오늘날 전 세계의 옥상, 들판, 사막을 덮고 있는 대부분의 태양광 패널은 결정질 실리콘이라는 동일한 재료를 사용합니다. 폴리실리콘 원료로 만들어진 이 소재는 웨이퍼 형태로 성형되어 태양 전지에 연결되는데, 이 태양 전지는 햇빛을 전기로 변환하는 장치입니다. 최근 이 단일 기술에 대한 업계의 의존도는 상당한 부담으로 작용하고 있습니다. 공급망 병목 현상속도가 느려지고 있다전 세계적으로 새로운 태양광 설비가 설치되고 있습니다. 중국 신장 위구르 자치구의 주요 폴리실리콘 공급업체 —위구르족을 강제노동에 동원한 혐의— 미국 무역 제재를 받고 있습니다.
다행히 결정질 실리콘만이 태양 에너지를 활용하는 데 도움이 되는 유일한 물질은 아닙니다. 미국에서는 과학자들과 제조업체들이 텔루르화 카드뮴을 이용한 태양 전지 기술의 생산 확대를 위해 노력하고 있습니다. 텔루르화 카드뮴은 "박막" 태양 전지의 한 종류이며, 이름에서 알 수 있듯이 기존 실리콘 전지보다 훨씬 얇습니다. 오늘날 텔루르화 카드뮴을 사용하는 패널은약 40%를 공급하다미국 유틸리티 규모 시장의 약 5%, 그리고 세계 태양광 시장의 약 5%를 점유하고 있습니다. 그리고 이들은 태양광 산업 전체가 직면한 역풍으로부터 수혜를 입을 것으로 예상됩니다.
에너지 컨설팅 그룹 우드 맥켄지의 태양광 리서치 애널리스트 켈시 고스는 "특히 결정질 실리콘 공급망 전체가 매우 불안정한 시기입니다."라고 말했습니다. "내년에는 텔루르화 카드뮴 제조업체들이 시장 점유율을 확대할 잠재력이 매우 큽니다." 특히 텔루르화 카드뮴 부문이 이미 성장하고 있기 때문에 더욱 그렇습니다.
6월에 태양광 제조업체 First Solar는 다음과 같이 말했습니다.6억 8천만 달러를 투자하다오하이오 북서부에 세 번째 카드뮴 텔루라이드 태양광 공장이 들어섰습니다. 2025년 완공되면 이 회사는 이 지역에서 6기가와트 규모의 태양광 패널을 생산할 수 있게 됩니다. 이는 약 100만 가구에 전력을 공급할 수 있는 양입니다. 오하이오에 본사를 둔 또 다른 태양광 회사인 톨레도 솔라(Toledo Solar)는 최근 시장에 진출하여 주택용 옥상용 카드뮴 텔루라이드 패널을 생산하고 있습니다. 그리고 지난 6월, 미국 에너지부와 산하 국립 재생에너지 연구소(NREL)는2000만 달러 규모의 프로그램을 시작했습니다텔루르화 카드뮴에 대한 연구를 가속화하고 공급망을 확대하기 위한 것입니다. 이 프로그램의 목표 중 하나는 미국 태양광 시장을 세계적인 공급 제약으로부터 보호하는 것입니다.
NREL과 First Solar(이전 명칭 Solar Cell Inc.)의 연구원들은 1990년대 초부터 협력하여 개발해 왔습니다.텔루르화 카드뮴 기술카드뮴과 텔루르화물은 각각 아연 광석 제련과 구리 정련의 부산물입니다. 실리콘 웨이퍼는 전선으로 연결되어 전지를 만드는 반면, 카드뮴과 텔루르화물은 다른 전기 전도성 물질과 함께 유리판에 머리카락 굵기의 약 1/10 정도의 얇은 층으로 도포됩니다. 현재 세계 최대 박막 제조업체인 퍼스트솔라는 45개국에 태양광 패널을 공급해 왔습니다.
NREL 과학자 로렐 맨스필드는 이 기술이 결정질 실리콘에 비해 몇 가지 장점을 가지고 있다고 말했습니다. 예를 들어, 박막 공정은 웨이퍼 기반 방식보다 재료 사용량이 적습니다. 박막 기술은 배낭이나 드론을 덮거나 건물 외벽과 창문에 통합되는 것과 같은 유연한 패널에 사용하기에도 적합합니다. 중요한 것은 박막 패널이 고온에서 더 나은 성능을 발휘하는 반면, 실리콘 패널은 과열되어 발전 효율이 떨어질 수 있다는 점이라고 그녀는 덧붙였습니다.
하지만 결정질 실리콘은 평균 효율(패널이 흡수하여 전기로 변환하는 태양광의 비율) 등 다른 측면에서 우위를 점하고 있습니다. 역사적으로 실리콘 패널은 텔루르화 카드뮴 기술보다 효율이 더 높았지만, 그 격차는 줄어들고 있습니다. 오늘날 산업적으로 생산되는 실리콘 패널은18~22퍼센트First Solar는 최신 상업용 패널의 평균 효율이 18%라고 보고했습니다.
