태양광산업 가치사슬(value-chain)의 구조: 업스트림(upstream), 미드스트림(midstream), 다운스트림(downstream)

탄소중립(Net-Zero)를 향한 전세계 국가 및 기업들의 그린에너지로의 전환이 본격화되고 있습니다. 그중 오늘은 신흥 강자로 부상하고 있는 태양광 산업의 밸류체인은 어떻게 구성되어 있을지 소개해드리려 합니다. 태양광 패널은 누가 만들고, 만들어진 전력은 누가 판매권을 갖고 있으며, 어떻게 가정에까지 보급되는 것일까요?

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태양광 산업의 밸류체인은 크게 업스트림(up-stream), 미드스트림(mid-stream), 다운스트림(down-stream), 3단계로 구분됩니다. 태양광 모듈를 제조하는데 필요한 원료를 수급하는 것부터, 앤드유저(end-user)인 기업 및 개인들에게 전력을 판매하기까지의 전과정을 강이 상류에서 하류로 흐르는 것에 빗대어 표현한 것이죠.

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업스트림 단계는 원료인 폴리실리콘을 생산하고 녹여 잉곳-웨이퍼와 같은 소재 및 부품을 생산하는 과정입니다.

2017년까지만 해도 우리나라의 태양광 수출 품목 중 업스트림의 비중이 38.4%에 달했는데요. 가격 경쟁력 측면에서 중국기업들에게 밀리며 그 비중이 2020년에는 9.7%로 급감하였습니다. 중국 기업들의 과잉공급과 저가공세로 인해 수익성이 악화되자, 국내 기업들은 2020년 연달아 폴리실리콘 사업을 철수했습니다.

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미드스트림 단계는 태양광 전지와 모듈를 생산하는 과정에 해당합니다.

태양광 전지는 태양광 발전의 가장 기본이 되는 단위인 '셀(cell)'을 가리킵니다. 이러한 셀들을 전지판 형태로 가공한 것이 바로 '모듈(module)'이며, 이 모듈을 그룹/묶음 단위로 가리키는 용어가 바로 '패널(panel)', 패널들의 그룹이 '어레이(array)'에 해당합니다. 모듈과 패널은 위와 같이 구분되지 않고, 같은 의미로 사용되기도 하는 점 참고해주세요.

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태양광의 발전효율은 동일 면적에서 얼만큼의 전기량을 생산할 수 있는지에 달려있습니다. 국제재생에너지기구(IRENA)에 따르면 세계 태양광 균등화발전비용(LCOE)는 2010년 이후 10년간 최대 82% 하락했습니다. 따라서 셀의 효율과 출력을 높이는 것이 해당 단계에서의 관건인데요. 차세대 태양전지로 주목 받고 있는 것이 바로, 페로브스카이트 기반 탠덤(tandem)셀로, 이론 한계 효율*은 44%에 달하고 실제 양산시에도 약 35%에 이를 것으로 예상되어 역시 기존 셀 대비 월등히 높습니다. 꿈의 태양광전지라고 불리는 이유가 있죠? 최근 한화솔루션 큐셀 부문에서 기존 퍼크(Passivated Emitter Rear Cell, PERC)셀보다 1%p 이상 효율을 높인 탑콘(TOPCon) 셀을 2023년 4월부터 상업생산하고, 2026년 6월부터는 탠덤 셀도 양산하겠다는 기술 로드맵을 공개하여 주목을 받았습니다.

*한계효율: 어떤 자본을 새로 한 단위 추가함으로써 얻어지는 예상 수익률

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현재 국내 태양광 산업이 집중되어 있는 단계가 바로 이 미드스트림 단계입니다. 2020년 우리나라의 태양광 수출 품목을 살펴보면 무려 91.3%가 전지와 모듈입니다. 한국무역협회 국제무역통산연구원은 '글로벌 태양광 시장동향과 우리기업 진출 전략'보고서를 통해 급성장중인 태양광시장에서 경쟁력을 강화하기 위해선 미드스트임에 집중된 공급망을 확장하여 산업구조를 개선해야한다고 주장하였습니다. ​​

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다운스트림 단계에서는 발전소 및 시스템을 구축, 시공, 유지보수하고 생산된 전기를 판매합니다.

