태양광 차단 유리 - 잊혀진 부품 - 다음 병목 현상은 불가피합니다

태양광 발전의 전체 가치 사슬을 논의할 때, 태양 전지 다음으로 무게가 가장 많이 나가는 구성 요소인 태양광 유리(solar glass)는 항상 간과됩니다. 에너지 전환을 실현하기 위한 기가와트급 태양광 모듈 생산에 필요한 대량의 태양광 유리를 조달하는 데 따르는 문제점을 다룬 연구는 지금까지 제가 아는 한 없습니다.

EU는 이러한 요소를 무시함으로써 중국에 대한 위험한 의존 상태에 빠지고 있습니다

유럽의 태양광 모듈 생산량은 세계적 규모에서 여전히 미미하며, 중국에 대한 의존도는 위험합니다. 독일과 EU는 이러한 상황을 획기적으로 바꾸고 유럽의 생산 능력을 확대하고자 합니다. 하지만 이러한 계획에 태양광 유리 조달 또한 포함된다는 사실은 종종 간과됩니다. 그럼에도 불구하고 태양광 산업은 이미 여러 문제에 직면해 있습니다.

예를 들어 슬로바키아의 아고라 솔라는 150MWp급 모듈 생산 라인 가동을 준비하고 있습니다. 그러나 가장 무거운 부품인 태양광 유리 조달에 어려움을 겪고 있습니다. 유럽과 인도의 태양광 유리 제조업체들은 현재의 가스 부족 사태로 인해 견적서를 제출하지 않거나 철회했습니다.

중국은 태양광 모듈 생산에 태양광 유리가 필수적이기 때문에, 야심찬 태양광 발전 확대 목표를 달성하기 위해서는 막대한 양의 유리가 필요하다는 점을 고려하여 종합적인 접근 방식을 취하고 있습니다. 이러한 이유로 독일 기업 그렌체바흐(Grenzebach)는 2020년 일찌감치 중국으로부터 태양광 시장 전용 유리 인발 라인 160대 이상을 수주했으며(Solarserver, 2021년 5월 21일), 현재까지 납품을 완료했습니다. 유럽에는 이러한 라인이 극소수에 불과하며, 이러한 격차를 해소할 계획은 아직 알려지지 않았습니다. 독일은 소르그(Sorg)와 호른(Horn) 같은 세계 시장 선도 기업들을 통해 세계 최고 수준의 유리 용융 기술을 보유하고 있습니다. 프랑스와 영국에도 우수한 공급업체가 있으며, 오스트리아의 리섹(Lisec)은 코팅 및 경화 분야에서 최고의 시스템을 제공합니다. 하지만 이러한 태양광 시스템은 유럽이 아닌 중국에 공급되고 있습니다.

이러한 상황이 지속되지 않을 것이라는 점은 특허 통계에서 분명히 드러납니다. 1,000건이 넘는 중국 특허는 유럽의 극히 소수의 특허와는 극명한 대조를 이룹니다. 중국은 이 분야에서 기술적 선두주자이며, 미래에는 생산 설비 제조를 주도하겠다는 목표를 가지고 있습니다.

태양광 유리 공장 건설은 최적 규모의 생산 라인(24시간 300톤 용융 용량)을 구축하는 데 최대 1억 유로에 달하는 막대한 투자가 필요합니다. 에너지 소비량(가스 80%)과 이산화탄소 및 질소산화물 배출로 인한 상당한 환경 영향 때문에 상당한 계획 수립과 장기간의 인허가 절차가 요구됩니다. 따라서 태양광 유리 생산 시설의 계획 단계부터 가동까지 3~4년이 소요됩니다. 이는 태양광 모듈 생산 라인의 경우 6~10개월 정도 걸리는 것과 비교하면 매우 긴 시간입니다.

현재 태양광 유리 제조 기술은 용융 공정에 80%의 가스를 사용해야 하므로 24시간 365일 100% 안정적인 가스 공급이 필수적입니다.

