양상

- 장기적으로는 박막기술과 3세대 기술 간의 경쟁이 부각

태양광을 비롯한 재생가능에너지의 확산은 스마트 전력망 기술의 발전과

연동

- 스마트 전력망의 지능화와 자동화 능력이 태양에너지를 비롯한 ‘재생가능

에너지 추동 전력망(Renewables-driven Grid)’ 실현을 촉진

- 스마트 그린 빌딩, 스마트 자동차도 태양광의 활용성을 증대시킴

에너지 저장 기술의 발전은 태양광의 전력 생산 단속성을 보완하여 시장

확산을 촉진

- 언제 어디서나 에너지 저장이 가능한 ‘유비쿼터스’ 에너지 저장 기술이 요구

- 하이브리드·전기 자동차의 확산으로 플러그-인 자동차 배터리가 에너지 저장의

하나의 실용적 형태가 될 가능성도 존재

태양광 기술은 독일, 일본, 미국의 우위에 중국이 추격하는 상황

- 우리나라도 반도체기술, 나노기술 등을 발판으로 태양광 기술의 성장 잠재력이 큼

◈ 태양광 기술의 과제

태양광 1, 2세대 기술의 성능 및 경제성 향상과 차세대 기술 개발과제 1

1세대 기술인 결정질 실리콘 태양전지의 효율과 소재 절감도 향상

2세대 기술인 박막 태양전지의 효율과 수명 증대

3세대 태양광의 다양한 모델 개발

- 첨단 소재와 구조의 태양전지 개발(나노소재 등)

- 고효율 염료감응 전지, 고효율 유기물 전지 및 태양광 집적 기술 개발

- 초고효율 전지(40%이상 효율) 및 초저가 전지 개발

우리나라는 중장기적으로 2, 3세대 태양광 기술의 R&D에 집중 전략 필요

과제 2 태양광 기술의 확산을 뒷받침하는 상호보완적 연구개발 강화

태양광 시스템의 건물 통합 능력 향상

태양광 기술의 단점 보완 및 활용도 증진 기술의 R&D 제고로 핵심기술

확보

- 유비쿼터스 에너지 저장, 스마트 전력망, 스마트 그린 빌딩, 스마트 수송 기술

- 태양광 기술을 관통하는 횡단 연구 강화 : 성능 측정 표준 등

과제 3Solar City, Solar Fund, Solar Knowledge 등 태양광 기술의

티핑 포인트 촉진정책 제고

현재 지배적인 고탄소 사회 패러다임 하에서 태양광 기술 도입의 불리함을

상쇄해 줄 지속적이며 효과적인 인센티브 시행

- 발전차액지원제도를 지속하되 점진적으로 지원 비율을 줄여나가거나 재생

가능에너지 공급의무 할당제 추진

‘태양도시(Solar City)' 프로그램 추진

- 태양광 활용 ‘탄소 제로 생태도시(Eco-City)’ 시범 사업

- 구도시의 태양광 에코 리모델링

태양광 기술이 적용되는 ‘그린 빌딩’의 확산 촉진

- ‘100만 태양광 빌딩’ 프로그램 추진

- 태양광 활용 그린빌딩 표준 정립과 표준 초과 달성 인센티브 시행

- 태양광 시스템의 빌딩 통합을 위한 최적 해법 개발 : 건설 기술 포함

3세대 신 태양광 기술 개발을 위한 공공·민간 R&D 통합 재원으로 ‘Solar

Fund' 마련

태양광 기술의 사회적·생태적 지속가능성 제고

- 태양광 기술 확산의 생태적 영향평가를 통한 생태계 훼손 최소화

태양광 기술의 지식 흐름(Solar Knowledge Flow) 활성화

- 태양광 기술의 적용 프로세스와 소재 관련 DB 구축

- 태양광 기술 최적 적용 사례(Best Practics) 공유

과제 4 태양광 기술의 국제 표준 창출을 위한 국제협력 강화

개도국에서의 태양광 적용과 생산 지원 기술협력체제 구축

선진국 참여의 차세대 태양광 분야 R&D 국제협력 추진

태양광 모듈과 시스템의 성능 측정 국제 표준의 개발협력 강화

범아시아 ‘슈퍼 전력망 이니셔티브(Super Grid Initiative)’ 검토과제 5

우리나라의 태양에너지 기술의 전개 범위도 유럽처럼 국가 경계를 넘어

범아시아로 확대

중·장기적으로 몽고, 중국, 인도를 연결하는 슈퍼 전력망 이니셔티브

- 아시아 사막이나 열대지역의 풍부한 태양에너지를 국제협력을 통해 공동

개발 및 활용

Ⅰ. 배경 ｜7｜

STEPI Insight 제29호

Ⅰ. 배경

■ 현 상태에서 지구온난화가 계속되면 지구 기온은 2100년까지

최대 6.4℃ 상승 예상(IPCC, 2007)

