신재생 에너지 - 태양광 (페로브스카이트 태양전지)

이번 시간엔 태양광 에너지에 대한 부분을 살펴보자

신재생에너지 발전 비율과 목표

현재 에너지원별 발전량 현황은 다음과 같고, 석탄의 비중을 줄여가면서 신재생을 늘려야 하는데

2015년 파리협약 기준으로 2030년 목표는 2010년 대비 탄소배출량 45% 감소, 2050년은 탄소배출 0%가 목표다. 아래는 한국 발전량 비율인데 재생에너지 부분은 23년 기준 대략 8~10% 정도로 예상해본다.

신재생이 서서히 커져가고 있지만 여전히 가스의 비중은 그대로다.

<출처: 국가 지표 체계>

위의 표는 발전 비율 정도만 참고하면 되겠습니다. (단위 확인이 필요하다...)

 

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명확하진 않지만 대략 이런 비율로 성장한다고 보자

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뭐니뭐니해도 유럽이 잘하네

2020년 기준 독일, 영국, 이탈리아, 스페인 등 유럽 발전량 중 재생에너지 비중은 모두 40% 이상.

재생에너지로 생산한 전력 비율이 38%로 37%를 생산한 화석연료를 처음으로 앞질렀다.

(가장 앞선 독일의 경우 2021년 기준 총 전력 생산량 중 재생에너지 비율은 46.7%.

독일은 2035년까지 전력수요 100%를 재생에너지로 충당하는 국가 RE100을 추진 중)

- 한국은 7.2%, 미국 20.6%, 일본 21.7%

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다만 유럽에서는 풍력 발전의 경우, 북해의 바람이 잦아들면서 풍력 발전 단지가 가동을 멈춘 2021년 여름의 상황에서 알 수 있듯이 해결해야 할 과제도 많다. 유럽은 2020년 풍력 발전 비율이 전체 발전량의 16.4%였으며 2050년 50%를 목표로 하고 있다는 점을 감안하면 예상됐던 복병을 만난 것이다.

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미국에서 재생 에너지는 석탄과 원자력을 각각 16.62%와 27.39% 능가했다. 그러나 천연가스는 총발전량의 39.4 %를 차지하며 계속 지배적인 입지를 유지하고 있다.​

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현재로서는 비슷한 비율로 성장한다고 보고 태양광도 풍력 못지 않게 늘어난다고 가정해보자.

태양광의 원리와 종류 간단요약

2030년까지 탄소배출을 45% 감소 시킬려면 풍력, 태양광 등의 전력 비중이 얼마나 차지해야 할까?

누구도 명확하게 예측하기는 어렵지만, 현재 8~10% 수준에서 2030년 20%까지 올리는 게 목표라면 쉽게 생각해도 2배 이상은 성장해야 한다는 얘기다

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어쨋건 수소, 태양광, 풍력 등 2배 이상 성장을 목표로 해야 하는데,

(이건 강제로라도 무조건 국가적으로 끌고가야 하는거라 안할래야 안할 수가 없다)

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■ 태양전지 종류

- 폴리실리콘, 폴리실리콘 + 페로브스카이트인 텐덤셀, 페로브스카이트 이렇게 3가지 종류

- 폴리실리콘은 중국업체의 저가공세로 OCI, 한화솔루션이 사업을 철수함

(10년 전과 비교하여 현재 가격이 2% 수준밖에 안되는 상황)

- 전 세계 태양광 전력 생산의 98%는 폴리실리콘 발전량.

결국 중간적인 텐덤셀과 페로브스카이트에 주목할 수 밖에 없다

일단 실리콘과 페로브스카이트를 알아야 텐덤셀을 알 수 있다.

 

어디서 퍼왔는지 모르겠지만 블로거님 감사합니다 ^^

정말 간단하게 표현하면 이런식이다.

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▷ 폴리실리콘

- 반도체와는 달리 기술적 진입장벽이 낮아, 자본과 생산 경쟁력에 우위가 갈리며, 중국 탓에 더 이상

비전이 없다.

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▷ 그렇다면 페로브스카이트란?

- 페로브스카이트(perovskite)는 원래 1839년 러시아 우랄산맥에서 새로 발견된 광물에 붙여진 이름으로

19세기 러시아 광물학자 레프 페로브스키(Lev Perovsky)의 이름을 따서 만들어졌다. 특허 등록을 못해

아무나 가져다 쓸 수 있는 기술이 되었다.

- 정말 쉽게 표현하면, 아래보는 AMX3 구조에 3족 원소등을 넣어 전자를 이동할 수 있게 해주면 전기가

흐른다는 것인데, 오른쪽 아래처럼 AMX3 구조에 이것저것 끼워 넣어 결합하니 이런 모습이 된 것.

결국 AMX3 같은 결정구조를 갖는 물질을 총칭하는 용어라고 보면 된다.

- 전자의 이동이 쉽고 다양한 특성을 낼 수 있고, 얇고 가볍고 유연하며, 값이 싸다.

- 차량, 건물 등 붙이기만 하면 전력이 생산되는 편리함

 

 

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▷ 페로브스카이트의 현실

- 개발속도

효율을 높이는 것이 관건인데, 이론상 50%까지 가능한 것으로 추정되나,

(이것때문에 이론적으로는 실리콘보다 두 배의 효율을 이루어낼 수 있다고하는데 현실은 다르다)

현재 UNIST(울산과학기술원)의 26%대가 최고. 2020년 25.5%인 것을 감안하면 속도가 더디다.

