신재생에너지핵심기술개발(태양광)신재생에너지핵심기술개발(태양광)

(1)

신재생에너지핵심기술개발(태양광)

(2)

’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 RFP (지정공모)

관리번호 2020-신재생-태양광-지정-1 과제유형 원천기술형( ), 혁신제품형(○)

실증형( )

연계/해당여부 표준화연계( ) 경쟁형R&D ( ) 공기업협력 ( )

도전적R&D ( ) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상(○) 안전관리형 ( ) 과제명 고효율 터널 산화막을 이용한 패시베이션 전극형 셀과 모듈 개발 1. 필요성

ㅇ 최근 태양광 가격이 급락하면서 제조비용이 낮고 양산효율이 급속도로 향상 중인 p형 PERC에 대한 투자가 증가하면서, n형과 더불어 고효율 단결정 p형 태양전지에 대한 고효율화를 위한 공정 장비 개발, 상용화에 대한 검증, 그리고 신규 모듈화 공정을 위 한 소재 ·공정 기술개발이 필요함.

ㅇ 태양광 시장의 수출 경쟁력을 향상시키기 위해서는 차세대 실리콘 태양전지와 모듈에 대한 발빠른 양산화가 중요하며 현재 기술동향으로 볼 때 터널 산화막을 이용하여 전 극과 실리콘 사이의 재결합을 최소화하는 TOPCon 기술이 유력한 차세대 기술임.

ㅇ TOPCon 태양전지는 터널 산화물 박막 형성으로 정공과 전자의 재결합을 방지하여, 태양전지 효율의 획기적 개선이 가능하고 상업성이 높음.

ㅇ 중국의 태양광 선두기업들은 이미 TOPCon 기술에 대해 대규모 연구개발을 수행하고 있으며 ‘19년 5월 Trina Solar가 R&D 셀 효율 24.6% 발표함. 국내의 경우에는 차세대 기술에 대한 대규모 양산 투자가 어려운 실정으로 정부의 적극적인 개입이 필요한 시 기임.

ㅇ 중국과 일본에 비교하여 우수한 코팅 기술과 반도체 인프라를 보유한 국내업체에 기 술적으로 유리한 태양전지 구조이며, 장비 자립화 가능

2. 연구목표

○ 최종목표 : 고효율 터널 산화막을 이용한 패시베이션 전극형 셀과 모듈 개발 (TRL : [시작] 3단계 ～ [종료] 7단계)

- 24% 이상 고효율 TOPCon 태양전지 개발

․태양전지 변환 효율 : n형 25% 이상, p형 24% 이상

․저압 도핑 에미터 형성기술 개발

․광흡수·광포획 극대화 미세선폭 전극 패턴 설계와 공정 기술개발

․모듈화 기술 연계 태양전지 전극 설계와 공정 기술개발

․양산화 장비와 기술개발

- TOPCon 태양전지 적용 가능 고출력화 모듈 기술개발 (72셀 면적 기준: n형 24% 이상, p형 23% 이상)

- 고출력화 모듈의 장기신뢰성 확보

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○ 개발목표

핵심 기술/제품

성능지표 단위 달성목표 국내

최고수준

세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)

1차년도 최종 현재 과제종료시점

1 셀 효율¹⁾ (전면)