기온 6℃ 이상 상승은 지구상 모든 빙하의 해빙, 생물 절반의 멸종 위험 야기

(Stern, 2006)

기후변화의 충격들이 기후변화 자체를 증폭하는 양의 되먹임(positive

feedback)으로 실제 기온 상승 폭과 속도가 더 커질 우려

※ [사례] 기온 상승으로 식물과 토양이 대기로부터 이산화탄소를 덜 흡수하거나 영구

동토층이 녹아 메탄을 방출하여 온실효과를 증폭하는 것

- 이러한 증폭 작용으로 금세기 말까지 1∼2°C의 기온 추가 상승 우려(Stern,

2006)

■ 지구 공동체가 기후변화 리스크를 관리하려면 2050년까지의 지구기온

상승폭을 2℃ 이하로 유지 필요(G8, 2008; IPCC, 2007; Stern, 2006)

이는 전 세계 이산화탄소 배출의 60~80%를 저감해야 함을 의미1)

- 2020년까지 탄소배출 상한치(Carbon Peak)를 달성하고, 이후 하향곡선을

그려야 함

지구 전력의 46%가 태양에너지를 비롯한 재생가능에너지에서 생산되어야

함도 의미(IEA, 2008)

■ 대응 방안으로는 전 세계적으로 태양에너지 기술의 확산 등 에너지의

지속가능성(Sustainability)을 높이려는 노력 증대가 필수

2008년 전력부문 신설 용량의 약 40% 이상이 재생가능에너지 기술을 비롯한

저탄소 기술로 충당(UNEP, 2009)

- 처음으로 전력 생산 신규 투자에서 재생가능에너지 기술이 화석연료 기술을

앞섬

1) 1990~2005년 대비

｜8｜ 태양광 기술의 전망과 과제

제29호 STEPI Insight

전 세계적으로 많은 국가들이 최근 경제부양을 위하여 ‘녹색 투자 증대(Green

Stimuli)’ 조치를 취해 왔음

- 우리나라도 ‘그린 뉴딜’을 통해 약 7조원을 투자하였으며, ‘태양광 주택 10만호

보급 사업’과 ‘그린 홈 100만호 사업’도 추진

■ 재생가능에너지 분야가 주축이 된 지속가능 에너지의 성장이 가속화

되면서 녹색고용(Green Jobs)도 늘어남

지속가능에너지 부문이 이미 화석연료 부문보다 더 많은 고용 창출

2030년까지 지속가능에너지 부문이 6,300억 달러로 성장할 경우 2천만 명의

직·간접 추가 고용이 가능(UNEP, 2009)

- 태양에너지에 6백만 명, 풍력에 2백만 명의 고용 증가 포함

- 개도국은 노동비용이 낮으므로 고용 증가 잠재력이 선진국보다 큼

Ⅱ. 태양에너지 기술의 위상과 특징 ｜9｜


Ⅱ. 태양에너지 기술의 위상과 특징

■ 기후변화 완화의 기술적 해법은 에너지 효율, 脫탄소화, 탄소 흡수 등

3대 범주로 태양에너지 기술은 脫탄소화에 속함(유의선, 2008a)

에너지 효율(energy efficiency)은 효율향상을 통해 탄소 생성을 줄이는 해법

- 탄소 고배출 분야인 발전, 수송, 빌딩, 산업 분야에서의 효율 향상을 추구

脫탄소화는 대체에너지를 통해 탄소를 대체(decarbonization)하는 해법- 태양광 발전, 풍력 발전, 수소 연료 전지차, 바이오 연료 등

탄소 흡수(natural sink)는 수림 벌목 저감, 재수림화, 수림 보완·보존과 식목

등 자연을 통해 탄소를 흡수하는 해법

- 탄소 흡수는 각 분야에서 배출된 탄소 농도를 줄이는 공통적이며 기초적인

해법

■ 단·중기적으로는 에너지 효율, 중·장기적으로는 脫탄소화의 해결책이

부각

에너지 효율이 단·중기적으로 부각되는 것은 기존의 고탄소 사회 패러다임이

지배적이고, 고탄소 기술 자체 내에서 효율 향상의 여지가 크기 때문

- 저탄소 기술의 도입에 따른 효율 향상 잠재력도 큼

脫탄소화가 중·장기적으로 부각되는 것은 재생가능에너지 기술 등 脫탄소 기술의 대부분이 도입기에 있기 때문이며 첨단기술의 R&D 수행에 소요되는

기간도 고려해야 함

- 脫탄소화의 조기 실현, 즉 저탄소 사회의 티핑 포인트2)를 앞당기기 위해서는 정책적 촉진, 소비패턴 변화 등 사회경제적 견인도 요구([그림 1] 참조)

