정부가 탈원전을 에너지 정책의 기본방향으로 삼으면서 신재생 에너지에 관심이 쏠리고 있다. 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 수력, 해양, 지열, 바이오, 폐기물, 태양열, 수열의 9가지로 분류된다. 이 가운데 태양광 발전은 일반인도 어렵지 않게 참여할 수 있는 분야여서 태양광 발전 창업이 가능하다. 태양광 발전의 이모저모를 알아본다. <편집자 주>

태양광 전도사들
지난 4월 미국의 애플사는 새로운 혁신을 세상에 선보인다. 이번에는 신제품이 아니라 신사옥이다. 캘리포니아주 쿠퍼티노의 한적한 곳에 자리잡은 애플파크는 애플의 모든 것이 한 지붕 아래 있어야 한다는 고 스티브 잡스의 여망을 담고 있다. 총면적 26만㎡에 4층 높이의 이 건물은 커다란 반지 혹은 UFO의 모습을 하고 있다. 건물 전체가 하나의 큰 원이고 모든 벽면은 유리로 되어 있어 외부와 내부의 정원을 모든 장소에서 감상할 수 있다. 건물의 내외부 구조도 눈길을 끌지만 가장 큰 혁신은 바로 옥상이다. 건물 옥상 전체를 빙둘러 설치된 태양전지판은 세계에서 가장 큰 태양전지 구조물 가운데 하나로 꼽힌다. 17메가와트(MW)의 전력을 생산할 수 있어 건물 전체가 사용하는 전력의 75%를 공급한다. 나머지 필요한 전기는 바이오연료나 천연가스를 사용하는 연료전지로 현장에서 생산한다. 공기순환도 건물의 내부와 외부를 자유롭게 통과하며 환기가 되도록 친자연적으로 설계돼 에너지 사용을 줄였다. 애플은 지난 9월 12일(현지시간) 이곳에서 애플의 스마트폰 10주년을 기념하는 작품인 아이폰X를 공개했다.
미국 네바다주의 사막 한 구석에는 세계기록을 좋아하는 한 사나이가 또 다른 기록을 일구고 있다. 엘론 머스크의 테슬라모터스가 건설하고 있는 기가팩토리다. 2014년 10월 착공된 이 공장에는 모두 50억 달러가 투입될 예정이며 오는 2020년 완공되면 총 53만㎡의 면적으로 세계 최대의 단일 생산공장이 된다. 리튬이온 전지를 생산하는 이 공장은 완공시 최대 생산 능력이 2013년 전 세계에서 생산된 물량을 웃돌 것으로 예상되고 있다.
기가팩토리의 특징은 규모에만 있는 것이 아니다. 이 큰 공장의 지붕은 모두 태양광 패널로 덮여 70MW의 전력을 생산해 낸다. 이 같은 발전량으로 공장이 소비하는 전력을 모두 충당해 외부전력 소비를 ‘0’(Zero)로 만들게 된다. 머스크는 테슬라는 최근 기가팩토리를 미국 내에 2~3개 더 건설하겠다고 발표했다.

애플 본사인 애플파크 전경

태양광 발전이란
태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술이다. 햇빛을 받으면 전기를 발생하는 태양전지를 이용한다. 태양전지(모듈)은 서로 다른 전기적 성질을 가진 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 정공(+)은 P형 반도체로, 전자(-)는 N형 반도체로 모이면서 발생하는 전위를 이용하는 것이다.
태양광을 이용한 전기발생에 대한 연구는 1800년대 초반부터 시작돼 1927년에 태양전지가 첫 개발됐고 1941년에 제품화가 이뤄졌다. 이후 1958년 미국 통신위성에 최초의 태양전지가 탑재됐다. 1970년대 오일 쇼크 이후 전 세계적으로 석유를 대체할 에너지로 태양광에 대한 관심이 급속도로 커지면서 이에 대한 연구와 상업화도 박차를 가하게 된다.
우리나라에서는 1987년에 ‘대체에너지기술 촉진법’이 만들어져 태양광을 비롯한 대체에너지 개발을 본격화하고 2002년 발전차액제도 도입, 2011년 신재생에너지 보급계획 수립, 2012년 신재생에너지공급의무화제도(RPS: Renewable Portfolio Standard) 도입 등으로 진행돼왔다.
태양광 발전 시스템은 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 대형 태양광 발전설비가 생산한 전력을 전력망을 통해 공급하는 것으로 주택용, 상업용으로 사용된다. 다른 하나는 전력망을 통하지 않고 자체 생산한 전기를 자체적으로 소비하는 소규모 시스템이다.