일각에서는 태양광 유리 생산에 중국산 제품을 구매해야 한다고 주장할 수도 있습니다. 그러나 이는 유럽 내 공급망 확보와 유럽 생산을 통한 물류 비용 절감이라는 유럽 중심의 주장을 약화시키고, 이미 심각한 수준인 중국 의존도를 더욱 악화시킬 뿐입니다. 또한, 중국의 생산 시설이 열악한 정치·환경적 환경에서 운영된다는 점도 중요한 문제입니다. 특히 신장 위구르 자치구에는 위구르족 탄압이 자행되고 있는데, 유리가 표준 태양광 모듈 무게의 최대 80%를 차지하는 만큼, 유리를 운송하는 데 드는 비용과 시간은 완제품 모듈을 운송하는 것만큼이나 막대합니다.

"새로운 유럽 태양광 산업"의 확장 목표는 거대하며, 최근 우크라이나 전쟁을 계기로 크게 상향 조정되었습니다. 대부분의 경우 생산 능력 확장은 실리콘에서 웨이퍼, 셀, 모듈 생산에 이르기까지 전체 가치 사슬을 따라 이루어질 예정입니다. 그러나 이상하게도 이 목록과 기가와트급 공장 건설 계획에서 한 가지 중요한 요소가 일관되게 빠져 있습니다. 바로 모든 모듈의 99%에 필수적인 태양광 유리입니다. 이 필수 요소는 유럽에서 충분히 공급되지 않고 있습니다. 다음은 이를 뒷받침하는 논거입니다

1. 초백색 태양광 유리는 주로 롤링 공정을 사용하여 표면이 거친 유리로 제조됩니다. 특수 성형 롤러가 유리의 양면에 두께에 맞는 미세 구조를 형성합니다. 이 구조는 유리 내부의 반사를 대부분 유지하여 높은 투과율을 제공합니다. 기존의 평판 유리 생산 방식은 태양광 유리에는 적합하지 않습니다.
2. 현재 유럽에서 생산된 태양광 유리를 사용하면 최대 약 3~4기가와트 규모의 모듈을 생산할 수 있습니다. 2021년까지는 유리의 일부를 인도와 몇몇 다른 국가에서 수입했습니다. 그러나 인도는 자국의 대규모 태양광 발전 계획에 필요한 유리를 자국에서 조달해야 합니다. 따라서 유럽 최대 태양광 유리 공급업체인 인터플로트(Interfloat)와 그 자회사인 브란덴부르크 주 체르니츠(Tschernitz)의 GMB 유리 제조 공장이 2022년 4월 인도 시장 선두 기업인 보로실(Borosil)에 매각된 것은 주목할 만한 사실입니다(PV Magazine, 2022년 4월 25일). 해당 생산 시설이 안정적인 가스 공급에 전적으로 의존한다는 점을 고려할 때, 업계 전문가들은 이러한 매각 결정에 놀라움을 표했습니다. 러시아 가스 공급 차질 위험 외에도, 현재의 가스 가격으로는 생산 비용을 충당하기 위해 생산된 태양광 유리를 비현실적으로 높은 가격에 판매해야만 가능하기 때문입니다. 보로실은 아마도 시장 진출에 더 관심이 있었을 것입니다. 특히 용해로의 "냉간 수리"에 약 3년 안에 약 3천만 유로의 비용이 발생할 것으로 예상되는 상황이기 때문입니다. 보로실은 2025년까지 생산 능력을 하루 총 2,600톤으로 늘릴 계획입니다. 하지만 이 중 450톤이 실제로 브란덴부르크에서 생산될지는 의문입니다. 설령 이 정도 양이라 하더라도 약 2.5GW 규모의 모듈 생산에만 충분할 것입니다.
3. EU가 발표한 확장 목표는 2030년까지 유럽의 태양광 모듈 생산 능력을 최대 30GW까지 늘리는 것을 전제로 합니다. 이러한 목표는 러시아의 우크라이나 침공 이후 더욱 상향 조정되었습니다. 모듈 효율이 향상된다 하더라도, 이는 2021년 대비 2030년 태양광 유리 수요를 거의 10배 가까이 증가시킬 것입니다. 현재로서는 태양광 유리 생산 설비 확충 계획이 없는 상황에서 이러한 수요를 어떻게 충족할 것인지에 대한 의문이 제기됩니다.
4. 유리 생산에는 막대한 에너지가 투입되는데, 그중 80%는 천연가스로 충당해야 합니다. 생산 공정은 유연성이 부족하여 용해로는 연중무휴 24시간 가동되어야 합니다. 2020년 가스 가격이 메가와트시(MW)당 약 6유로였던 점을 고려하면, 에너지 비용은 생산 비용의 약 35%를 차지했습니다. 3월 7일에는 네덜란드 선물거래소(TTF)에서 메가와트시당 211유로라는 최고가를 기록했습니다. 이후 이 최고가는 87유로(2022년 5월 27일)까지 하락했지만, 향후 몇 년 안에 메가와트시당 50유로 아래로 떨어질 것이라는 전망은 여전히 ​​유력합니다.
5. 유럽의 태양광 유리 생산에 미치는 영향은 쉽게 계산할 수 있습니다. 2020년 평방미터당 에너지 비용이 약 2유로였던 것을 고려하면, 6배 증가할 경우 12유로가 됩니다. 그러면 유리 가격은 평방미터당 약 7.80유로(2021년)에서 21.50유로로, 또는 모듈당 14유로에서 1.8평방미터 모듈당 거의 39유로로 상승할 것입니다. 그러나 이 계산은 공급 차질이나 금수 조치가 발생할 경우 훨씬 더 큰 폭의 가격 상승을 고려하지 않았습니다. 따라서 중유럽의 천연가스 연소식 태양광 유리 용광로는 더 이상 경제성이 없으며, 신규 투자 승인 가능성도 없습니다.
6. 가능한 대안으로 소위 하이브리드 용광로가 검토되고 있습니다. 유리 생산에 있어 하이브리드 기술은 매우 유망합니다. 최대 80%의 전기와 20%의 가스를 사용하여 최대 16%의 에너지 절감과 80%의 CO2 배출량 감축이 가능합니다(Sorg사 발표 자료 기준 - www.sorg.de). 그러나 이러한 기술은 주로 용기용 유리 생산을 위해 개발되었으며, 현재 이 기술을 사용하는 산업 규모의 생산 시설은 가동 중이지 않다는 점에 유의해야 합니다.