탄소 흡수는 단·중·장기 지속적으로 적용

2) Tipping Point : 어떤 현상이 급속히 확산되는 임계점



[그림 1] 저탄소 사회 실현 3대 기술해법의 시간범위(a)와 저탄소 사회 발전 S-곡선(b)

자료 : 그림(b)-유의선(2008b)

■ 태양에너지 기술을 통한 脫탄소화는 전력 공급 분야에서 우선적으로

실현

초기에는 산업, 공동체3), 일부 가정에서의 태양에너지를 통한 전력생산이 전력망

으로 모아짐(On-grid : [그림 2] 참조4))

3) 공동체는 지역사회, 기관, 조직 포함

4) 전력공급은 세계적으로 가장 큰 온실가스 배출원이며 모든 분야의 기반

Ⅱ. 태양에너지 기술의 위상과 특징 ｜11｜


- 이를 바탕으로 다시 산업, 공동체, 가정에 脫탄소 에너지를 공급할 뿐 아니라 수송 분야를 脫탄소화

태양광 기술과 다른 脫탄소화 기술(예 : 전기자동차 기술)이 활성화 될수록 산업, 공동체, 가정에서의 전력의 분산적 자급(Off-grid)도 증가

- 도시 및 근교의 분산적 재생가능에너지 설비를 묶는 마이크로 전력망(Micro-grid)도

점차 증가

- 장기적으로는 마이크로 전력망의 클러스터 부상 가능(2020～2030년)

[그림 2] 전력 공급에서 시작하는 태양에너지기술을 통한 脫탄소화 흐름

■ 태양에너지가 활용될 전력 공급분야가 脫탄소화 분야 가운데

이산화탄소 배출저감의 한계비용(marginal cost)이 상대적으로 저렴

(IEA, 2008)

에너지 효율 해법의 탄소 배출 저감 한계비용이 가장 작음

- 최종 소비에서의 에너지 효율(End-use efficiency) 향상은 기존의 시스템에서

추가 비용 없이도 가능하거나 비용이 저렴하여 탄소배출을 줄일 여지가 큼

전력 공급 분야의 脫탄소화는 그 다음으로 한계비용이 저렴하므로 산업에서의 연료전환이나 탄소 포획·저장, 수송에서의 연료대체보다 우선적으로 추진 필요

■ 지구상에 흡수되는 태양에너지는 전 세계 에너지 수요의 8천 배를

상회5)( 참조)

에너지 전환 효율을 고려하더라도 태양에너지 기술은 에너지 기술 중 잠재력이

가장 큰 대안이므로 글로벌 시장에서의 경쟁력 확보에 주력할 필요

5) 지구 위의 1시간 조사량은 세계 경제를 1년간 가동할 수 있는 수준



지구상에 공급되는 자연 에너지량 대비 세계 경제의 에너지 수요량

자연 에너지 공급 잠재량 vs.세계 경제의 에너지 수요량

연간 에너지량전세계 에너지 수요

대비 배수*

지구상에 흡수되는 총 태양 에너지 약 3,850 ZJ 8,038

지구상 바이오매스가 광합성을 통해 포획하는 에너지 약 3 ZJ 6.3

지구상 풍력의 잠재 에너지 약 2.25 ZJ 4.7

전세계 에너지 수요 0.479 ZJ 1

주 : 전세계 에너지 수요량은 2005년의 1차 에너지원 공급량 기준, ZJ은 Zetta(10²¹) Joule

* 전세계 에너지 수요를 1로 볼 때의 배수

자료 : Smil(2006), Archer and Jacobson(2005), FAO(2008), IEA(2007), 유의선(2008a)에서 재인용

■ 태양광과 태양열6)의 형태로 이용되는 태양에너지는 재생가능에너지

중 가장 빠르게 성장하는 기술7)

태양에너지는 2006~2008년 연평균 70%의 성장률 기록(UNEP, 2009)

- 신규 투자에서도 지속적으로 가장 빠른 증가를 보임

태양광 기술의 양대 응용분야는 건물통합형 태양광 모듈(Building Integrated

Photovoltaics)과 태양광 발전소(Solar Plant)임

- 도심을 비롯 건물이 있는 곳 어디서나 건물통합형 태양광 모듈이, 불모지 등

넓은 공간에서는 태양광 발전소가 응용의 핵심8)