 

국내 전력 산업은 발전사가 전력을 생산하면, 한국전력공사(KEPCO)가 전력거래소(KPX)에서 전력발전소가 생산한 전력을 구입하여 송배전망을 통해 일반고객에게 수송 및 판매하는 체제로 운영되고 있습니다. 모든 전력거래가 전력시장을 통해서만 가능하여 '강제적 전력시장(Mandatory Pool)'이라고 불리우죠. 전력거래 가격은 도매일 때와 소매일 때에 따라 다른데요. 도매가(전력시장가격, SMP)는 발전기의 한계비용에 따라 365일 시간대별로 바뀌는 반면, 소매가(전기요금)는 정부에 의해 결정됩니다.

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반면, 미국 워싱턴주, 독일 등과 같은 지역 및 국가들은 전력시장이 자유화되어 있습니다. 거주 지역과 선호와 무관하게 한국전력공사에서 날라온 고지서의로 전기료를 납부해야하는 우리나라와 달리, 해당 시장의 소비자들은 직접 발전 사업자를 선정하고, 요금제도 선택할 수 있습니다.

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최근에는 사물인터넷(IoT) 기술력 등을 활용하여 디지털화하는 방안이 주목받고 있는데요. 디지털, AI와 접목한 에너지 운영 및 관리(Operation & Management, O&M) 시스템을 활용하여 소비자가 직접 생산한 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 전력소비 패턴을 분석하고 관리해주는 서비스를 제공합니다. 사용하고 남은 잉여 에너지를 저장했다가, 냉난방 등으로 에너지 사용량이 많은 에너지피크에 사용할 수 있도록 돕는 것이죠.

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에너지 장치를 생산하는 하드웨어 기업들과 소프트웨어 기술을 보유한 소프트웨어 기업간 협력 또한 늘어나는 추세입니다. 한가지 예로 삼성전자는 자사의 Smart Things Energy 서비스를 한화큐셀의 가정용 태양광 패널과 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)와 결합한 솔루션을 내놓았습니다. 이 시스템을 활용하면 가정에서 태양빛을 통해 전력을 생산하고, 사용하고 남은 잉여 전력을 외부 에너지 저장소에 임시로 모았다가 필요할때 사용할 수 있습니다. 이 태양광 난방 시스템은 가스공급 부족으로 사상 최대의 에너지난을 겪을 것으로 예상되는 유럽의 가정들에게 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

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'토탈 솔라 솔루션 기업'을 꿈꾸는 태양광 기업들

국내 태양광 기업들은 태양전지, 모듈 등 부품 생산, 즉 미드스트림 단계에 주로 전문성을 보유하고 있는데요. 고효율 태양전지를 중심으로 미드스트림을 고도화하기 위한 노력을 해외 태양광 발전소 EPC(설계, 조달, 시공) 비즈니스를 적극 추진하며 영역을 위아래로 확장하고 있습니다. 최종적으로는 태양광 산업 밸류체인을 수직계통으로 통합하여 전부 아우르는, '토탈 태양광 에너지 솔루션 기업'으로 거듭나기 위함인 것이죠.

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2020년 글로벌 신규 재생에너지 설비 중 태양광의 비중은 전체의 절반을 넘는 54%에 해당하며, 투자 규모 또한 전세계 재생에너지 투자의 44.7%(1265억 달러)를 차지하였습니다. 탄소저감에 대한 필요성과 함께 더욱 성장할 것으로 기대되는 태양광 산업, 그중 우리나라 기업들이 차지하는 파이가 고루 넓어질 수 있길 바라봅니다.