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[MIT 10대혁신기술⑦] 테슬라 무료충전 비결, 솔라시티 태양광 패널

2016-04-22MIT테크놀로지리뷰
10만 9000㎡에 달하는 기가팩토리는 북미 최대의 태양광 패널 제조 공장이다.
(10만 9000㎡에 달하는 기가팩토리는 북미 최대의 태양광 패널 제조 공장이다.)



솔라시티의 기가팩토리

버팔로에 위치한 7억5000만 달러의 태양열 공장이 연간 기가와트 규모의 고효율 태양광 패널을 생산, 가정용 패널을 보다 매력적으로 만들고 있다.

● 무엇이 혁신인가?

단순화된 저비용 제조공정으로 생산된 고효율 태양광 패널

● 왜 혁신인가?

태양열 산업이 화석연료와 경쟁하려면 더 저렴하고 효율적인 기술이 필요하다.

● 누가 주도하나?

솔라시티, 썬파워, 파나소닉



미국 버팔로강에 인접한 이리 호숫가의 공업단지에 태양열 발전 산업의 미래가 건설되고 있다. 뉴욕주가 재정과 건축을 맡은 솔라시티의 거대한 버팔로 공장이 거의 완공, 조만간 가장 효율적인 상용 태양광 패널을 생산할 예정이다.

하루 생산능력은 1만 대, 연간 1GW를 생산할 수 있는 이 공장은 북미 최대의 태양열 제조설비로 세계에서도 손꼽히는 규모다.



이미 미국 가정용 태양광 패널 시장을 주도하는 솔라시티가 가동되면 태양전지 생산부터 설치까지 제공하는 수직통합형 제조 겸 공급 업체가 된다. 시장에 유통되는 중국산 실리콘 태양광 패널이 최저가를 기록하는 상황에서 새로운 태양열 기술에 투자하는 것은 리스크가 크다.

그러나 이로 인한 이점은 더 클 전망이다. 피터 라이브 솔라시티 최고기술경영자(CTO)는 새로운 공장건설로 지금까지 적자만 봤던 솔라시티의 사업이 변화하고, 가정용 태양열 발전의 경제 역시 바꿀 것이라고 말한다.



솔라시티의 설치비는 와트당 2.84달러다(하드웨어 단가와 판매비, 영업비, 일반경비 포함). 2012년 4.73달러보다 줄어든 것이다.

효율성이 매우 높은 패널, 신공장 가동에 따른 생산성 향상, 제조공정 간소화를 통해 솔라시티는 버팔로 공장이 완전 가동될 2017년 말까지 가정용 설치비를 와트당 2.50달러로 줄일 계획이다.

많은 주가 시행하는 전력거래제(쓰고 남은 전력을 소비자가로 되팔게 하는 것)와 연방정부의 태양광 보조금을 기반으로 솔라시티는 이미 가정용 설비의 가격인하를 주도하며 지붕용 태양광 패널의 인기몰이를 하고 있다.

설치비가 낮아지면 태양광의 인기를 더욱 끌어올릴 수 있다.

라이브 CTO는 “현재 14개 주에서는 전기회사에 내는 요금보다 더 저렴한 가격으로 전력을 판매할 수 있다”며 버팔로 공장 덕분에 “태양광에 전지를 더한 가격이 화석연료보다 저렴해질 것”이라고 내다봤다.



솔라시티가 2014년 인수한 작은 태양광 발전회사, 실레보의 기술은 목표 달성에 도움을 준다.

표준형 결정질 실리콘을 박막전지 성분과 산화물 반도체 한 겹과 결합하는 이 기술은 태양광선을 전기로 바꾸는 고효율 패널 제작에 사용된다.

이 기술은 호주의 태양광 선구자 마틴 그린이 활동하던 1970년대에 탄생했다. 지난해 10월 솔라시티는 캘리포니아주 프리몬트의 작은 공장에서 생산한 실험용 패널의 효율이 22%를 넘었다고 발표했다.

현재 일반 실리콘 태양광 패널의 효율성은 16~18%다. 솔라시티와 경쟁하는 썬파워는 효율성 21.5%의 전지로 시장을 주도한 적이 있다.