- 건물통합형 태양광 모듈 가운데는 태양광 지붕(Solar Roof)의 활용이 큼

■ 태양에너지 기술은 온실가스 배출 저감과 에너지 획득 측면에서

전망이 밝음

태양광이 세계 전체 기초에너지 공급(Total Primary Energy Supply)에서 차지

하는 비중은 2008년 기준 0.1% 수준에 불과(IEA, 2008)

하지만 전 주기적(Life Cycle)9) 관점에서 태양광 기술의 온실가스 배출량은 화

석연료 발전의 1/10~1/40 범위이고 순 에너지 획득량10)도 우수

6) 태양 에너지의 경제적 타당성은 전기 생산효율과 초기 설치비용에 의해 좌우. 태양열 히팅 시스템은 60%의 효율을

보유(Schittich, 2003). 태양열 전력생산 기술은 아프리카 등 사막 지역이 모델(거대 거울을 통한 태양열 집적)

7) 풍력은 재생가능에너지 중 가격경쟁력이 가장 큰 기술

8) 태양에너지를 수확하는 태양농장(Solar Farm)은 크게 보아 태양광 발전소 응용과 궤를 같이 함

9) 기술 적용을 위한, 원료채취에서부터 설비의 생산·유통·운용·폐기까지의 전 주기적 관점

Ⅲ. 태양광 기술의 현황과 전망 ｜13｜


- 태양광 발전의 온실가스 배출량이 25~32g/KWh 수준인데 반해 가스 발전이

400g/KWh 수준이고 석탄 발전은 더 큼(Alsema et al., 2006)

- 태양광 발전의 온실가스 배출량은 향후 기술발달로 더 저감될 전망

Ⅲ. 태양광 기술의 현황과 전망

■ 태양광 기술의 전력단가는 2015년에 이르면 화석연료 기반 전력

단가와 같아지는 균형점(Grid Parity)에 도달 전망(Schmitz, 2008)

화석연료 발전 단가는 상승하고 태양광 발전단가는 계속 하강 예상

- 태양광 모듈의 세계 생산량이 2배로 늘어나면 가격은 20%씩 하락하는 ‘20%

학습곡선’이 작용(DOE, 2006)

- 2002년 이래 2년마다 생산량이 배증(SocialFunds, 2009)하여 태양광 모듈은

향후 몇 년간 공급이 수요를 앞서겠지만, 중·장기적으로는 수요를 못 따라갈

것으로 보임

새로운 태양광 기술이 등장하면 균형점 조기 도달이 가능하여 태양광 기술의

확산을 증폭할 것으로 보임

- 균형점 도달의 초기에는 전력피크의 보충 수준이나 점차 기저부하(base

load)를 대체 예상11)

태양광 기술의 발전, 규모의 경제, 생산방식의 개선 등이 균형점 도달에 직접

기여([그림 3] 참조)

- 넓게 보면 배출권 거래제와 탄소세 도입, 태양광 촉진 인센티브, 신기술과 연관

기술의 시너지, 소비패턴 변화 등이 균형점 도달 시기를 앞당길 수 있음

10) 태양광 모듈의 생산과정에서의 에너지 투입 대비 태양광 모듈을 통한 에너지 산출

11) 기저부하의 본격적 대체는 2020~2035년 예상



[그림 3] 태양광 기술의 균형점 도달의 영향 변수

주 : 발전차액지원제도(Feed-in tariff) - 전력망 사업자가 재생가능에너지로 생산된 전기를 ‘고정가격’에

구입하도록 규정

※ 공급 의무할당제 : 전력 공급의 일정 비율을 재생가능에너지원으로 의무적 할당

■ 태양광 기술은 1세대에서 2, 3세대로의 변환이 함께 이루어지는 이중

기술변환(Double Technology Shift)이 예상(IEA, 2008; [그림 4] 참조)

1세대는 현재 실용화된 결정질 실리콘 태양전지

- 현재 90% 수준의 시장 점유율을 보이나 에너지와 노동의 다량투입이 필요하여

생산 단가 저감에 한계

- 전기 전환 효율도 15% 수준으로 낮음

2세대는 실리콘 소재의 투입 저감과 비실리콘(non-silicon) 소재로의 대체를

통한 ‘저비용화’가 큰 흐름

- 박막 실리콘 태양전지, 박막 화합물 태양전지(CdTe: Cadmium Tellurid 등),

유기재료와 염료를 활용한 박막 유기계 태양전지가 2세대로 박막기술이 핵심

- 2세대 박막기술의 일부는 이미 대규모 태양광 설비에 활용되어 상업화(예 :

CdTe, CIGS 기술)



