태양광 패널 유리 - taeyang-gwang paeneol yuli

일반 태양광 패널보다 효율 낮지만
창문·모바일기기 등 적용 범위 커

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유리처럼 투명한 태양광 패널. 미시간주립대 제공

태양광 패널은 보통 불투명 또는 반투명이어서 큰 잠재력에도 불구하고 지붕이나 벽 등 활용 범위가 제한돼 있다. 그런데 창문에도 쓸 수 있는 투명한 태양광 패널이 선을 보였다. 실용화될 경우 지붕에 쓰이는 태양광 패널만큼 많은 양의 전기를 생산할 수 있을 것이라고 연구진은 밝혔다. 리처드 런트 교수를 비롯한 미국 미시간주립대 연구진이 개발한 투명 태양광 패널(TLSC)은 유기분자를 이용해 비가시광선인 자외선과 근적외선 파장만을 선택적으로 흡수하기 때문에 투명한 상태를 유지하면서 빛을 전기 에너지로 전환해준다.연구진은 과학저널 <네이처 에너지>에 실린 논문을 통해 "비가시광선만을 흡수하는 것만으로도 태양광 지붕과 비슷한 전력을 생산할 수 있는 잠재력을 보여줌으로써 건물이나 자동차, 모바일기기의 효율성을 높일 수 있는 여지를 마련했다"고 자평했다.

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투명 태양광 패널을 들고 있는 리처드 런트 교수. 미시간주립대 제공

연구진은 미국에는 약 50억~70억㎡의 유리가 있다며, 이 드넓은 유리 표면을 투명 태양광 패널로 덮을 경우 미국 에너지 수요의 약 40 %를 공급할 수 있다고 밝혔다. 이는 옥상 및 지붕 태양광 패널과 비슷한 수준의 잠재력이라고 한다.문제는 아직 투명 태양광 패널의 효율이 기존 태양광 패널에 비해 떨어진다는 점이다. 연구진에 따르면 투명 태양 전지의 에너지 전환 효율은 5 % 정도로 전통적인 태양 전지의 효율 15~18%의 3분의 1 수준이다. 그러나 이는 3년 전 처음 선보였던 시제품이 1%에 그쳤던 것에 비하면 큰 발전이다.런트 교수는 "기존 태양 전지 기술은 50년 동안의 연구 결과이지만 우리는 고작 5년간 연구해왔을 뿐"이라며 "투명 태양광 패널 기술은 궁극적으로 태양광 에너지 채택이 불가능했던 기기들에도 이를 적용할 수 있는 길을 열어준다"고 말했다. 런트 교수는 지난 2015년가 꼽은 ‘35세 이하 혁신가 35인'에 선정된 바 있다. 그는 태양광 에너지장치 개발업체인 ‘유비쿼터스 에너지' 공동창업자이기도 하다.곽노필 선임기자 [email protected]▶곽노필의 미래창 바로가기

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    태양광 패널 유리 - taeyang-gwang paeneol yuli
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태양광 패널 유리 - taeyang-gwang paeneol yuli
▲왼쪽은 태양광 패널과 태양광 유리패널이 설치된 건물외벽, 오른쪽은 실내에서 바라본 태양광 유리패널. (사진=유비쿼터스 에너지)


전기를 생산하는 태양광 유리패널이 2~3년 내 미국에서 대중화될 가능성이 커지면서, 도심 빌딩숲이 태양광발전소로 탈바꿈하게 될 날도 머지않아 보인다.

미국 신소재 스타트업 유비쿼터스 에너지(Ubiquitous Energy·UE)는 지난 2012년 개발한 태양광 유리패널 '클리어뷰 파워 윈도우'(Clear View Power Window)를 2024년초부터 대량생산할 채비를 하고 있다. 이를 위해 UE는 미국의 대표적인 창호기업 앤더슨과 협력하는 한편, 펀딩을 통해 3000만달러(약 356억7000만원)의 자금을 11일(현지시간) 확보했다.

일반적으로 태양광 패널은 태양전지와 밀봉재, 백시트, 정션박스(전기배선을 모아놓는 박스) 등의 부품으로 구성돼 있어 투명한 유리창문으로 활용하기 어렵다. 그러나 UE의 '클리어뷰 파워 윈도우'는 유기염료를 통해 포착된 적외선을 흡수하면서 전기로 변환하기 때문에 투명한 유리창문으로 활용할 수 있다. 이 유기염료는 메사추세츠공과대학교(MIT) 연구진이 개발한 것으로, 가시광선은 통과시키지만 적외선은 포착한다.

