에너지저장시스템 시장과 동반 성장 전망
KISTI 산업시장분석실 선임연구원 박훈 (Tel: 02-3299-6099 e-mail: hpark78@kisti.re.kr)
| [ 요약 ] 1. 독립형 태양광 발전시스템은 설치지역에 제한을 받지 않기 때문에 주로 전력망이 보급되기 어려운 산간이나 섬 등의 격오지에 전력을 공급하기 위한 발전시스템으로 널리 사용되고 있다. |
1) 독립형 태양광 발전시스템 개요
태양광 발전시스템은 독립형 태양광 발전시스템과 계통연계형 태양광 발전시스템으로 구분된다.계통연계형 태양광 발전시스템(on-grid solar power system 또는 grid-tied solar power system)은 현재 가장 널리 쓰이고 있는 발전시스템으로 태양전지 패널(photovoltaic panels)과 AC/DC 인버터(AC/DC inverter)로 이루어져 있고, 전력망과 연결되어 있어서 가정에서 쓰고 남는 전기는 한국전력에 보내어져 판매된다. 태양전지 패널에서는 태양에너지를 이용하여 전력을 생산하고, 이를 통해 생산된 전력이 직류 형태이기 때문에 가정에서 이 전력을 사용하기 위해서는 인버터를 통해 직류 전류를 교류 전류로 변환해주어야 한다. 수 kW에서 수 GW까지 설치용량이 다양하고, 대형 발전소, 상업용, 가정용 발전시스템에 널리 적용되고 있다. 현재 발전단가는 가정용의 경우 $2.5/W 정도이고, 대형 발전소의 경우 $1.5/W 정도이다. 독립형 태양광 발전시스템에 비해 발전단가는 낮지만 전력망과 연결되어 있어야 한다는 점 때문에 설치지역에 제한이 있다.
(자료: Wholesale Solar 홈페이지, http://www.wholesalesolar.com)
<그림1> 태양광 발전시스템 개략도
<표 1> 독립형 태양광 발전시스템과 계통연계형 태양광 발전시스템의 비교
| | 독립형 태양광 발전시스템 | 계통연계형 태양광 발전시스템 |
| 구성요소 | 태양전지 패널, AC/DC 인버터, 충전조절기 (charge controller), 배터리 | 태양전지 패널, AC/DC 인버터 |
| 장점 | 시스템 설치에 공간적인 제약을 받지 않기 때문에 적용분야가 다양함. 태양광 모듈에서 생산된 전력을 배터리에 저장했다가 사용하기 때문에 전력 품질이 좋고 안정성이 뛰어남. 낮에 생산된 전력을 저장했다가 밤에 사용할 수 있어 전력 운용의 효율성을 높일 수 있음. | 배터리가 포함되어 있지 않아 상대적으로 시스템 설치 비용이 저렴함. 설치 용량에 제한없이 수 kW급의 가정용부터 수 GW급 대형 발전소까지 적용이 가능함. |
| 단점 | 배터리와 충전조절기가 추가로 설치되어야 하기 때문에 발전단가가 계통연계형 대비 높음. 배터리 수명으로 인해 배터리 교체비용이 추가로 발생함. | 발전량이 일정하지 않아 공급되는 전력의 품질과 안정성이 떨어짐. 전력계통과 연결되어야 하기 때문에 시스템 설치에 공간적인 제약이 있음. |
| 적용분야 | 격오지 가정 혹은 마을 전원 공급용, 무선기지국 전원 공급용, 가로등 전원 공급용, 캠핑카 전원 공급용, 이동용 화장실 전원 공급용 | MW급 대형 발전소, 공장 및 가정용 보조 전원 발전 장치 |
| 발전단가* | 설치규모에 따라 $2.0~$6.0/W의 분포를 보임. | 설치규모에 따라 $1.5~$2.5/W의 분포를 보임. |
독립형 태양광 발전시스템은 설치지역에 제한을 받지 않기 때문에 주로 전력망이 보급되기 어려운 산간이나 섬 등의 격오지에 전력을 공급하기 위한 발전시스템으로 널리 사용되고 있다. 또한 아프리카와 같이 전력망이 제대로 갖추어지지 않은 지역에 독립형 태양광 발전시스템이 적용되기도 한다. 그 외에 태양광 가로등, 무선기지국, 캠핑카, 이동용 화장실 등에도 독립형 태양광 발전시스템이 적용되고 있다. 발전단가는 설치용량에 따라 천차만별이지만, $2.0~$6.0/W의 분포를 보이고 있다. 계통연계형 태양광 발전시스템에서 배터리와 충전조절기가 추가되기 때문에 독립형 태양광 발전시스템의 발전단가가 계통연계형 대비 높을 수 밖에 없다.
