[EE칼럼] 태양광 산업에 볕이 들려면

▲박성우 한국에너지공단 기획조정실장

트럼프 행정부는 기후변화를 부정하며 재생에너지에 대한 지원을 축소하고 있지만, 올해 미국의 재생에너지 산업은 기록적인 성장을 이룰 것으로 전망된다. 특히 태양광 산업의 성장이 두드러진다. 미 에너지정보국(EIA)은 2024년 미국 전력망에 48.6GW의 발전용량이 추가되었다고 발표했다. 이 중에서 태양광은 30GW가 설치되어 62%를 차지했다. 2025년에도 AI와 데이터센터 등의 영향으로 전년에 비해 약 30% 증가한 63GW의 발전용량이 추가될 것으로 예상했다. 태양광은 32.5GW가 설치될 것으로 전망했다.

태양광 산업의 성장에 있어 가장 큰 위협요소는 공급망을 중국이 장악하고 있다는 점이다. 중국은 2025년 경제성장 방향을 '전광리'와 AI로 잡았다. 전(電), 광(光), 리(리튬)는 각각 전기차, 태양광, 리튬 배터리를 의미한다. 태양광의 가치사슬은 폴리실리콘, 잉곳, 웨이퍼, 셀, 모듈로 이루어져 있다. 중국은 태양광 가치사슬 모든 분야에서 80%가 넘는 시장 점유율을 가지고 있다. 2024년 전 세계 상위 10위 태양광 모듈 공급업체는 모두 중국 기업이다.

중국의 태양광 산업이 발전할 수 있었던 것은 스정룽이라는 인물 때문이다. 미국에서 대학원 과정을 밟으려 했던 스정룽은 행정 착오로 호주에 있는 뉴사우스웨일즈대학으로 진학한다. 여기에서 태양전지 연구의 전설적 존재인 마틴 그린 교수를 만난다. 박사과정을 마치고 2000년에 잠시 귀국한 그는 중국에 태양전지 회사를 차리겠다는 200쪽자리 계획서를 작성했다. 열 달 만에 우시 지방정부로부터 간신히 600만 달러를 받아내어 2001년에 선텍(Suntech)을 설립했다. 스정룽은 태양광의 장벽은 비용이라고 보고, 비싼 기계 대신 저임금 노동자를 활용하여 비용을 줄였다. 유럽의 발전차액지원제도와 일본의 정부 보조금 덕택에 선텍은 발족한 지 불과 4년 만에 뉴욕증권거래소에 상장한다.

중국 기업이 장악하고 있는 태양광 가치사슬 틈바구니 속에서 미국에 본사를 두고 있는 퍼스트솔라가 눈에 띈다. 2024년 모듈 공급량 기준으로 13위에 위치한다. 퍼스트솔라는 박막형 태양광 모듈 생산 기업으로 태양광 모듈 생산 기업 중 유일하게 원재료부터 완제품까지 미국에서 생산한다. 박막형 모듈은 중국이 독과점 중인 폴리실리콘 모듈의 가치사슬과 생산 방식이 전혀 다르다. 따라서 중국 기업을 거치지 않고서도 태양광 모듈을 생산할 수 있다.

박막형 태양전지는 효율이 낮고, 비용도 높은 편이기에 사장되어 가는 기술이었다. 그러나 효율 개선과 비용 절감을 통해 이제는 중국이 장악한 실리콘 태양전지와 견줄 정도가 되었다. 박막형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 대신 유리나 금속기판 위에 반도체 박막을 증착하여 제조한다. 이 전지에 어떤 물질을 증착하느냐에 따라 종류가 달라지는데, 퍼스트솔라의 박막형 태양전지는 카드뮴 텔루라이드를 태양광 흡수층으로 사용한다.

퍼스트솔라의 사례를 통해 우리 태양광 산업이 나아갈 방향에 대한 힌트를 얻을 수 있다. 중국과 차별화한 한 발 앞선 기술을 개발하고 상용화하는 것이다. 태양전지의 차세대 혁신기술로 '페로브스카이트 탠덤셀'을 들 수 있다. 2024년 MIT는 페로브스카이트 탠덤셀이 이르면 3년 안에 상용화돼 에너지 혁명을 이끌 것으로 전망했다. 페로브스카이트는 1839년 러시아 우랄산맥에서 발견된 광물인데, 러시아의 광물학자 레브 페로브스키(Lev Perovski)의 이름을 딴 것이다. 페로브스카이트는 박막형의 한 종류이다. 탠덤셀이란 두 종류 이상의 태양전지 셀을 적층한 형태의 태양전지를 말한다.

실리콘 태양전지는 주로 적외선을 이용한다. 페로브스카이트는 가시광선을 광범위하게 흡수하며 적외선과 자외선도 일부 흡수한다. 따라서 기존 실리콘과 페로브스카이트를 결합한 페로브스카이트 탠덤셀은 다양한 파장의 빛을 흡수할 수 있어 효율을 더 높일 수 있다. 실리콘 태양전지는 태양광을 전기로 변환시키는 효율이 최대 27%를 넘지 못하고 있다. 이론적 한계 효율도 30% 미만이다. 이에 비해 페로브스카이트 텐덤셀의 이론적 한계 효율은 44%에 달한다.

상용화는 퍼스트솔라가 앞서고 있는데, 한화큐셀도 따라가고 있다. 현대차도 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발 중이다. 페로브스카이트는 투명하고 잘 구부러지기 때문에 선루프와 창문 등에 부착하면 자연광은 통과시키면서 전기를 생산할 수 있다. 가시광선으로 충전이 되므로 지하주차장의 LED 조명으로도 충전이 가능하다고 한다. 일본은 올해 수립한 제7차 에너지기본계획에서 페로브스카이트 태양전지를 개발하고 공급망을 구축하여 지붕과 건물 벽면 등에 2040년까지 20GW를 설치하는 목표를 제시했다. 정부의 전폭적인 지원과 기업들의 선전을 기대한다.

박성우