지난해 30억달러(약 3조5656억원)의 매출을 달성한 UE는 "기후변화에 대한 투자자와 소비자들의 인식이 크게 변화하면서 고가에도 불구하고 수요는 상승세"라고 밝혔다. UE의 창업자이자 최고기술책임자인 마일즈 바(Miles Barr) 박사는 "클리어뷰 파워 윈도우는 초고층 빌딩 창문에 적용될 수 있고, 자동차 유리나 아이폰 액정으로도 사용될 수 있다"고 말했다.

다만 '클리어뷰 파워 윈도우'는 2가지 약점을 안고 있었다. 하나는 일반 건축물에 쓰이는 유리보다 30% 비싸다는 것이고, 다른 하나는 건물 외벽에 수직으로 설치되기 때문에 태양광을 충분히 공급받지 못해 에너지 효율이 일반 태양광 패널의 절반 수준에 불과하다는 점이다. 그러나 UE는 이번에 확보한 펀딩 자금으로 이같은 공정상 단점을 개선할 수 있게 됐다. UE는 2050년까지 9300만m2 규모의 '클리어뷰 파워 윈도우'를 설치하겠다는 계획이다.

한편 우리나라도 투명 태양전지 개발에 힘쓰고 있다. 산업통상자원부는 초고난도 기술개발을 지원해 미래 핵심 원천기술을 확보하는 '알키미스트' 프로젝트의 일환으로 지난 11일 '투명 태양전지 플랫폼 개발사업단'을 결성했다. 이 사업단은 향후 5년간 100억원의 연구비를 지원받아 투명도 70%에 변환 효율 12%를 달성하기 위한 태양전지 소자개발에 도전한다.

태양광발전의 핵심 소재인 셀과 모듈의 중국 의존도가 갈수록 높아지는 가운데 태양광 패널에 사용되는 유리 역시 전량 중국 등에서의 수입에 의존하고 있는 것으로 나타났다. 정부가 탄소 중립 달성을 위해 태양광과 풍력 등 신재생에너지 발전 비중을 늘리고 있지만 수입 의존도만 높아져 자칫 에너지산업 전체가 중국에 발목을 잡힐 수 있다는 우려가 커지고 있다.

9일 한무경 국민의힘 의원실이 국내 유리 생산자 단체인 한국판유리창호협회로부터 제출받은 자료에 따르면 태양광 패널에 쓰이는 저철분 무늬유리의 국내 생산량은 전무한 것으로 조사됐다. 협회 관계자는 “주로 중국에서 수입해 2차 가공한 뒤 현대에너지솔루션과 LS산전 등 국내 태양전지 모듈 회사에 납품하고 있다”고 밝혔다.

태양광 모듈의 핵심 부품 중 하나인 저철분 무늬유리는 철분 함량 200ppm 이하로 일반 판유리(800~1000ppm)에 비해 철분 함량이 매우 낮은 것이 특징이다. 유리에 함유된 불순물인 철분은 가시광선 투과율과 열선 투과율을 낮춰 발전효율을 떨어뜨리는 만큼 철분 함량이 낮은 유리를 만드는 일은 태양광 발전설비의 핵심 열쇠로 꼽힌다. 이 때문에 태양광 패널 원가에서 유리가 차지하는 비중은 7% 수준으로 셀과 알루미늄 프레임에 이어 세 번째로 많다.

전 세계적인 탄소 중립 열풍에 맞춰 태양광발전 유리 시장도 급성장하고 있다. 시장조사 업체 얼라이드마켓리서치에 따르면 세계 태양광발전 유리 시장은 지난 2018년 45억 달러에서 연평균 30.3% 성장하며 오는 2026년 376억 달러에 이를 것으로 전망된다.

하지만 중국 업체들이 전 세계 태양광 발전용 유리의 93%를 차지하며 성장의 과실을 독식하고 있다. 실제로 2019년 기준 ‘신의광능(27%)’과 ‘플랫글래스(19%)’ 등 중국 업체가 시장 1·2위를 독차지한 상황이다. 국내에서도 태양광발전이 빠르게 확산하면서 중국산 유리의 유입도 급증하고 있다. 관세청에 따르면 태양광 패널에 사용하는 두께 8㎜ 이하 기타 안전유리의 국내 수입액은 2018년 2억 1698만 달러에서 지난해 3억 5200만 달러로 3년 새 두 배 가까이 늘었다. 업계에서는 태양광 발전에 사용하는 유리의 두께가 3.2㎜ 이하임을 고려했을때 수입액의 대부분이 태양광발전 설비에 사용된 것으로 보고 있다.