n형 % - 25 - 24.6

(중국, Trina) 25

p형 % - 24 - - 25

2 양산성 검증 셀 평균 효율²⁾

n형 % - 24 - - -

p형 % - 23 - - -

3 셀-모듈 전환 손실³⁾ % - ≤ 1 < 5 ≤ 1

(미국,

SunPower) ≤ 1 4 내구성⁴⁾ 시험후 출력

감소율 % - ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5

1) 웨이퍼 M4 크기(161.75x161.75mm²) 이상 기준 2) 500장 진행, 산포도 필요

3) CTM loss, 모듈은 72셀 면적 기준

4) 내구성 시험은 고온고습시험, 온도사이클시험 두 가지 항목은 필수이며, 부가적인 시험(기계적하중 시험, 진동시험 등)은 필요 시 추가 가능

(상세기술1) 목표 : 터널 산화막 기반 양면형 구조 태양전지 전극 소재와 미세패턴 기술 국산화

- 친환경 Ag 페이스트 전극소재와 미세선폭 프린팅 장비 개발

․친환경적인 전극소재 개발

․원가 경쟁력 확보 가능한 페이스트 전극소재 개발

․Ag 절감을 위한 미세선폭 가능한 인쇄성 확보와 접착력 개선

․금속전극 미세선폭(≤ 20μm) 프린팅 장비 개발

* M4 크기(161.75x161.75mm²) 이상 대면적 웨이퍼 공정 대응

○ 개발목표

성능지표 단위 달성목표 국내최고

수준

1 인쇄성(미세선폭) /aspect ratio^μm(선폭) 35/0.3 20/0.9 40/0.33 19/0.9

(독일, FhG-ISE) 19/≤ 1

2 접착력¹⁾ N 0.7 1.5 1 1 -

3 Ag 사용량 mg/웨이퍼 90 80 90 - -

1) 단, 접촉저항이 5 mΩ/cm² 이하이어야 함

(상세기술2) 목표 : TOPCon 태양전지 공정을 위한 산화물 형성/도핑 실리콘 형성 등 요소 장비 개발

- TOPCon 양산을 위한 실리콘 산화막과 고 불순물 도핑 다결정 실리콘 형성기술 개발

․실리콘 산화막(두께: 1-2nm) 형성기술 개발

․다결정 실리콘 증착 혹은 형성기술 개발(불순물 도핑 방안 제시)

(4)

- 초고효율 / 대면적 웨이퍼 대응 / 고생산성 장비 개발

․실리콘 산화막 형성 장비 필요 시 개발

․다결정 실리콘 형성 장비 개발

․생산 능력 향상(≥ 5,600 웨이퍼/시간)

․M4 크기(161.75x161.75mm²) 이상 대면적 웨이퍼 공정 대응 장비

○ 개발목표

성능지표 단위 달성목표 국내최

고수준

1 다결정 실리콘 균일도 ^면저항(_m²)/면저항 ^Ω/c

균일도(%) - _{< 5%}^150/ - - 2 개발 장비별 생산속도 장/hr - ≥ 5,600

3 캐리어 수명 msec - ≥ 1.5

(상세기술3) 목표 : 고효율 터널 산화막을 이용한 패시베이션 전극형 양면 태양전지 개발 - 24% 이상 고효율 TOPCon 태양전지 개발

․태양전지 변환 효율 : n형 25% 이상, p형 24% 이상

․저압 도핑 에미터 형성기술 개발

․광흡수·광포획 극대화 미세선폭 전극 패턴 설계와 공정 기술개발

․모듈화 기술 연계 태양전지 전극 설계와 공정 기술개발 - 양산공정 기술개발

․저가화를 위한 양산화 공정 기술개발

․양산화 가능한 실리콘 산화막과 다결정 실리콘 증착 공정 기술개발 - 초고효율 태양전지 개발을 위한 손실 분석 기술

․실리콘 산화막과 다결정 실리콘 특성 분석 기술 정량화

․실리콘 산화막과 다결정 실리콘 정량 분석법 제시와 양산 활용 데이터 개발

○ 개발목표

최고수준

1 셀 효율¹⁾ (전면)

n형 % - 25 - 24.6

(중국, Trina) 25

p형 % - 24 - - 25

2 Bifaciality n형 % - 85 - 85

(중국,

Jolywood) 95

p형 % - 80 - - 85

3 양산성 검증 평균 효율²⁾

n형 % - 24 - - -

p형 % - 23 - - -

1) 웨이퍼 M4 크기(161.75x161.75mm²) 이상 기준 2) 500장 진행, 산포도 필요

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(상세기술4) 목표 : TOPCon 태양전지를 이용한 고출력 모듈 기술개발 - TOPCon 태양전지 적용 가능 고출력화 모듈 설계와 요소 기술개발

․셀 구조에 따라 슁글드나 하프컷(half-cut) 모듈 적용 시 셀 분할에서 발생하는 출력 손실 최소화 기술(레이저 스크라이빙과 cleaving 최적화)

※ 셀 분할 시 발생될 수 있는 셀 효율/출력 감소 인자 분석과 개선방안 도출(레이저 파장, 펄 스, 출력 등)

․셀 집적 기술 최적화(스트링 출력 손실 최소화 기술)

※ 멀티와이어, ECA (Electrically Conductive Adhesive), 스마트 와이어(smart Wire) 등 셀과 셀을 직렬연결하여 서브 스트링 제조 시 발생하는 전기적 손실 인자 분석