효율성이 중요한 이유는 패널 자체는 전체 설치비의 15~20% 밖에 차지하지 않기 때문이다.

나머지는 전력망과 연결해주는 변환장치, 패널 배열을 담는 자재, 지붕에 고정할 때 쓰는 나사 등의 부품, 설치 인건비 등 BOS라 불리는 주변장치 비용으로 이뤄진다.

솔라시티는 기존보다 패널을 3분의 1이나 줄이면서 같은 양의 발전을 할 수 있다고 한다.

프란시스 오설리번 MIT에너지연구소 연구분석부장은 “패널을 줄이면 이런저런 부품이나 전선도 줄어들고, 설치에 드는 시간도 절약할 수 있다”고 말한다.

솔라시티의 새로운 패널은 독특한 재료의 조합으로 만들어졌다.
(솔라시티의 새로운 패널은 독특한 재료의 조합으로 만들어졌다.)




솔라시티는 분할제조 방식을 통해 전지 생산 공정을 12단계 이상에서 6단계로 줄였다. 뿐만 아니라 기존 태양전지 재료 중 가장 비싼 은을 비교적 저렴한 구리로 대체했다.

그러나 프레몬트의 작은 시설에서 제조하는 것과 달리 버팔로 같은 대형 공장에서 생산할 경우 성능 차이가 날 수 있다. 제조 경험이 부족한 솔라시티에 있어 생산 확장은 어려운 과제다.

“기한을 맞추기는 좀 어려울 수 있다”는 라이브 CTO는 소규모 설비에서 달성한 효율을 버팔로에서 똑같이 구현하기는 어렵다는 점을 인정한다.

솔라시티는 이미 버팔로 공장의 완전 가동 시기를 2017년 1분기에서 연말로 연기한 바 있다.



그러나 가장 큰 리스크는 태양광 기술의 빠른 발전과 관련이 있다. 지금은 기록적인 수준의 패널이 3~5년 후에는 상대적으로 비효율적으로 보일 수 있다.

지난해 10월 솔라시티가 고효율 패널을 뽐낸 직후 파나소닉이 효율성 22.5%를 달성했다고 주장하며 경쟁사를 따라잡았다. 그 사이 제품의 효율성은 더 올라갔다. 연구진은 독특한 태양전지 재료로 효율성 40%를 달성했다.

마틴 그린은 “10년 안에 대부분의 제조사가 20% 이상의 효율성을 가진 패널을 생산하고 시장주도 상품의 경우 23%까지 달할 것”이라고 밝혔다.



“솔라시티는 현대기술이 허락하는 한 최대한 멀리 나아가려 한다. 그러나 실리콘 기반 기술이 갖는 한계에 다다르고 있다.”

오설리반의 말이다. 여기에는 솔라시티가 온라인으로 소개한 태양전지 신제품도 포함된다. 그는 앞으로의 발전이 보다 가볍고 유연하며 효율성도 높고 설치비용까지 저렴한 패널을 탄생시킬 것이라고 말한다. 결국 전력생산 비용이 훨씬 더 저렴해질 거라는 얘기다.

그 때가 오면 기가팩토리에서 생산하는 태양광 패널이 현재의 중국산 상용패널 만큼 평범해 보일 수 있다.



대형 태양광 제조설비 전경(2015.12). 이 공장은 내년쯤 완전 가동할 예정이다.
(대형 태양광 제조설비 전경(2015.12). 이 공장은 내년쯤 완전 가동할 예정이다.)



그러나 그런 위험까지 부담하려는 솔라시티의 의지가 버팔로 공장을 더 대단하게 만든다. 지난 10년간 이 실리콘밸리 기업은 똑똑한 마케팅과 매력적인 가격정책으로 소비자들 사이에 가정용 태양광 발전의 인기를 이끌었다.

이제는 태양광 패널 제조를 바꾸려 한다. 성패와 상관없이 솔라시티는 다시 한 번 태양광 발전의 잠재력을 드러내 보일 것이다.



번역 김은혜

<본 기사는 테크M 제36호(2016년4월) 기사입니다>