독립형 태양광 발전시스템은 태양광에 의해 생산된 전력을 배터리에 저장했다가 발전이 어려운 밤에 사용할 수 있기 때문에 전력운용 효율이 높다. 또한, 배터리로부터 전력을 사용하기 때문에 전력 품질이나 안정성도 뛰어나다는 장점이 있다.
2) 독립형 태양광 발전시스템과 에너지저장시스템
독립형 태양광 발전시스템은 계통연계형 태양광 발전시스템과 에너지저장시스템이 결합된 형태라고 볼 수 있다. 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)이란 심야처럼 전력 수요가 적을 때 전력을 저장해 두었다가 수요가 많을 때 저장된 전력을 사용함으로써 에너지 효율을 향상시키고, 전력계통의 안정성을 높이는 시스템을 일컫는다. 에너지저장시스템에서 에너지는 통상적으로 전기에너지를 의미하기 때문에 전력저장시스템으로 쓰이기도 한다. 최근 스마트 그리드와 신재생에너지 보급 확대로 전력계통 효율화와 안정성이 강조됨에 따라 전력공급과 수요의 조절, 전력 품질 향상에 용이한 에너지저장시스템이 주목을 받고 있다.
에너지저장시스템 시장은 아직 초기 단계이지만, 신재생에너지 보급 확산 및 고품질 전력 수요 증가로 인해 빠르게 성장할 것으로 전망되고 있다. SNE 리서치에 따르면, 에너지저장시스템 시장은 2011년에 4,370MWh, 2016년에 10,729MWh, 2020년에 27,957MWh로 매년 22.9%의 성장률로 시장규모가 성장할 것으로 추정된다. 에너지저장시스템 단가는 2011년에 MWh당 $500 정도로 형성되다가 2016년에는 MWh당 $180 정도로, 2020년에는 MWh당 $120 정도로 하락할 것으로 전망된다. 에너지저장시스템 시장의 성장은 배터리 가격의 하락을 견인하게 될 것이고, 이는 결국 배터리와 충전조절기가 추가로 설치된 독립형 태양광 발전시스템 시장의 성장에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다.
3) 독립형 태양광 발전시스템 주요업체 동향
<표 2> 독립형 태양광 발전시스템 주요업체 현황
| 국내업체 | 해외업체 |
| 팅클발전소, 올텍, 로얄엔지니어링, ㈜동이에코스, 에스피데이타, 세이브솔라, ㈜ 솔라라이트, 이안테크, ㈜ 태양에너지, 이지솔라연구소, 선경테크, ㈜ 이엔이, 해그린 | Yingli solar, Trina solar, First solar, Sunpower, Hanwha Q cells, Canadian solar, Solarworld, Astronergy, Off-gridenergy, J.v.G Thoma, Wholesale solar, Wagner solar, California solar, Rainbow power company, Silicon solar, SMA solar technology, Backwoods solar electric systems, Grape solar, Apex solar, STECA, Victron energy |
독립형 태양광 발전시스템 주요업체(표 2)는 인터넷에 공개되어 있는 업체들만 정리를 하였기에, 실제 업체는 더 많을 것으로 판단된다. 국내에서는 주로 중소기업에서 독립형 태양광 발전시스템 관련 사업을 진행하고 있다. 현대중공업이나 LG전자와 같은 태양광 관련 대기업에서는 독립형 태양광 발전시스템 사업에 참여하지 않고 있다. 표 2에 언급된 대다수 국내업체에서는 수W에서 수kW에 이르는 소규모 태양광 발전시스템과 태양광 가로등을 위한 독립형 태양광 발전시스템을 판매 및 시공하고 있고, 독립형 태양광 발전시스템을 구성하고 있는 배터리, 충전조절기, 인버터 등도 함께 판매하고 있다. 이지솔라연구소에서는 캠핑카와 야외 화장실용 태양광 발전시스템도 판매하고 있다.