3세대는 저비용 유지 하에 고효율화를 추구하는 ‘저비용 + 고효율’ 전략 지향

- 나노소재, 양자구조 등 신재료와 신구조를 활용한 태양전지가 3세대

- 기존의 2세대 박막기술에 ‘집광’, ‘다중접합’, ‘자외선에 의한 열 생성 활용’ 등

으로 30~60%의 효율에 도달하려는 기술 흐름도 3세대에 속함

차세대 태양광 기술의 흐름인 저비용화는 특히 태양광 발전소 응용에, 고효율

화는 건물통합형 태양광 모듈 응용에 기여

■ 향후 태양광 기술의 궤도는 1, 2, 3세대 기술 간의 경쟁이 결정할 전망

([그림 4] 참조)

중기적으로는 현재 지배적인 결정질 실리콘과 서서히 시장 점유율을 높이고

있는 박막기술과의 경쟁 양상을 보임

- 박막 태양전지 효율이 향상되면(15% 전후) 급속히 결정질 실리콘 태양전지를

대체 가능하며 빠르면 2020년경 본격적 경쟁도 가능

- 특히 실리콘(Polysilicon) 공급에서 자유로운 비실리콘 박막기술의 잠재력이 큼

장기적으로는 박막기술과 3세대 기술 간의 경쟁이 부각

- 2050년경에는 3세대 기술이 부상하거나 큰 시장점유를 나타내고 박막기술은

성숙기 또는 쇠퇴기에 진입 예상

[그림 4] 태양광 기술의 세대변환



■ 태양광을 비롯한 재생가능에너지의 확산은 스마트 전력망 기술의

발전과 연동(Worldchanging, 2009; [그림 5] 참조)

스마트 전력망의 지능화와 자동화 능력이 태양에너지를 비롯한 ‘재생가능에너지

추동 전력망(Renewables-driven Grid)’ 실현을 촉진

- 스마트 전력망은 수요·공급 양방향 소통을 통해 전력피크의 상승을 줄이며,

단기적 계절 수요 충족용 전력 인프라 증설을 억제

스마트 전력망은 근거리와 원거리의 재생가능 에너지원으로부터 생산된 전력을

끌어올 수 있음

- 근거리의 마이크로 전력망들에서부터 원거리의 집중생산형 재생가능에너지

설비까지 연결

- 태양광, 풍력, 지열, 열병합 발전소, 파력과 조력 설비 같은 다양한 원천으로

부터 다양한 시간대에 생산되는 복합적 전기흐름의 관리 가능

- 다양한 에너지원이 상호보완적으로 가동되어 안정적으로 기저부하를 제공할

가능성 증대

[그림 5] 태양광 기술의 시장 확산을 촉진하는 다른 기술적 요소

주 : 신소재/바이오 모방 기술(예 : 태양전지판 먼지 제거 신기술)같은 보완기술도 태양에너지 기술 확산을 촉진



■ 스마트 그린 빌딩, 스마트 자동차도 태양광의 활용성을 증대시킴

스마트 그린 빌딩은 전력 이용 데이터를 축적할 뿐 아니라 실시간 운용 정보에

기초하여 빌딩을 효율적으로 관리하여 전력수요를 저감

스마트 그린 빌딩은 태양광 시스템, 지열 펌프, 풍력 터빈 등을 활용하여 자체

에너지도 생산

미래 스마트 자동차는 스마트 전력망과 소통하여 비 피크타임의 전력이나

재생가능 에너지원으로부터 전기 충전 가능

■ 에너지 저장 기술의 발전은 태양광의 전력 생산 단속성12)을 보완하여

시장 확산을 촉진

언제 어디서나 에너지 저장이 가능한 ‘유비쿼터스’ 에너지 저장 기술의 요구

증대

배터리, 히터 온수, 지하 저장 얼음, 암반, 인공적 열저장 매체 등의 형태로

에너지 저장 가능

태양광 등 재생가능에너지의 잉여전력으로 형성한 소규모 수력(Pumped

storage)도 에너지 저장 유형으로 전력피크에 대비 가능

하이브리드·전기 자동차의 확산으로 플러그-인 자동차 배터리가 에너지 저장의

한 실용적 형태가 될 가능성도 존재(Worldchanging, 2009)

■ 태양광 기술은 독일, 일본, 미국의 우위에 중국이 추격하는 상황

유럽에서는 발전차액지원제도(Feed-in tariff)를 조기 도입한 독일의 태양광

시장이 빠르게 성장

- 최근 스페인과 이탈리아 시장도 부상

’70년대 오일쇼크 후 시작된 일본의 태양전지기술 개발은 적극적 보급 정책에

힘입어 생산량과 누적설치량이 세계 최고 수준이나 최근 둔화세를 보임

미국은 3~4번째로 큰 태양광 시장으로 실리콘 밸리를 중심으로 벤처기업의

적극적 기술 개발 움직임(SocialFunds, 2009)

