[기술 & 시장 분석] 고전압 태양전지모듈(Photovoltaic Module)

고전압 태양전지모듈은 태양전지(Photovoltaic Cell)를 개별적으로 분할해 접속하거나 태양전지 셀의 공간 점유율을 높이는 기술이다. 태양광 에너지 산업은 물론 대체에너지 및 신재생에너지 융복합 산업 등 다양한 영역에 활용된다. 고전압 태양전지모듈 분야 특허 기술 트렌드 및 시장 동향을 살펴본다.  <편집자>

태양광 발전 시스템 및 구성 요소 ※ 출처 : ㈜한국대체에너지, http://get-one.co.kr

태양광 발전용 핵심 부품… 태양전지(Photovoltaic Cell) 모듈

태양광 모듈은 태양광 발전에 기본이 되는 부품으로, 여러 장의 태양전지(Photovoltaic Cell)를 원하는 출력에 따라 직렬 또는 병렬로 연결한 후, 보호 필름으로 봉합해 외부 노출 시에도 장기간 성능을 유지할 수 있도록 제작한 태양전지 판을 의미한다.

태양광 모듈에 사용되는 태양전지는 셀의 종류에 따라 무기소재를 사용하는 실리콘과 화합물 태양전지, 유기소재를 사용하는 염료감응과 유기 태양전지 등으로 분류할 수 있다.

용도에 따라 가정용(Roof Top), 상업용(Commercial), 발전용(Utility) 등으로 구분하며 ▲설치장소 ▲발전 규모 ▲출력 범위 등에 따라 다양하게 제작해 활용된다.

한화큐셀이 확보한 퀀텀(Q.ANTUM)기술은 태양전지 셀 후면에 특수 나노 코팅 처리를 해 더 많은 양의 빛이 셀로 반사 되도록 함으로써 발전량을 증대시키는 퍼크(PERC, Passivated Emitter Rear Cell)기술을 기반으로 한다. 레이저 처리된 접촉면이 나노 코팅을 보완해 전기적 특성뿐만 아니라 효율도 크게 개선했다.

한화큐셀의 (a) 퀀텀기술, (b),(c),(d) 퀀텀듀오 기술 ※ 출처 : 한화큐셀 홈페이지
‘유리프릿, 이를 포함하는 perc 태양전지 전극 형성용 페이스트, 및 perc 태양전지 전극’ 특허

한화큐셀은 ‘유리프릿, 이를 포함하는 perc 태양전지 전극 형성용 페이스트, 및 perc 태양전지 전극’ 특허를 포함해 후면 반사 방지막 기술, 최적화된 발전 반사판 그리고 실버 페이스트 프린팅 기술이 통합 적용된 퀀텀기술로 다결정 모듈 효율 19.5%로 2016년 세계 최고 기록을 달성했다.

특히 퀀텀 듀오(Q.ANTUM DUO) 기술은 6버스바 기술, 고효율 하프셀 기술 및 와이어링 디자인을 결합한 것으로 저항 및 광학 손실을 감소시켜 모듈 효율성을 최대 20%까지 높인 기술이다. 또한, 온도에 대한 안정성 향상 및 셀의 미세 균열로 인한 전기 손실을 낮춤으로써 장기 안정성을 향상시켰다.

신성이엔지의 SAM(Shinsung Advanced Module)은 기존 태양광 모듈과 다르게 태양전지를 여러 조각으로 절단해 태양광 모듈을 만드는 방식으로 제작된다. 이 방식은 저항 손실이 줄어들어 모듈 출력이 상승하며, 태양전지 셀의 손실률도 낮아진다. 60셀 태양광 모듈 기준 최대 20%까지 출력이 높은 출력을 확보했다.

신성이엔지가 등록한 ‘프린팅 기법을 이용한 양면 수광형 태양전지 제조 방법 및 양면 수광형 태양전지’ 특허는 반도체 기판의 전면 및 후면 표면에 반사율을 저감시키기 위한 텍스쳐링(texturing) 구조를 형성하는 기술이다.

페이스트(paste)를 사용하는 프린팅(printing) 기법을 이용해 반도체 기판의 전면 및 후면에 각각 선택적으로 불순물을 주입함으로써 전면과 후면 에미터층을 형성한다. 이를 통해 양면 수광 태양 전지 제조 공정에서 비용을 줄이면서 제조 라인 공간의 공간 이용률은 증가시키고, 공정 시간을 단축시켜 높은 수율을 달성할 수있다.

연평균 38% 성장 리튬이온전지 ESS 시장

태양광발전 시스템 구분 ※ 출처 : 신재생에너지 백서, 한국에너지공단, 2016

태양광 모듈의 경우 다른 신재생에너지 발전원과 비교할 때 설치 기간이 짧고, 지리적 설치 허용도가 높다는 장점이 있다. 또한 Grid Parity 도달(가격 경쟁력 향상), 분산전원 수요증가, 양호한 금융시장 등 유리한 환경이 조성되고 있다.

하지만, 내수시장이 작아 해외진출이 불가피하다는 점과 해외시장의 경우 일시적인 공급과잉과 정부 보조금 축소가 우려돼 수요 위축 가능성이 있다는 리스크가 있다.

국내 태양광 모듈 시장 규모는 2018년 9,078억 원 규모로 예측되며, 연평균복합성장률 6.99%로 성장해 2023년에는 약 1.40배 성장한 12,727억 원 수준이 될 것으로 전망된다.

기술&시장 분석 시리즈는 한국발명진흥회 지식재산평가센터가 다년간 축적해온 기술가치평가 보고서를 기반으로 작성됐다. 기술가치평가는 사업화하려는 기술이나 사업화된 기술이 해당 사업을 통해 창출하는 경제적 가치(금액)를 시장에서 일반적으로 인정된 가치평가 원칙과 방법론에 입각해 평가하는 작업이다. 한국발명진흥회 지식재산평가센터는 기술이전 및 사업화 촉진에 관한 법률 제 35조, 발명진흥법 제28조 등에 따른 정부 공인 기술평가기관이다.