태양전지 단가 가파른 하락
태양광 발전에서 가장 중요한 요소는 태양 빛을 받아들이는 태양전지다. 태양전지의 효율과 단가에 따라 태양 발전의 경제성 여부가 좌우된다.
태양전지의 원료는 폴리실리콘이다. 규소에서 실리콘을 뽑아내는 과정을 통해 만들어지며 광에너지를 전기에너지로 전환시키는 성질이 있다. 폴리실리콘을 녹여 원기둥 형태의 덩어리로 만든 것을 잉곳(Ingot)이라고 하며 잉곳을 얇게 잘라 만든 원판이 웨이퍼다. 웨이퍼를 재료로 만든 최소단위의 태양전지가 셀(Cell)이며 셀을 여러 개 모아 하나의 단위로 만든 것이 모듈이다. 모듈을 여러 개 모으면 우리가 알아볼 수 있는 태양전지 패널이 만들어 진다.
태양전지의 효율성은 최초의 태양전지가 제품화됐을 때의 1%에서 최근에는 15~20%로 향상됐다.
태양전지 소재의 생산 가격은 크게 낮아지고 있어 태양광 발전이 경제성을 확보하는데 다가가고 있다.
1차 소재인 폴리실리콘 판매가격은 2010년 1Kg당 40~60달러였던 것이 2016년에는 12~15달러로 뚝 떨어졌다. 6인치 웨이퍼는 개당가격이 같은 기간 3.7달러에서 0.9달러로, 셀 가격은 와트당 0.86달러에서 0.36달러로, 모듈 가격은 와트당 1.28달러에서 0.77달러로 하락했다. 모듈은 태앙광발전시스템을 설치하는 데 들어가는 비용의 60% 이상을 차지하는 핵심부품으로 에너지경제연구원은 오는 2030년까지 모듈가격은 0.42달러까지 떨어질 것으로 전망했다. 그러나 모듈 가격 하락 속도는 이 같은 예상보다 더 빨라 올 상반기에 0.5달러에서 안정세를 유지하고 있으며 올 하반기에는 기술 발전과 공급과잉 현상 등으로 인해 0.4달러로까지 하락할 것으로 한국수출입은행은 내다봤다.

태양광 발전, 경제적인가
태양광 발전이 미세물질도, 소음도, 유해가스도 배출하지 않는 친환경 발전이고 자원도 무한하다는데 이의를 다는 사람은 없다. 다만 현재 시점에서 석탄, 석유 등 다른 에너지원에 비해 경제성이 있는가 여부가 태양광 발전 도입의 관건이 된다. 태양광을 비롯한 신재생에너지는 설비비용이 많이 들어가 통상 에너지 단위당 단가가 원자력이나 화석연료보다는 비싸다. 그러나 독일을 비롯한 일부 선진국은 신재생 에너지 발전단가가 화석연료 단가와 같은 ‘그리드 패리티’를 달성했거나 거의 도달했다. 
올해 1분기 주요국의 에너지원별 평균 발전 단가를 보면 독일과 영국은 태양광발전 단가가 석탄 단가보다 싸고 미국은 유사한 수준이다. 이는 태양광 발전을 위한 시스템 단가가 빠르게 하락하고 있기 때문이다. 지난 2010년 와트당 3.5달러였던 시스템 가격이 올해에는 전년대비 10% 이상 하락해 1달러를 달성할 것으로 예상되고 있다. 태양광 시스템 단가는 오는 2025년에 0.7달러로 떨어질 전망이다. 지난해 전망치로는 태양광 시스템 단가가 오는 2020년에 가서야 1달러를 달성할 것으로 예상했지만 달성시기가 3년 빨라진 것이다.

태양광 시스템 가격현황 및 전망

2017년 1분기 기준 주요국 에너지원별  평균 발전단가 현황

이에 따라 미국의 경우 현재 67달러/MWh인 태양광 발전 단가는 2025년에 30달러, 2040년에는 10달러 대로 하락할 것으로 예상되고 있다.
우리나라의 경우 2010년 KWh 당 500원을 넘었던 태양광 발전 단가가 매년 20% 이상씩 하락하고 있어 2023년 경에는 50~60원 수준으로 떨어질 것으로 전망되고 있다.