․서브 스트링 집적 기술 최적화

※서브 스트링간 연결 시 기존 리본 솔더링 방식 대비 공정과 성능 구현이 탁월한 방법 제시

※서브스트링 연결 시, TOPCon 태양전지의 전기적, 구조적 영향을 미치지 않는 방식 도출

․양면형 모듈 제작을 위한 공정 최적화(경량화 방안 제시) - 고출력화 모듈의 내구성 확보

․제품 신뢰성 확보를 위한 내구성 시험 테스트

※고온고습시험, 온도사이클시험, PID, 기계적하중시험 등 IEC 61215 기준 확보

※진동시험(IEC62759-1), 동적기계하중시험(IEC TS 62782)

․제품 내구성/신뢰성 향상을 위한 소재 적용 공정기술 확보

※내구성 향상을 위한 다양한 봉지 소재 적용과 모듈 레이업(layup) 공정 개선 등

○ 개발목표

성능지표 단위 달성목표 국내최고수

준

1 셀-모듈 전환 손실¹⁾ % - ≤ 1 < 5 ≤ 1

(미국,

SunPower) ≤ 1 2 내구성²⁾ 시험후 출력

감소율 % - ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5

1) 72셀 면적 기준, 셀을 이용한 모듈 구현 시 출력 저하율

2) 내구성 시험은 고온고습시험, 온도사이클시험 두 가지 항목은 필수이며, 부가적인 시험(기계적하중시험, 진동시험 등)은 필요 시 추가 가능

3. 기타 지원 요건

○ 개발위험 극복방안

- 중국에서는 다수의 업체가 기술개발 중이므로, 국내에서도 신속하게 기술개발에 지원하여 핵심기술 선점 필요

- 중국에서 웨이퍼 대면적 전환 시 국내 기업에서 대응할 수 있는 방안 강구

- 중국은 양면형 TOPCon 태양전지를 이용한 모듈을 생산하고 있으며 이를 극복할 수 있는 기술력과 저가화를 통한 경쟁력 확보 필요

* World Top 10내에 있는 중국 기업이 진행하는 기술 수준 이상으로 사양 설정함으로써 구현 - 선폭 감소와 친환경 전극 소재 적용으로 인한 효율감소를 상쇄하는 인쇄 기술,

페이스트 소재, 공정 개발이 필요함

- 대면적 두께 균일도·생산성·효율을 동시에 확보할 수 있는 공정과 장비 개발 - 양산성 검증을 통한 제품 생산 능력 확보 필요

- 관련 분야의 지적재산권 선점을 통한 사업화 우위 선점

* TOPCon 태양광 모듈 제품에 대한 고출력, 고내구성 기술의 지적재산권 확보 필수

(6)

○ 기타사항

- 복수 지원 시 n형/p형 태양광 모듈별 1과제씩 2개의 컨소시엄 지원이 원칙이나, 신 청 과제들이 한가지 타입으로만 제안되었을 경우에는 구현방법이 차별화된 우수 컨소시엄 2개 지원 예정

- 태양광 전극 소재 기업과 장비 기업 참여 필수 - 태양광 셀 제조기업은 수요기업으로 참여 필수 4. 지원기간/추진체계

○ 기간 : 48개월 이내

(1차년도 정부출연금 : 15억원 내외,

총 정부출연금 : 85억원 내외, 1개 과제 기준) ○ 기술료 : 징수

○ 주관기관 : 제한없음

(7)

- 7 -

’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 RFP (지정공모)

관리번호 2020-신재생-태양광-지정-2 과제유형 원천기술형( ), 혁신제품형(○)

실증형(○)

도전적R&D (○) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상( ) 안전관리형 (○) 과제명 해상 태양광 시스템 LCOE 저가화를 위한 부품 소재 국산화 개발과

실증 1. 필요성

ㅇ 해상 태양광 발전은 육상에 비해 토지 비용이 들지 않고, 자연녹지를 파괴하지 않으며 주민 수용성이 있어 확대 중

ㅇ 상용 해상 태양광 발전 시스템(태양광 모듈, 유기계 혹은 금속계 부력체, 상하부 구조 체 등)의 경우 해상의 열악한 환경에서 열화와 부식으로 의해 시스템의 안정성, 내구 성, 친환경성 등에 문제가 발생할 수 있음.