12) 밤이나 비오는 날 전력을 생산할 수 없는 단속성(intermittent)



중국의 생산량이 최근 급증하여 타이완과 합치면 2008년 전 세계 생산의 44%를

차지13)(Marketbuzz, 2009)

우리나라도 태양광 기술 잠재력이 만만치 않음

- 태양전지 제조기술과 비슷한 반도체기술, 신소재 발굴을 위한 NT의 역량이

뒷받침

- 염료 감응 태양전지의 경우 일본, 미국 등 선진국의 기술수준에 근접하며, 태양

전지 모듈 양산 등 제조기술의 경쟁력도 보유

- 우리의 강점인 IT는 태양 위치 추적과 스마트 전력망에 기여 가능

13) 중국 Suntec사의 생산량 급증

Ⅳ. 태양광 기술의 과제 ｜19｜


Ⅳ. 태양광 기술의 과제

태양광 1, 2세대 기술의 성능 및 경제성 향상과 차세대 기술 개발과제 1

1세대 기술인 결정질 실리콘 태양전지의 효율과 소재 절감도 향상

2세대 기술인 박막 태양전지의 효율과 수명 증대

- 환경적으로 지속가능한 물질을 투입하여 태양전지 소재의 폐기물과 유해성

문제도 예방14)

3세대 태양광의 다양한 모델 개발

- 첨단 소재와 구조의 태양전지 개발(나노소재 등)

- 고효율 염료감응 전지, 고효율 유기물 전지 및 태양광 집적 기술 개발

- 초고효율 전지(40% 이상 효율) 및 초저가 전지 개발

우리나라는 중장기적으로 2, 3세대 태양광 기술의 R&D에 집중 전략 필요

- 중기적으로 2세대 기술의 국산화(핵심소재)와 성능 향상(고효율, 장수명)에 집중

- 장기적으로 3세대 기술의 개발에 초점

[그림 6] 태양광 기술의 R&D 방향

자료 : 유의선(2009)에서 보완

14) 유기물 전지는 태양광 소재의 폐기물과 독성 문제 해결에 기여 가능성



과제 2 태양광 기술의 확산을 뒷받침하는 상호보완적 연구개발 강화

태양광 시스템의 건물 통합 능력 향상

- 빌딩에 완전히 통합된 다기능의 저가 태양전지 응용 연구개발

- 한국 도심의 특수 상황을 반영한 건물통합형 태양광 모듈 응용 연구 : 건물과

도시 시스템 변환도 연계

태양광 기술의 단점 보완 및 활용도 증진 기술의 R&D 제고로 핵심기술 확보

- 태양광 기술의 단속성을 보완해주는 유비쿼터스 에너지 저장 기술

- 스마트 전력망, 스마트 그린 빌딩, 스마트 수송 기술

- 태양전지 표면 먼지 제거 및 자정(Self-cleaning) 신소재/바이오 모방 기술15)

- 태양광 모듈 및 시스템의 재활용 기술

태양광 기술을 관통하는 횡단 연구 강화

- 태양광 시스템 모니터링 도구와 디자인 기술 등

- 태양광 시스템의 성능을 측정하는 표준 개발 : 국제 표준 개발과 연계

과제 3Solar City, Solar Fund, Solar Knowledge 등 태양광 기술의

티핑 포인트 촉진정책 제고

현재 지배적인 고탄소 사회 패러다임 하에서 태양광 기술 도입의 불리함을

상쇄해 줄 지속적이며 효과적인 인센티브 시행

- 정책의 쐐기 역할(Wedge role)로 시장이 확대되면서 기술혁신이 이루어지고

다시 시장을 확대하는 선순환 추구

- 발전차액지원제도를 지속하되 점진적으로 지원 비율을 줄여나가거나16) 재생

가능에너지 공급의무 할당제 추진

‘태양도시(Solar City)' 프로그램 추진

- 태양광 활용 ‘탄소 제로 생태도시(Eco-City)’ 시범 사업

- 구도시의 에코 태양광 리모델링

15) 표면의 먼지는 태양전지의 효율을 크게 저감

16) 태양광 기술이 티핑포인트를 넘어 도약·성장기에 들어서면 정책의 쐐기지원 점감. 설치 20여년 내 점진적으로 지원

비율을 줄이고(step-by-step flat) 시장상황과 균형점 도달시기와 지원비율 연동

Ⅳ. 태양광 기술의 과제 ｜21｜


태양광 기술이 적용되는 ‘그린 빌딩’의 확산 촉진

- ‘100만 태양광 빌딩’ 프로그램 추진 : 현 10만 태양광 주택 보급 사업의 확대

- 태양광 활용 그린빌딩 표준 정립과 표준 초과 달성 인센티브 시행

- 태양광 시스템 빌딩 통합을 위한 최적 해법 개발 : 건설 기술 포함

3세대 신 태양광 기술 개발을 위한 공공·민간 R&D 통합 재원으로 ‘Solar

Fund' 마련

태양광 기술의 생태적·사회적 지속가능성 제고17)