정부, 미래 에너지 신산업 육성
정부는 그 동안의 에너지 정책이 경제성에만 치중한 나머지 화석연료에 대한 의존도가 지나치게 높고 반면 신재생 에너지 보급은 너무 낮다고 판단하고 있다. 지난 2015년 기준 재생에너지 발전비중은 독일 29.2%, 영국 24.8%, 일본 16.0%, 미국 13.2% 등인데 반해 우리나라는 1.9%에 불과하다. 이에 따라 정부는 오는 2030년까지 전체 발전량의 20%를 재생에너지로 공급하고 이 중 태양광 및 풍력 비중을 지난해 38%에서 2030년에는 80%로 대폭 늘리겠다고 밝혔다.
또 미래 에너지 신산업을 적극 육성해 창업과 일자리 창출을 유도한다는 방침이다. 신재생 전력을 소비자가 직접 판매하고 IoE(Internet of Energy) 기반 에너지 관리 등 새로운 에너지 서비스를 창출한다는 계획이다. 이 같은 에너지 신산업 육성을 통해 오는 2022년까지 신재생 에너지 분야에서 4만6,000개, 에너지신산업에서 2만8,000개 등 모두 7만7,000개의 일자리를 만들 것으로 기대하고 있다.
이같은 정부 정책에 힘입어 국내 태양광 시장은 성장 속도가 빨라질 전망이다. 신재생 에너지 의무공급비율 상향, 농지태양광 허가, 소규모 태양광 발전 보급 확대 등 우호적인 정책이 시행될 가능성이 높아졌다. 올해 태양광 설치량은 약 1GW가 되고 내년에는 이보다 20% 증가한 1.2GW가 될 것으로 전망된다.

국내 태양광 설치량 현황 및 전망

태양광 발전 사업 창업하려면
지난 8월 산업통상자원부는 주민참여형 신재생에너지산업을 강화하고 주택과 아파트, 학교 등 자가용 태양광 보급지원을 대폭 늘리겠다고 발표했다. 아울러 민간 발전사업자에 대한 규제를 완화하겠다고 밝혀 민간의 참여(창업)가 늘어날 것으로 보인다.
민간사업자는 자신의 땅이나 건물에 태양광 발전시스템을 설치해 전기를 생산하고 이를 한국전력에 고정가격으로 판매하거나 REC(신재생에너지 공급인증서) 거래를 통해 이익을 내게 된다. 최근 예상 수익률은 8% 수준으로 은행 정기예금 금리의 4배가 넘는다. 그러나 태양광 발전사업은 최소 1억 원 이상의 거액을 투자해야 하는 만큼 신중한 결정이 필요하다.
태양광발전 사업을 하려면 첫 번째로 태양광 발전 시스템 설치장소를 결정해야 한다. 넓고 평평한 개활지가 가장 좋지만 강수량 등 기후와 기상 여건도 고려해야 한다. 또한 한전의 계통연계 용량 확인이 꼭 필요하다. 용량이 이미 가득 찬 곳에는 설치를 해도 전기를 판매할 수 없기 때문이다. 따라서 한전에 사전 확인하는 것이 필요하다. 이밖에 군사보호지역, 문화재보호구역 여부도 알아보고 토지용도도 파악해야 한다.
둘째는 수익성 분석이다. 설치장소가 본인 소유가 아니라면 구입비나 임대료 등을 설치비와 함께 고려한다. 설치장소의 형태와 크기도 수익성에 영향을 주므로 스스로 계산하기 보다는 전문업체의 도움을 받는 것이 필요하다. 그 다음 단계는 전문시공업체들로부터 실제 견적을 받아보고 시공할 업체를 선정한다. 에너지관리공단 신재생에너지센터가 지정한 전문시공기업을 참조하는 것이 좋다. 견적을 받을 때에는 제품에 대한 정보도 최대한 요구하도록 한다. 제품에 따라 가격과 품질 차이가 많이 나므로 무조건 싼 제품을 선택하는 것은 바람직하지 않다. 에너지관리공단의 인증제품 정보를 활용한다.
전력사업자가 아니라 자가 사용을 목적으로 태양광 시스템을 설치할 수 있다. 서울시는 아파트 베란다에 설치하는 260W 용량의 소형 태양광 발전소 보급사업인 ‘태양광 미니 발전소’를 진행하고 있다. 정부보조금과 서울시 지원금 등의 혜택이 있어 자체 부담금은 9만5,000원 가량이다. 주택의 지붕에는 3KW의 중급용량 발전소를 주로 설치한다. 전기료 절감비율은 80% 이상인 것으로 나타나고 있다. 태양광과 도시농업, 빗물저금통을 융합한 형태의 ‘태양광빗물텃밭’ 제품을 개발한 녹색드림협동조합 등이 보급사업을 하고 있다.