ㅇ 주민 수용성 제고와 가격 경쟁력 확보를 위한 친환경적이며 저가화된 해상 태양광 시 스템 개발과 핵심소재·부품 국산화 필요

ㅇ 국내 해상 태양광으로 부각되는 새만금 지역은 내수면과 달리 염분과 바람이 강한 지역으로 시스템의 내구성 확보를 위한 관련 기술개발이 필수 사항

ㅇ 단위 세부 과제에서 개발한 부품 개발을 적용하여 전체 해상 태양광의 시스템의 원가절감을 달성하여 가격 경제력을 확보, 신재생에너지 비용감소, 글로벌 시장 진출에 기여

2. 연구목표

○ 최종목표 : 해상 태양광 시스템의 소재 부품 개발과 LCOE 저가화를 위한 요소 개발 (TRL : [시작] 4단계 ～ [종료] 7단계)

- 해외 시장에서 해상 태양광 사업의 경쟁력 확보 - 시장 확대를 위해 육상 태양광 수준의 경제성 확보

- 해상용 태양광 시스템 설치 원가 저감 기술개발(시공과 조립방법 도출) - 해상용 태양광 시스템 구성 제품의 국산화

- 소재 부품의 안정성과 환경 유해성 검증

- 설치 및 유지관리가 용이한 설계 및 원가분석 등 경제성 분석(예 : 동서형, 모듈형 등) - 시스템 손실 최소화 요소 기술개발

○ 개발목표

최고수준

1 LCOE 원/

kWh 130 110 135 121 110

2 해상 태양광 설비 이용률 % 15 17 14.5 16 16

3 해상 태양광 설치 비용 억원/

MW 14 < 12 15 11.4

(인도_5M W)

4 해상 태양광

소재 부품별 실증 월 > 6

(8)

- 8 -

(상세기술1) 목표 : 해상 태양광 발전 시스템용 고내구성 부력체 개발 - 해상용 부력체(buoyancy unit) 개발

․부력체 연결 부위 강도, 인장강도 등 전복 방지(2.5m 이상 파고) 구조

․파랑하중, 조류하중 등 구조 수치해석과 실험을 통한 구조 강도 검증

․최적 형상 부유체(삼각형, 육각형 등)와 확장 가변형 모듈 연결 기술개발

․해상 환경에 고 내구성을 확보하는 부력체 소재 개발

․해상 환경에서 부력체에 발생하는 따개비 억제 기술개발

* 경제성 확보를 위해 해상풍력 부력체와는 차별화된 구조 제시 필요, 안정성 확보방안과 기존 수상 태양광과의 차별성 제시

- 해상용 부력체 상부 구조체 개발

․부유체 상부 구조체의 연결 부위 강도, 인장강도 등 해상 특성에 강인한 구조

․해상 환경 시뮬레이션 등을 통한 상부 구조체의 내구성 기술 확보

○ 개발목표

성능지표 단위 달성목표 국내최고

수준

1 부력체의 UV 가속후 내구성 시험¹⁾ kwh/m² - 30 - - -

2 부력체의 설하중(snow load)²⁾ N/m² - 1,000 - ^{1,000(프랑스,}CIEL@TEREE) ≥ 1,000

3 부력체 풍동하중 m/sec - 55 35 CIEL@TEREE)^{38(프랑스,} ≥ 40 1) 개발 부력체의 UV조사 시험 후 내구성은 KTL 등 시험기관 유관제품의 인장 및 충격시험 기준준용 2) 실제 부력체의 풍동실험 테스트 장비를 통한 최고풍동 실험은 불가하여 구조해석 등을 통해 진행

* 상기 구조체와 부력체는 염해평가 지침 JIS H 8502 test에 준하는 개발목표 제시

* 개발 부력체의 인장강도와 파괴 강도 등의 개발목표를 정량화하여 제시

(상세기술2) 목표 : 해상 태양광 저가화를 통해 국제적인 경쟁력 확보를 위한 계류 시스템 국산화 개발

- 높은 풍속과 파랑에서도 해상 태양광 시스템의 이탈과 파손이 발생하지 않는 고강도 계류 시스템 소재 부품 개발(예 : 고강도 로프 계류방식, 탄성 계류방식, 와이어 계류 방식, 체인 계류방식, 복합 계류방식 등)

- 장기신뢰성 확보와 교체가 용이한 계류 시스템 소재 부품 개발

- UV 내구성과 내수, 내염 성능을 강화한 소재를 적용한 내구성을 확보한 계류 로프 개발

- 계류 시스템의 수중부착생물에 대한 관리 방안 제시

- 설치 지역 해양 환경에 적합한 계류 시스템 설계기술 확보

○ 개발목표

최고수준

1 계류 구조물과 로프(체인)

간 인장 강도 KN 35 ≥ 40 35

2 연결부 흡수부 에너지 J 45 ≥ 50 43

3 계류 시스템 설계 풍속

기준 m/s 45 55 45 45 55

(9)