2022년 4월 초 발표된 에넬의 시칠리아 3GWp 모듈 생산 공장에 필요한 1,200만 제곱미터의 태양광 유리가 어디에서 공급될지 주목할 만합니다. 이 공장에는 하루 200톤의 용융 용량을 갖춘 태양광 유리 생산 라인 두 개가 필요합니다. 에넬은 유럽연합 집행위원회로부터 1억 1,800만 유로의 보조금을 받아 시칠리아에 있는 기존 200MW급 셀 및 모듈 공장을 2024년까지 3MW급으로 확장할 계획입니다. 이는 태양광 산업 전체 가치 사슬에 대한 투자입니다. 태양광 유리는 다시 한번 소외된 부품이 될 것입니다.

더욱 놀라운 것은 또 다른 보도 자료입니다(포톤 뉴스레터, 2022년 4월 21일): 프랑스 로슈라몰리에르에 위치한 스타트업 카본 SAS가 프랑스 ACI 그룹과 파트너십을 체결했다고 발표했습니다. ACI는 카본이 프랑스에 완전 통합형 태양광 공장을 건설하려는 계획을 실현하는 데 지원할 예정입니다. 모듈 생산은 2024년에 500메가와트 규모로 시작될 예정이며, 이후 2025년까지 5기가와트, 2030년까지 15~20기가와트로 증설될 계획입니다. 카본은 잉곳 생산부터 웨이퍼, 셀(IBC 및 TOPCon) 생산에 이르기까지 전체 가치 사슬을 아우를 계획이라고 밝혔습니다.

러시아의 우크라이나 침공은 유럽의 에너지 안보 문제를 심각하게 부각시켰습니다. 솔라파워 유럽(SolarPower Europe)에 따르면, "유럽 전역의 에너지 독립성을 강화하는 한 가지 방법은 태양광 발전 보급을 가속화하고 생산 기반을 개선하는 것"입니다.