- 태양광 기술 확산의 생태적 영향평가를 통한 생태계 훼손 최소화

태양광 기술의 지식 흐름(Solar Knowledge Flow) 활성화

- 태양광 기술의 적용 프로세스와 소재 관련 DB 구축

- 태양광 기술 최적 적용 사례(Best Practics) 공유

과제 4 태양광 기술의 국제 표준 창출을 위한 국제협력 강화

개도국에서의 태양광 적용과 생산 지원 기술협력체제 구축

- 특히 망외(off-grid) 응용 분야 기술협력

선진국 참여의 차세대 태양광 분야 R&D 국제협력 추진

태양광 모듈과 시스템의 성능 측정 국제 표준의 개발협력 강화

범아시아 ‘슈퍼 전력망 이니셔티브(Super Grid Initiative)’ 검토과제 5

우리나라의 태양에너지 기술의 전개 범위도 유럽처럼 국가 경계를 넘어 범

아시아로 확대

중·장기적으로 몽고, 중국, 인도를 연결하는 슈퍼 전력망 이니셔티브([그림 7]

참조)

- 아시아 사막이나 열대지역의 풍부한 태양에너지를 국제협력을 통해 공동

개발·활용하며 북한 참여도 고려

17) 태양광 기술의 사회경제적 왜곡 활용 지양 포함(타목적 활용용 임시적 태양광 설치 등)



- 사막에서의 전기 생산 혜택이 장거리 전송 손실 상쇄 가능성 증대

- 고압 직류(High-Voltage Direct Current)의 전송 손실은 천 킬로미터 당 3%

이하(Desertec, 2009)

- 고압 직류 송전망의 확대 협력(수중, 해저 포함)

- 기술 이전과 지역 협력을 통한 Win-Win 정책

슈퍼 전력망 설치와 운용 기술의 R&D 협력 강화

[그림 7] 범아시아 슈퍼 전력망 구상 : 고압직류 전송에 기초하며 재생가능에너지 설비 연결

참고문헌 ｜23｜


참고문헌

유의선(2008a), 기후변화 대응의 과학기술정책과제, 과학기술정책이슈, 과학기술정책연구원.

유의선(2008b), 저탄소 사회의 동력과 실현 기술의 특성, 과학기술정책이슈,

과학기술정책연구원.

유의선(2009), 햇빛에서 황금캐기-태양동력의 시대, Science & Technology FOCUS,

교육과학기술부.

Alsema, E.A., Wild-Scholten, M.J., Fthenakis, V.M.(2006), Environmental Impacts of PV

Electricity Generation: a Critical Comparison of Energy Supply Options, 21st

European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4~8 September, Dresden, Germany.

Archer, C.L. and Jacobson, M.Z(2005), Evaluation of Global Wind Power, J. Geophysic. Res.

110, D12110, doi:10.1029/2004JD005462.

Desertec(2009), An Overview of the Desert Concept,

http://www.desertec.org/en/concept/technologies

DOE(2006), Solar Energy Technologies Program: Multi-Year Program Plan 2007-2011.

FAO(Food and Agriculture Organization of the United Nations)(2008), Energy conversation

by photosynthetic organisms.

G8(2008), G8 Hokkaido Toyako Summit, Chair̀ s Summary, Hokkaido Toyako, July 2008.

IEA(International Energy Agency)(2007), Key World Energy Statistics.

IEA(International Energy Agency)(2008), Energy Technology Perspectives 2008.

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)(2007), IPCC 4th

Assessment Report.

Marketbuzz(2009), Annual World Solar PV Market Report, http://www.marketbuzz.com

Schittich, C.(2003), Solar Architecture(Strategies, Visions, Concepts),

Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG.

Schmitz, J.(2008), Solar Photovoltaic Electricity to hit the Power Grid?, The Second Law of

Life, http://secondlawoflife.wordpress.com/2008/02

Smil, V.(2006), Energy at the Crossroads, OECD.

SocialFunds(2009), Solar Expected to Maintain its Status as the World`s

Fastest-Growing Energy Technology, http://www.socialfunds.com

Stern, N.(2006), Stern Review: The Economics of Climate Change.