이처럼 값싼 중국산의 공세가 거세지면서 국내 태양광 산업은 생태계 붕괴를 우려해야 하는 처지에 내몰리고 있다. 신재생에너지의무공급비율(RPS)에 따라 국내에 보급된 태양광발전 단지 중 국내산 모듈 점유율은 2019년 78.4%에서 지난해 6월 63.2%로 쪼그라든 반면 중국산 모듈 점유율은 21.6%에서 36.7%로 늘어났다. 같은 기간 셀 시장의 중국산 점유율은 38.3%에서 61.0%로 높아졌다.

중국산이 시장을 잠식하는 사이 국내 태양광 업체는 2017년 118개에서 2019년 97개로 줄었다. OCI와 한화솔루션은 2020년 태양광 기초 소재인 폴리실리콘 국내 생산을 접었으며 잉곳을 만들던 웅진에너지는 2020년 법정관리에 들어갔다. 에너지 업계의 한 관계자는 “중국산 태양전지는 한국산과 비교할 때 효율은 비슷한데 가격은 15~20% 싸기 때문에 국내 업체가 경쟁하기 어렵다”고 말했다.

전문가들은 정부가 태양광발전 보급에만 힘쓸 것이 아니라 국내 업체의 경쟁력 강화도 함께 신경 써야 한다고 지적한다. 신재생에너지 발전량만 채우는 데 급급하지 말고 원전처럼 압도적 기술력을 토대로 해외 수출까지 이어지는 미래 먹거리로 육성해야 한다는 것이다. 한무경 국민의힘 의원은 “태양광모듈의 핵심 부품뿐 아니라 기본 부품까지 대부분 중국에 의존하는 상황”이라며 “국내 산업을 보호하고 육성하기 위한 대책이 필요하다”고 강조했다.

국회 산업통상자원중소벤처기업위원회 소속 한무경 의원(국민의힘)이 국내 유리생산자 단체인 한국판유리창호협회로부터 제출받은 자료에 따르면 태양광 패널에 쓰이는 저철분 무늬유리의 국내 생산량은 전무한 것으로 조사됐다.

태양광 패널용 유리는 태양전지 모듈을 보호하는 기능을 가진 기판유리로서 최적의 태양광 흡수를 위해 철분 함유가 적고 표면이 특정무늬(요철)가 있는 저철분 무늬유리를 사용한다.

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▲ 태양광 모듈 제조 모습(사진은 본 기사와 관련 없음).

유리에 함유된 불순물인 철분은 가시광선 투과율과 열선 투과율을 낮춰 발전효율을 떨어뜨리는 만큼 철분 함량이 낮은 유리를 만드는 일은 태양광 발전설비의 핵심 열쇠로 꼽힌다. 이 때문에 태양광 패널 원가에서 유리가 차지하는 비중은 7% 수준으로 셀과 알루미늄프레임에 이어 세 번째로 높다.

그런데 국내 판유리 제조업체들이 제조설비를 이미 중국으로 이전하거나 폐쇄한 상황이라 정부가 탄소중립 달성을 위해 신재생에너지 발전 비중을 늘리고 있지만 수입 의존도만 높아져 자칫 에너지산업 전체가 중국에 발목을 잡힐 수 있다는 우려가 커지고 있다.

시장조사 업체 얼라이드마켓리서치에 따르면 세계 태양광발전 유리 시장은 지난 2018년 45억달러에서 연평균 30.3% 성장하면서 오는 2026년 376억 달러에 이를 것으로 전망된다. 하지만 중국 업체들이 전 세계 태양광발전용 유리의 93%를 차지하면서 성장의 과실을 독식하고 있다.

국내에서도 태양광발전이 빠르게 확산하면서 중국산 유리의 유입도 급증하고 있다. 관세청이 한무경 의원실에 제출한 자료에 따르면 태양광패널 등에 사용하는 두께 8mm 이하 기타 안전유리의 2021년 기준 국내 수입액 3억 7386만달러 중 중국에서의 수입액이 3억 5199만달러로 전체의 94%를 차지했다. 2018년 기준 2억 1698만달러에서 3년 만에 두 배 가까이 늘었다.