유럽연합 집행위원회 관계자는 2022년 4월 브뤼셀에서 열린 태양광 발전 정상회의에서 유럽의 태양광 발전량을 "무슨 수를 써서라도" 재건해야 한다고 강조했습니다.

그러나 현재 유럽 태양광 산업 육성 방식은 지나치게 근시안적입니다. 에너지 소비가 가장 많고 무게도 가장 많이 나가는 부품인 태양광 유리를 고려하지 않으면, 세계 태양광 유리 시장을 선도하는 중국에 대한 의존도가 지속될 것입니다. 현재 60%로 추산되는 태양광 유리 생산량 격차는 수 기가와트 규모의 확장 계획으로 인해 90%까지 증가할 것으로 예상됩니다.

누구도 자동차 생산 과정에서 필수적인 철강을 배제하는 것을 상상조차 하지 못할 것입니다. 하지만 태양광 모듈 생산의 가치 사슬을 분석할 때는 바로 그런 일이 벌어지고 있습니다!

중국산 태양광 유리에 대한 높은 반덤핑 관세(관세 및 반덤핑 부담금 최대 100%)로 인해 현재 중국산 수입품은 시장에서 큰 비중을 차지하지 못하고 있습니다. 그러나 대체 공급원이 부족해 필요한 물량을 공급할 수 있는 국가가 중국뿐이 될 경우, 상황은 달라질 것입니다. 반덤핑 부담금이 부과되면 유럽에서 생산된 태양광 모듈은 부담금 없이 수입되는 중국산 태양광 모듈에 비해 가격 경쟁력이 떨어질 것입니다. 이는 반덤핑 관세가 태양광 모듈 자체(물론 모듈에도 유리가 포함되어 있음)가 아닌 수입 태양광 유리에만 부과되기 때문입니다.

DIW 회장 마르셀 프라츠셔는 "러시아와의 상황과 마찬가지로 독일이 중국에 비대칭적이고 일방적으로 의존하는 것이 핵심적인 문제"라고 말했습니다. 중국은 이러한 점을 독일과 유럽을 압박하는 수단으로 점점 더 활용하고 있습니다. BOS 부품과 인버터를 포함한 중국산 부품에 대한 의존도는 약 90%에 달하며, 유럽의 모듈 생산 확대로 이 비율은 더욱 높아질 것입니다.

사이먼 하게는 2022년 5월 28일자 슈피겔 사설에서 다음과 같이 썼습니다. “러시아의 우크라이나 침공으로 인한 가스와 석유 가격 폭등은 눈감아주는 정책이 어떤 결과를 초래할 수 있는지 보여줍니다. 이는 막대한 경제적 비용을 들여야만 바로잡을 수 있는 의존성으로 이어집니다. 그리고 중국에 대한 의존도는 이미 러시아에 대한 의존도보다 더 높습니다.” 이는 특히 태양광(PV) 분야에 적용됩니다. … “EU는 핵심 전략 산업의 발전을 일관되게 지원하는 산업 정책이 필요합니다.” 태양광 발전에 필수적인 부품인 유리에 대한 미래의 90% 이상 의존도를 무시하는 정책은 결코 되어서는 안 됩니다.

에리히 메르클은 20년 넘게 태양광 산업에 종사해 왔습니다.

그는 독일 최초의 모듈 생산 라인 구축과 메가와트급 태양광 발전소 건설 모두에서 선구적인 인물 중 한 명이었다.

그는 알마덴의 첫 번째 얇은 이중 유리 모듈 개발 및 시장 출시에서 핵심적인 역할을 수행했습니다.

그는 2007/8년경 브란덴부르크에 독일 최초의 태양광 유리 생산 시설을 건설할 계획을 세웠습니다. 하지만 유럽의 태양광 산업 붕괴와 금융 위기로 인해 이 프로젝트는 실현되지 못했습니다.

메르클 박사는 GridParity AG의 이며, 슬로바키아의 AGORA sro에 2023년 최대 150MW(2024년부터는 450MW) 규모의 태양광 모듈 생산 시설 건설에 대한 자문을 제공하고 있습니다.