[일본] 태양광 발전섬유 개발로 1인 발전소 시대 노린다

실리콘계 태양전지의 부피와 무게 단점 보완 제품 등 개발이 활발

태양광 발전섬유를 이용한 의복 및 오피스 빌딩 창문 등 시장은 무궁무진

 

 

 □ 구상(球狀) 태양 전지를 사용한 태양광 발전실로 만든 천 개발, 1인 발전소시대 도래

 

  ㅇ '후쿠이현 공업기술센터'는 실리콘을 기존과 달리 평면이 아닌 구상으로 가공함으로써 1.2㎜의 구상 태양 전지를 개발했다.

    - 위아래에 플러스, 마이너스 극의 구상 태양 전지를 2개의 도전선에 끼워 태양광 발전실을 제작, 금속섬유와 동등한 도전성을 지니며 천으로 가공할 수 있는 굴곡성·신장성을 확보했다.

    - 태양광 발전실과 범용 섬유를 섞어 만든 천은 자유자재로 굽힐 수 있는 것이 특징이며, 다양한 방향에서 빛을 받아 발전 가능한 것이 장점이다.

 

태양광 발전실의 구조

자료원: 닛케이 비즈니스

     

태양광 발전실을 사용해 만든 '후쿠이현 공업기술센터' 옷감

자료원: 상동

  

  ㅇ 실 형태로 가공함으로써 용도는 더욱 확대될 전망, 스마트 의류 개발 및 IoT 환경 조성에 필요한 센서 전원으로서도 활용 가능하다.

    - 태양광 발전실을 사용하면 재해 시 침낭 및 이불에 포함된 발전실에 의해 발전된 전기로 휴대전화 충전 등도 가능할 것으로 예상된다.

    - 발전량은 태양광 발전실이 짜여진 밀도에 의해 정해지며일반적인 태양광 패널의 1/4 정도 효율이다.

    - 운동화 브랜드 아식스와 공동으로 신발 앞부분이 빛나는 운동화를 개발하는 등패션 업계 등과의 공동개발 움직임 활발하다.

     

□ 태양 전지 시장, 실리콘계가 90%를 차지하며 향후 유기계로 확대될 전망

 

  ㅇ '후지 경제연구소'에 따르면, 2014년에 약 3조8천억 엔 이었던 태양 전지모듈 세계 시장 규모는 2030년에 약 6조1천억 엔으로 확대될 전망이다.

    - 현재 시장의 90% 이상을 차지하는 것은 실리콘계인 반면, 향후 유기계의 점유율이 높아질 것으로 예상된다.

 

태양 전지의 종류 및 계통

자료원: 닛케이 비즈니스

 

  ㅇ 소재에 따라 분류되는 태양전지 중가장 많이 보급된 결정 타입의 실리콘계가 시장의 약 90%를 차지하나, 무겁고 부피가 큰 한계가 존재한다.

    - 실리콘 태양전지는 자체의 무게와 내구성을 위한 강화유리 사용으로 1㎡당 10~20kg에 달하며, 쉽게 굽힐 수 없다는 난점이 있어 설치 장소가 한정된다는 것이 단점이다.

 

  ㅇ 업계에선 크기, 무게 등의 한계를 극복할 수 있는 새로운 태양 전지 개발 경쟁이 활발하며 그 중 유기계가 주목받고 있다.

    - 유기 박막계의 경우 반도체의 성질을 지닌 유기재료를 복수 층으로 도포해 제조하는 방식으로, 재료에 따라 가볍고굽힐 수 있는 장점이 있으며 장래엔 실리콘계보다 저렴하게 제조 가능할 전망이다.

     

□ 실리콘 소재가 아닌, 접고붙일 수 있는 태양전지 개발도 속속

 

  ㅇ '스미노에 직물'은 도쿄공업대학 등과 공동 연구를 통해 2016년 3월 실리콘을 사용하지 않은 태양광 발전섬유를 개발했다.

    - 유기 박막계 태양 전지의 일종으로, 마이너스 극이 될 금속제 심재 주위에 표면 정기 상태를 정돈해주는 소재를 도포 후 활성층(발전부분), 플러스 극이 될 투명전극층을 차례로 도포해 완성하는 구조이다.

    - 빛이 활성층에 닿으면 심재와 전극층에 전기가 흐르는 구조. 실의 굵기는 0.25㎜로 머리카락 2개와 같다.

    - '스미노에 직물'은 자사 커튼 등에 활용하는 방법을 검토 중이며,신소재 개발 등을 해 2019년 양산화를 목표로 한다.

 

  ㅇ '미쓰비시 케미컬 홀딩스' 산하 '미쓰비시 화학'은 2015년 투명한 필름에 유기재료를 도포한 '시스루 발전 필름'을 개발,창문에 붙이는 새로운 태양 전지를 발표했다.

    - 독자 개발한 유기 재료를 얇고 균일하게 도포할 때 광디스크 제조기술을 응용해 2016년에 변환 효율을 6%까지 상승시켰다.

    - 실리콘 결정을 사용한 태양 전지의 1/50에 해당하는 0.4kg 정도의 무게가 장점이며, 굽힐 수 있어 오피스 빌딩 및 자동차 창문에도 사용가능할 것으로 예상된다.

     

□ 시사점

 

  ㅇ 현재 일본에서는 종래의 상식을 뒤집는 가볍고 유연성이 풍부한 태양광 섬유전지가 잇달아 등장하고 있다.

    - '후쿠이현 공업기술센터'를 필두로 '미쓰비시 화학', '스미노에 직물'등이 태양광 섬유전지를 개발했다.

    - 태양광으로 발전하는 유연하고 가벼운 옷감이 개발되면, 많이 걷는 도시 소비자를 주 고객으로 삼는 패션기업을 중심으로 신규 참여가 늘어날 전망이다.

    - 심박수 등을 측정할 수 있는 '스마트 의류'를 개발하는 데 있어 IoT와 연계한 센서 전원으로서 활약 등이 기대된다.

 

  ㅇ 의복 제작을 위한 태양 전지 개발은 아직 시작 단계로 가능성이 무궁무진함.일본 기업의 신규 참여는 더욱 활발해질 것으로 보이므로 우리 기업도 일본 기업의 개발 동향을 참고해 대처할 필요가 있다.

    - '접히는'태양광 섬유 전지로 인해 옷, 커튼 등 주위의 모든 물건에서 발전이 가능해지므로 1인 발전소 시대가 도래할 전망이다.

    - 일본뿐 아니라, 중국 기남대학 등에서도 태양광 발전 섬유 개발이 활발하게 이루어지고 있어 시장 또한 확대될 것으로 예상된다.

  

 

자료원: 닛케이비즈니스, 산케이비즈 및 KOTRA 도쿄 무역관 자료 종합 

 

[출처 = KOTRA GlobalWindow(http://news.kotra.or.kr) / 2017년 5월 12일]