- 9 -

(상세기술3) 목표 : 대규모 해상 태양광 시스템의 설치와 확장 용이한 접속함 일체형 인버터 개발

- 해상 태양광 발전용 100kW급 접속함 일체형 인버터 개발

․해상용 설치 가능한 경량 접속함 통합 인버터 기술개발(중량 85kg 이하)

․내구성 및 성능 확보 가능한 방진방수(IP66이상)와 방염 기술개발

․발전설비 인근 해상에 낙뢰로 인한 서지 유입 등 보호시설 및 기준 개발

․지락·단락 등 전기재해 발생 시 파급사고 예방을 위한 접지시스템 설계기준 개발

․지속적인 파고에 의한 인버터 견고성 확보 기술개발(IEC 60068-2-6 적용 검증)

․침수 및 화재 등과 같은 사고 시 안전성 확보를 위한 적용 기술개발

․국내외 제품 판매를 위한 KS와 CE인증 취득(KS C 8565, KS C 8567, IEC 62109-1,2)

․6개월 이상 실증 평가 이후 변환 효율과 안전성 확보 검증

․해상 태양광 저가화를 위한 전기적 부속장치 제안

○ 개발목표

성능지표 단위 달성목표 국내최고수

준

1 인버터 접촉전류 mA - ≤ 3.5 4.5 SMA/

독일 3.5

2 인버터 무게 kg - ≤ 85 90 Sungrow/

중국 85

3 인버터 외부 밀폐 보호

(방진방수등급) IP등급 - ≥ 66 65 Sungrow/

중국 66

3. 기타 지원 요건

- 부력시스템의 안정성, 설비이용율 증가대비 설치비 증가억제의 시스템 최적화 - 최종 제품/시스템의 보호를 위한 안전사고 예측과 대책 연구방안 제시 필수

- 계류 파단은 시스템의 연쇄 붕괴를 야기할 수 있어, 파단현상 분석, 환경에 따 른 파단기준 설정 포함하는 연구 필요

- 계류 로프의 파단 감지 시스템 개발 필요

- 침수·파도에 의한 인버터 보호 장치 동작하지 않을 시 안전성 강화방안 제시 필요 - 기술개발 목표에 제시된 인버터 용량이 상이하여 사업계획서 제출 시 구체적인

실증방안 제시 필요

○ 안전관리 사항

- 본 과제는 「안전관리형 과제」로 사업계획서 제출시 ‘과제별 안전관리계획’을 제출해야 함 (적정성을 검토하여 부적정시 지원 제외함)

- 해상태양광 보호 시스템(접지, 보호 협조 등) 사고 예방 안전관리 필요 - 위험물질 취급과제 여부 : 해당없음

○ 기타사항

- 소재 부품 검증 장소 : 기존 새만금 공유수면 점사용 허가 지역 내

- 최종 제품/시스템 가격평가를 위하여, 최소 기준의 소재 부품별 실증 설치를 통 한 경제성 평가 필수 포함

- 기존 해상용 부력체 개발과 차별화된 기술 제시, 특허 회피 방안 제시 필수 - 중소·중견기업 참여 필수 및 소재 부품 연구기관 참여 필수

(10)

- 10 -

4. 지원기간/추진체계

(1차년도 정부출연금 : 16.5억원 내외, 총 정부출연금 : 65억원 내외)

○ 기술료 : 징수

(11)

- 11 -

’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 기술개요서 (품목지정)

관리번호 2020-신재생-태양광-품목-1 과제유형 원천기술형( ), 혁신제품형(○)

실증형(○)

도전적R&D (○) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상 ( ) 안전관리형 ( ) 품목명 5G 기술 적용한 MW급 태양광 발전소 원격 지능형

운영·유지보수(O&M) 기술 개발과 실증 (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계) 1. 지원필요성

ㅇ 일부 태양광 발전단지를 제외하고 안전관리자 채용, 단순한 전력생산 모니터링 등 지 속적 관리 미흡, 발전 사업자별 설비 기준·방식 상이로 체계적인 O&M 관리와 세부 가이드라인 필요

ㅇ 발전효율 향상과 설비보수 시간(down time) 최소화를 목적으로 중국 화웨이에서 5G 기술 적용한 태양광 O&M 디지털플랫폼 개발 중이며, TBEA에서 중국 전역에 설치된 1.5GW 태양광 발전소를 모듈과 인버터 단위로 실시간 모니터링할 수 있는 O&M 플랫폼 구축 운영 중으로 향후 DT(data technology)에 기반한 태양광 O&M 시장에서 산업경쟁력 강화를 위한 국산화 방안 필요