35%를 슈퍼태양전지라 부르는데 여기에 도달하는것도 매우매우 어려운 일이라 한다.

 

- 민간기업

2016년 국책과제에 선정되면서 2020년 상용화 목표였지만 아직이다. 새만금에 태양광발전소 설립이

결정되고 유니테스트가 1200억을 투자한다고. 유니테스트는 19년 기준 14.8% 수준.

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※ 23.5 현재 대형 페로브 스카이트 최고 효율 18~19% 확보, 한국화학연구원

▷ 텐덤셀이란?

- 실리콘과 페로브스카이트가 흡수하는 빛의 영역대가 달라, 둘을 합친 이중셀 구조의 태양전지를 개발,

이론적으로 80% 효율을 만들어 낼 수 있다고 하는데, 이것 또한 이론이다.

현재는 28% 효율 정도 달성했으며, 두 셀의 간섭현상 및 수명 연장에 있어서 난제가 많은 상황이다.

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텐덤셀이건 페로브스카이트건 한국이 기술개발을 선도하고 있다는 점이 투자의 포인트라고 할 수 있겠다.

또한 전 세계적으로 프랑스는 80대 이상 주차장에 태양광 발전 의무화, 일본 도쿄는 새 주택에 태양 전지판 설치 의무화하고 있는 강제성도 곧 다가올 우리의 현실이다.

그러나 사실 실용화되는 것까지 보려면 앞으로 3~4년은 더 있어야 할 것 같은데, 그 전에 모멘텀을 받을 수 있을지는 사실 미지수다.

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아래는 NREL이란 곳에서만든 태양광셀의 최신 효율을 나타낸다. 단일 페로브스카이트 단일로는 UNIST가 세계 1위임을 알 수 있다. (태양광분야에서는 가장 공신력있는 데이터라고 함)

클릭하면 크게 보입니다

태양광 관련기업 비교

텐덤셀이건 페로브스카이트건, 일단 페로브스카이트 기술이 있어야 되니(물론 사다써도 되지만)

PSC(페로브스카이트 셀) 기업 위주로 살펴보자.

 

한화솔루션, 야스, 주성엔지니어링 세 가지가 보이는데, 유니테스트는 최근 반도체 경기로 다소 저조하고 슈퍼개미 채널에 소개되어 끌리지 않는다. 한화솔루션이 주도하고 있는 것으로 보이나 재무 상태나 주식수가 그닥 끌리지 않아 주성엔지니어링이 매력적이나 주식수가 너무 많고 올 해 전망이 어둡다. 그래도 한번 살펴보자.

조사했을 당시 5월초였는데, 그새 좀 올랐다.

반도체 증착 공정인 CVD에서 ALD 가이던스 시스템 관련 매출과 페로브 스카이트 태양전지 제조장비 매출이 주력이다.

 

반도체 벤처 1호기업인데, 2001년부터 삼성과 거래가 끊어진 이후 다시 하지는 않는다고 하며, 최근 18년부터 다시 왕래가 오간다 한다. 대한민국에서 벤처를 이야기할때 휴맥스와 더불어 1위로 꼽는 기억이라고 하는데, 삼성과 연이 끊어진 이유는 다음과 같다.

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창업주인 황철주씨는 본디 현대전자(현 SK하이닉스)에 입사, 이후 유럽 반도체장비회사인 ASM의 대리점 기술지원으로 입사하면서 경험을 쌓아갔고 이 일 덕분에 삼성전자에서 명성이 굉장히 높았음. 이후 ASM이 한국 시장에서 철수하게되면서 주성엔지니어링 창업, 어렵지않게 삼성전자 협력사로 선정되면서 승승장구하고 있었지만 2001년에 삼성에서 자체감사를 벌였고 주성 측에서 삼성 구매팀 및 엔지니어들에게 거액의 뇌물을 증여한 정황이 발견되었다는 이유를 들어 삼성에서는 주성엔지니어링과의 관계를 영구적으로 끊음 이 일 이후로 주성엔지니어링은 아직까지도 삼성과의 관계를 회복하지 못하고 있다.

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시건 이후 LG LCD CVD(화학증착)장비가 LG디스플레이(당시 LG필립스LCD)의 눈에 들면서 이때부터 LG디스플레이와 관계를 맺게 되었고 동시에 해외에도 수출하는 성과를 얻었다. 그리고 2005년에는 최초로 개발한 ALD(원자층증착)장비를 하이닉스에 납품하면서 화려하게 재기에 성공한다. 최근에 오가는 삼성과의 연결이 결실을 맺으면 좋겠다.

 

태양전지를 만든건 오래되어 잔뼈가 있는 회사고, 페로브스카이트를 판매하는게 아니라 만드는 장비를 공급하는 것도 특이할만 하다.

다만, 페로브스카이트의 효율이 올라가면 그 부분은 장비에 녹일 수 있을 것인지 눈여겨 봐야하고 직접 판매하는 부분에 있어서도 봐야하지만 아직은 이렇다할 게 없어서 향후 1~2년간 지켜봐야할 중요한 기업으로 판단된다.