UNEP(2009), Global Trends in Sustainable Energy Investment 2009.

Worldchanging(2009), Pioneer City 2030,

http://www.worldchanging.com/archives/010098/html

제1호 : 정부 R&D 100억 달러 시대의 쟁점 -2007년 과학기술정책 8대 이슈- (2007.1.2)

제2호 : R&D 투자를 통한 성장잠재력 확충 방안 (2007.2.26)

제3호 : R&D 투자와 설비투자 (2007.4.12)

제4호 : 한미 FTA와 제약산업의 활로 (2007.5.14)

제5호 : 중소기업의 脫추격형 기술혁신 전략 (2007.6.8)

제6호 : 기업의 R&D 투자 촉진을 위한 재정지원정책의 효과와 개선방향 (2007.12.28)

제7호 : 국가연구개발사업의 투자 방향 설정을 위한 포트폴리오 분석 (2008.5.30)

제8호 : 창의적 프론티어 연구 환경 조성에 대한 탐색 (2008.6.16)

제9호 : 대개도국 호혜적 과학기술협력의 비전과 과제 (2008.8.6)

제10호 : 기후변화 대응의 과학기술정책과제 (2008.8.22)

제11호 : 학연협력의 방향과 당면과제 (2008.9.30)

제12호 : 저탄소 사회의 동력과 실현 기술의 특성 (2008.12.10)

제13호 : 2009년 과학기술정책 10대 과제 (2009.1.1)

제14호 : 세계적 과학자 양성 및 연구환경 조성방안 (2009.1.15)

제15호 : 상생과 공영의 남북한 과학기술협력 (2009.2.1)

제16호 : 서비스 R&D 강화를 통한 경제난국 극복 (2009.2.15)

제17호 : 글로벌 相生을 선도하는 과학기술 주도형 ODA 추진 방안 (2009.3.1)

제18호 : 이공계 박사인력 수급 환경의 변화 (2009.3.15)

제19호 : 제조업 성장에 기여하는 R&D서비스업 육성전략 (2009.4.1)

제20호 : 글로벌 리더십 확보를 위한 G-20 ‘그린’ 정상외교 전략 (2009.4.15)

제21호 : 배아줄기세포 R&D 정책 동향과 시사점 (2009.5.1)

제22호 : 북한의 핵 및 로켓기술 개발과 향후 전망 (2009.5.15)

제23호 : 창조선도형 R&D 체제로의 전환을 위한 기초원천연구 추진체제 개선 방안 (2009.6.1)

제24호 : 과학기술계 사회적 기업의 의의와 정책과제 (2009.6.15)

제25호 : 상장기업의 연구개발투자 동향과 전망 : 경기불황 영향분석과 극복방안 (2009.7.1)

제26호 : 우주개발과 우주산업의 연계방안 (2009.7.15)

제27호 : 특허사냥꾼(Patent Troll) 활동에 대응한 지식재산 정책과제 (2009.8.1)

제28호 : 개방형 혁신이 공공부문에 주는 전략적 시사점 (2009.8.15)

제29호 : 태양광 기술의 전망과 과제 (2009.9.1)

◈ 과학기술정책연구원 홈페이지(www.stepi.re.kr) 내『STEPI Insight』코너에서 원문을 보실 수 있습니다.

∷ STEPI Insight 제 29호 ∷

｜발 행 인｜김석준

｜편 집 인｜김석준

｜발 행 일｜2009년 9월 1일

｜발 행 처｜과학기술정책연구원

｜등록번호｜서울라09680

｜주 소｜156-849 서울시 동작구 보라매길 44 전문건설회관 20F, 26F ,27F

｜T E L｜02)3284-1835

｜F A X｜02)3284-1896

｜인 쇄 처｜정인I&D (T:02.3486.6791~6)

･ 주요경력 ･독일 베를린 공대 연구원

미국 노스웨스턴 대학 박사 후 연구원

저자 유의선

(現) 과학기술정책연구원 미래과학기술전략센터 부연구위원 (E-mail : [email protected] / TEL : 02-3284-1815)

･ 주요연구실적 ･ 유의선(2008), 저탄소 사회의 동력과 실현 기술의 특성, 과학기술정책연구원.

유의선(2008), 기후변화 대응의 과학기술정책과제, 과학기술정책연구원

유의선 외(2007), 기후변화 대응 과학분야 연구개발 발전전략에 관한연구, 기상청.

유의선(2007), 지속가능발전에 기여하는 과학기술의 역량평가 지표 틀 탐색, 과학기술정책연구원.

유의선(2006), 신기술의 환경성 분석 사전 연구, 과학기술정책연구원.

∙저자소개∙

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태양광 기술의 전망과 과제 -...

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