ㅇ 태양광 발전 시스템 자체에서도 능동적인 계통안정화 기능을 내재하여 계통 안전성 확보에 기여

2. 품목정의

ㅇ 5G-사물인터넷(IoT) 센서 디바이스 기반 태양광 지능형 디지털화 진단기술 개발 - 태양광 모듈 상태(전압 등) 감시와 발전단지 센서 네트워크(사이버 보안+IoT)를 위한

전용 시스템온칩(SOC) 개발

* 발전단지 모듈 동작 상태 실시간 지도화(mapping) - (예시 기술)

* 구조물 안정성, 전기적 사고 잠재요인 등 진단과 예방정비 가이드

* 발전출력 저하 내부요인(포텐셜 열화(PID), 납땜 불량, 다이오드 불량, 금속 소재 산화 등)과 외부요인(음영, 적설, 미세먼지·이물질 흡착, 전기적 손실 등) 실시간 모니터링 ㅇ 지능형 디지털화 진단기술과 연계한 발전단·계통 전력품질 모니터링

- 태양광 생산전력의 전압 또는 주기 불안정 시 무효전력을 활용하여 출력을 안정화할 수 있는 계통안정화(grid-support) 기능 개발

* MW급 인버터를 통한 기능 구현 시 국부 이상으로 인한 전제 시스템의 셧다운을 방 지하기 위한 인버터 서브 섹터 분할 필수

- 고조파 영향을 감소할 수 있는 기술개발

- 케이블에서의 직류 아크 발생을 방지·감지하는 등 화재를 방지하고 감지할 수 있는 기술개발

ㅇ 5G 기반 대용량 O&M 빅데이터 수집·시각화·분석 가능한 모바일 시스템 개발 ㅇ 시스템온칩(SOC) 적용 저가화 방안 제시 필요 (예시: 태양광 설치비용의 3% 이하)

(12)

- 12 -

- 기존 MW급 태양광 발전소를 활용한 실증(6개월 이상)을 통한 사업성과 개선방안 도출

- MW급 태양광 발전단지 대상 지능형 디지털화 진단과 최적 운영기술 실증

- 기상 데이터 연계 빅데이터 분석과 인공지능을 활용한 운영방식 등 서비스 고도화와 시스템 저가화를 통한 경쟁력 강화

○ 기타사항

- MW급 단일 발전소 외 다수 발전소의 MW급 통합 관리 시스템 개발도 가능 3. 지원기간/추진체계

(1차년도 정부출연금 : 9억원 내외, 총 정부출연금 : 45억원 내외)

○ 기타사항 : 수행기관(주관 or 참여) 중 기존에 MW급 태양광 발전소를 운영하고 있는 발전사업자와 중소·중견기업 포함 필수

(13)

- 13 -

’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 기술개요서 (품목지정)

실증형( )

도전적R&D ( ) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상 ( ) 안전관리형 ( ) 품목명 노후·불량 모듈의 출력을 복구하여 재사용하는 장수명 태양광

에코 모듈 기술 개발

(TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계) 1. 지원필요성

ㅇ 보장 수명 이전 열화·불량 모듈에 대한 수리·개조와 재제조 기술 개발 필요 - 폐모듈 자원화를 위한 기존 재활용 기술과 차별화된 기술

- 새로운 기술개발에 대한 위험도가 커서 정부 지원이 필수적 - 출력복구가 가능한 새로운 모듈 제조 공정 기술개발

- 출력복구에 따른 제조 원가 분석 기술확보

ㅇ 출력복구에 따른 제품의 인증/원가분석/BM등 정책적/사업적 지원 방안 마련 필요 - 열화·불량 모듈의 판단과 처리에 대한 표준 프로세스안

- 출력이 복구된 모듈의 측정, 성능, 수명의 표준화 방안 - 출력이 복구된 발전소의 전력 단가 재산정 방안

2. 품목정의

ㅇ 모듈 불량 판정 프로세스와 기준 수립 - 열화·불량 유형 구분과 판정방법 - 수리 가능한 유형의 정의와 처리 절차 ㅇ 열화·불량 모듈 유형별 수리·개조 기술개발

- 발전소에서 발생한 열화·불량 태양광 모듈을 신규 제품과 유사한 외관과 성능으로 수리·개조(출력복구)