그럼에도 불구하고 실리콘이 세계 시장을 장악한 주된 이유는 비교적 간단합니다. "결국 비용 때문입니다."라고 고스는 말했습니다. "태양광 시장은 가장 저렴한 기술에 의해 주도되는 경향이 있습니다."
결정질 실리콘은 1와트(W)당 약 0.24달러에서 0.25달러의 비용이 들며, 이는 다른 경쟁사보다 저렴하다고 그녀는 말했습니다. First Solar는 더 이상 자사의 카드뮴 텔루라이드 패널 생산 비용을 공개하지 않고 있으며, 2015년 이후 비용이 "상당히 감소"했다고만 밝혔습니다.와트당 $0.46의 비용이 보고됨— 그리고 매년 계속 감소하고 있습니다. 실리콘 가격이 상대적으로 저렴한 데에는 몇 가지 이유가 있습니다. 컴퓨터와 스마트폰에도 사용되는 원자재 폴리실리콘은 카드뮴과 텔루르화물보다 더 널리 공급되고 저렴합니다. 실리콘 패널 및 관련 부품 공장이 확장됨에 따라 이 기술의 제작 및 설치 비용이 전반적으로 감소했습니다. 중국 정부는 또한지원 및 보조금 지급국가의 실리콘 태양열 부문은 너무나 많습니다.약 80퍼센트현재 전 세계 태양광 제조 공급망의 3분의 1이 중국을 통해 이어져 있습니다.
패널 가격 하락이 전 세계 태양광 붐을 주도했습니다. 지난 10년 동안 전 세계 태양광 설비 총 용량은 2011년 약 7만 4천 메가와트에서 2020년 약 71만 4천 메가와트로 거의 10배 증가했습니다.~에 따르면국제 재생에너지 기구(IREA)에 따르면 미국은 전 세계 재생에너지의 약 7분의 1을 차지하며, 태양광 발전은 현재가장 큰 소스 중 하나매년 미국에 설치되는 새로운 전기 용량의 양.
마찬가지로, 텔루륨 카드뮴과 기타 박막 기술의 와트당 비용도 제조가 확대됨에 따라 줄어들 것으로 예상됩니다.First Solar는 다음과 같이 말합니다.(오하이오에 새로운 시설이 문을 열면 회사는 전체 태양광 시장에서 와트당 가장 낮은 비용을 제공할 것입니다.) 하지만 비용이 중요한 지표는 아닙니다. 업계의 현재 공급망 문제와 노동력 문제가 분명히 보여주고 있습니다.
First Solar의 CEO인 Mark Widmar는 회사가 계획한 6억 8천만 달러 규모의 확장은 자급자족형 공급망을 구축하고 미국 태양광 산업을 중국과 "분리"하기 위한 더 큰 노력의 일환이라고 말했습니다.카드뮴 텔루라이드 패널은 폴리실리콘을 사용하지 않지만, First Solar는 해상 운송 산업의 팬데믹으로 인한 적체와 같은 업계가 직면한 다른 어려움을 느꼈습니다.4월에 First Solar는 투자자들에게 미국 항구의 혼잡으로 아시아 공장의 패널 선적이 지연되고 있다고 말했습니다.Widmar는 미국 생산량 증가로 회사가 화물선이 아닌 도로와 철도를 이용하여 패널을 운송할 수 있게 될 것이라고 말했습니다.또한 회사의 기존 태양광 패널 재활용 프로그램을 통해 재료를 여러 번 재사용할 수 있어 해외 공급망 및 원자재에 대한 의존도를 더욱 줄일 수 있습니다.
First Solar가 패널을 대량 생산하는 동안, 회사와 NREL의 과학자들은 텔루르화 카드뮴 기술을 계속해서 시험하고 개선하고 있습니다. 2019년에 파트너사들은새로운 접근 방식을 개발했다이는 더 높은 효율을 달성하기 위해 박막 소재에 구리와 염소를 "도핑"하는 것을 포함합니다. 이달 초, NREL은결과를 발표했다콜로라도주 골든에 있는 옥외 시설에서 25년간 현장 테스트를 진행한 결과, 12개의 카드뮴 텔루라이드 패널로 구성된 배열이 원래 효율의 88%로 작동하고 있었습니다. 이는 20년 넘게 옥외에 방치된 패널로서는 매우 뛰어난 결과입니다. NREL 발표에 따르면 이러한 성능 저하 현상은 "실리콘 시스템의 성능 저하와 유사합니다."
NREL 과학자인 맨스필드는 결정질 실리콘을 텔루르화 카드뮴으로 대체하거나 한 기술이 다른 기술보다 우수하다는 것을 입증하는 것이 목표가 아니라고 말했습니다. "시장에는 이 모든 기술이 자리 잡을 수 있는 곳이 있으며, 각 기술은 고유한 용도를 가지고 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. "우리는 모든 에너지가 재생 에너지원으로 공급되기를 바라기 때문에, 이러한 과제를 해결하기 위해서는 다양한 기술이 모두 필요합니다."
게시 시간: 2021년 9월 17일