해외업체의 경우 국내와 달리 Yingli solar, Trina solar, First solar, Sunpower, Canadian solar와 같은 태양광 대형업체에서도 독립형 태양광 발전시스템 사업에 참여를 하고 있다. 이 중에서 Yingli solar에서는 300W에서 1.6kW에 이르는 독립형 태양광 발전시스템을 판매하고 있고, Sunpower에서는 무선기지국을 위한 독립형 태양광 발전시스템과 오일과 가스를 시추하는 해양구조물에 전력을 공급하는 독립형 태양광 발전시스템 판매 사업을 진행하고 있다. 앞에서 언급된 태양광 대형업체들은 태양광 모듈 생산과 함께 태양광 발전사업을 동시에 병행하는 업체로 판단된다. 그 이외 업체는 대부분 국내와 마찬가지로 소규모 중소기업에서 독립형 태양광 발전시스템 사업을 진행하고 있다. Wholesale solar에서는 290W에서 15kW에 이르는 독립형 태양광 발전시스템을 판매하고 있고, Solarworld와 Astronergy의 독립형 태양광 발전시스템도 같이 판매하고 있다.
현재 판매되고 있는 설치용량 한계가 15kW인 것을 감안하면, 독립형 태양광 발전시스템은 가정용, 상업용에 주로 적용되고 있다는 것을 알 수 있다. 대형 발전소에 적용되기에는 아직 배터리 관련 기술이 미성숙 단계인 것으로 판단된다. 배터리의 가격도 부담일 뿐 아니라 대량으로 설치될 때에는 장기 안정성이 검증되어야 하기 때문이다. 에너지저장시스템 시장 성장을 통해 MW급 이상의 대형발전소에 배터리가 설치되고, 실증 단계를 통해 배터리의 장기 안정성이 검증되면 독립형 태양광 발전시스템도 대형발전소에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
4) 독립형 태양광 발전시스템 시장 전망
<그림 3> 독립형, 계통연계형 세계 태양광 설치 시장 전망
단위 : GW 년도 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 CAGR 독립형 태양광 발전시스템 시장규모 5.5 7.3 9.2 11.9 14.3 16.6 18.5 20.2 22.5 25.2 27.9 17.63%
SNE 리서치에 따르면 세계 태양광 설치 시장은 2013년에 37.1GW, 2016년에 56.7GW, 2020년에는 83.3GW에 이를 것으로 전망된다. 2011년부터 2020년까지 매년 16.89% 성장하여 2020년에는 누적설치량이 565GW에 이를 것으로 전망된다. Frost&Sullivan에 의하면 세계 태양광 설치 시장 중 독립형 태양광 발전시스템 시장이 차지하는 비중은 2013년에 32%, 2020년에는 33.5%로 예측되고 있다. 계통연계형 태양광 발전시스템 대비 독립형 태양광 발전시스템의 비중이 큰 변화없이 32~33% 수준으로 유지될 때 독립형 태양광 발전시스템 시장은 전세계 태양광 설치 시장과 함께 성장할 것으로 예측된다. 에너지저장시스템 시장의 성장이 배터리 가격 하락을 견인하고, 독립형 태양광 발전의 그리드 패리티가 도달되면 독립형 태양광 발전시스템 시장 규모는 예측치를 상회하여 성장할 것으로 전망된다.
5) 전망
독립형 태양광 발전시스템은 설치용량이 수kW 이하의 소규모로 판매되고 설치되는 관계로 중소기업에 적합한 사업아이템이라고 할 수 있다. 그러나, 독립형 태양광 발전시스템 사업은 진입장벽이 낮아 시장규모가 커지면, 업체수도 증가하여 향후에 경쟁이 치열해질 것으로 예측된다. 뿐만 아니라 독립형 태양광 발전시스템의 설치용량이 MW 이상의 대형발전소에도 적용이 되면 대기업이 이 사업에 진출할 가능성이 있고, 이에 따라 기존 중소기업들의 사업영역이 위협을 받을 가능성이 크다. 독립형 태양광 발전시스템의 적용분야가 다양한 만큼 타 업체에서 판매되지 않는 적용분야 개발을 통해 중소기업이 블루오션 시장을 개척해나간다면 성공적인 사업을 위한 지름길에 들어설 수 있을 것으로 기대된다.