- 유형별 정격출력의 90% 이상 복구 가능한 수리·개조 기술개발

* 수리·개조 유형별 수리원가 제시(에코 모듈 단가 목표 최고 100원/Wp 이하 달성)

* 출력복구 공정이 용이한 모듈 제조기술 방안 제시 - 경제성을 고려한 출력복구 프로세스 체계 구축 ㅇ 에코 모듈의 성능과 장기신뢰성 검증

- 에코 모듈 성능시험 테스트

- 실제 기후환경에서의 검증 연계, 장기 수명 모델 개발 및 예측 ㅇ 에코 모듈에 대한 정책개발 및 사업모델 개발

- 에코 모듈의 표준화 방안

* 에코 모듈 성능검증 표준화 방안 제시

* 유형별 수리기술별 원가 검증 방안 제시

- 내수/수출 증진을 위한 정책 및 BM 개발(* 폐모듈 재활용 제외)

* 개도국 무상지원/공적개발원조(ODA)와 탄소배출권(CDM) 연계 혹은 국제개발협력 (IDC) 연계방안 등

* 일정 규모 이상의 출력복구가 이뤄진 기존 발전소의 출력 향상에 따른 전력판매 재계약 규정 혹은 개선안

(14)

- 14 -

- 산업생태계 구축을 위한 환경부와의 긴밀한 공조 필요 - 에코 모듈 사업을 위한 관련 법·제도 개선

총 정부출연금 : 40억원 내외) ○ 기술료 : 징수

○ 주관기관 : 중소·중견기업

○ 기타사항 : 태양광 모듈 제조 기업 참여 필수

(15)

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’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 기술개요서 (품목지정)

실증형( )

도전적R&D (○) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상 ( ) 안전관리형 (○) 품목명 공동주택용 발코니를 포함한 벽면 활용 태양광 모듈 개발

ㅇ 디자인, 효율성, 안전성을 획기적으로 개선하여 주민 수용성을 대폭 향상할 수 있는 공동주택 입면 일체형 태양광 모듈/시스템 보급 확대 필요

- 스마트 제로에너지시티와 제로에너지건축물 확대 정책 시행 - 도시형 태양광에 대한 수요와 공급 급증

- 도시내 건축물 일체형 태양광 발전은 설치 면적의 한계로 공급량 제한

- 서울시 공동주택 미니태양광 확대 등 공동주택 내 태양광 설치요구 증가 전망

ㅇ 태양광 발전효율 향상 외에 건축물 외장재로서 특성, 색상, 형태의 디자인이 강화된 시스템 개발 필요

ㅇ 안전성 확보와 유지관리가 가능한 공동주택 발코니와 입면 일체형 태양광 모듈/시스템 개발 필요

2. 품목정의

ㅇ 공동주택 발코니와 벽면 부착형 태양광 모듈/시스템 개발과 실증

* 발코니 안전난간 교체형(구조변경) 태양광 모듈/시스템 개발도 가능 ㅇ 발전효율 향상과 안전성 기술개발

- 발전효율 향상: 모듈 효율 (불투명) 20% 이상 또는 (반투명) 12% 이상

* 반투명 모듈은 투과도(가시광(380-780 nm) 평균 투과도)에 따른 적합한 모듈 효율 제시 필요 - 무게당 출력(발코니 안전난간 무게 제외) > 30Wp/kg(불투명 경우)

- 저조도와 산란광 발전 강화, 음영에 의한 열점(hot spot) 대응, 무독성 친환경 소재 ㅇ 디자인(색상, 형태 등 다양화) 개선 기술개발

- 색구현: > 5색 이상

- 다양한 발코니 등 공동주택 입면에 적합한 크기·형태(높이, 폭, 곡선)의 모듈화 기술 ㅇ 공동주택 발코니 등 공동주택 입면에 적합한 설치 안전성 기술 확보

- 풍하중 > 50m/s 시뮬레이션 등 발코니로서의 생활안전성 확보와 검증방안

* 유지관리를 위한 탈부착 가능한 시스템

- 인양기 등 공동주택 생활안전 시설과 함께 할 수 있는 설치와 제품 설계 기술 - 경연열화, 파손 등 충전부 절연성능 이상으로 인한 감전사고 예방기준 개발

- 실증(6개월 이상)을 통한 안정성과 사업성 평가 - 신뢰성 평가 검증 필요

* 발코니 입면 신축(혹은 구조변경) 설치에 따른 주택건설기준과 한국산업표준에 따른 시험성적 만족

* “발코니/입면 활용 태양광 시스템”에 대한 안전 기준안 제시

(16)

- 16 -

- 화재 안전성 검증 필요 (모듈의 전기 배선과 커넥터에서의 직류 아크 발생 방지) - 제조단가 분석 및 사업성 목표 검증

- 본 과제는 「안전관리형 과제」로 사업계획서 제출시 ‘과제별 안전관리계획’을 제출 해야 함 (적정성을 검토하여 부적정시 지원 제외함)

- 일반국민이 개발된 모듈 사용 시 설치 안전·전기 및 화재 등 안전관리 필요 - 위험물질 취급과제 여부 : 해당없음

○ 주관기관 : 기업

○ 기타사항 :

- 중소·중견기업 참여 필수

- 개념계획서 평가를 통과한 과제는 사업계획서 서류제출 시 실증 사이트로 기존 또는 신축 공동주택을 확보한 서류 제출 필요

(17)

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’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 기술개요서 (품목지정)

실증형( )

도전적R&D (○) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상 ( ) 안전관리형 (○) 품목명 건물 적용 가능한 강판일체형 태양광 모듈 개발

ㅇ 기술성

- 기존의 건물형 태양광 모듈은 창호형과 지붕형으로 주로 개발되었지만, 건물 구조나 설치 면적의 제한으로 적용 범위에 한계 존재

- 강판 일체형 경량 모듈 기술은 태양전지 기술 자체의 개발은 물론 폼팩터 프리 제작 공정을 포함하여 향후 타 응용에 적용 가능

ㅇ 경제성

- 건물외장재로 확대할 경우 보급량 획기적 확대 가능, 주민 수용성 제고에 기여 - 차량과 컬러 강판이 사용될 수 있는 유사 제품군으로 확대 개발 가능

ㅇ 정책성

- 적용 대상 확대와 주민 수용성 향상을 통해 태양광 보급 확대 기여

- 정부 정책 중 도시형/농가형 태양광, 건물형 태양광, 제로에너지 빌딩 등과 연계 가능 2. 품목정의

ㅇ 강판일체형 경량 건물형 태양광 모듈 개발

- 경량화와 강판과의 열팽창계수 차이에 의한 모듈 파손 방지 기술개발

- 디자인(색상, 형태 등 다양화)과 안전성(설치기준, 화재 안전성 등) 개선 기술개발

* 모듈의 전기 배선과 커넥터에서의 직류 아크 발생 방지 - 저조도·산란광 발전 강화 기술개발

ㅇ 과제목표

- 디자인 강화를 통한 심미성 향상, 다양한 적용을 고려한 제품 개발, 설치 및 화재 안 전성 기술 확보

* (건물 외장재 성능) 고온고습시험, 온도사이클시험, UV시험, 절연시험, 내풍압시험(360등급이상), 수밀(50등급이상), 난연성(UL94-V0)

* (모듈 출력) 120Wp/m² 이상

- 검증(6개월 이상)을 통한 안정성과 사업성 평가

- 개별재료(강판, 태양전지, 봉지재)별 열팽창 계수차이에 따른 태양전지의 파손 문제:

봉지재 구조와 외장 소재를 개발하여 애로기술 극복 - 전기적 단락·합선·지락에 대한 안전 기술 개발

- 본 과제는 「안전관리형 과제」로 사업계획서 제출시 ‘과제별 안전관리계획’을 제출 해야 함 (적정성을 검토하여 부적정시 지원 제외함)

- 일반국민이 개발된 모듈 사용 시 설치 안전·전기 및 화재 등 안전관리 필요 - 위험물질 취급과제 여부 : 해당없음

(18)

- 18 -

(1차년도 정부출연금 : 6억원 내외, 총 정부출연금 : 35억원 내외)

○ 주관기관 : 기업

○ 기타사항 : 중소·중견기업 참여 필수

(19)

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’20년도 에너지기술개발사업 신규과제 기술개요서 (품목지정)

실증형( )

도전적R&D (○) 초고난도R&D ( ) 복수지원대상( ) 안전관리형 ( ) 품목명 폴리실리콘 저전력 생산장비 및 부품과 공정기술 개발

○ (현황) 국내 태양광 산업의 전방산업인 소재 분야는 중국과 치열한 원가경쟁을 벌 이고 있음

- 중국은 산업전력이 국내 1/3 수준인 서부 신장지역에서 대규모 시설 투자를 하고 있어서 원가경쟁력의 격차는 더 커질 전망

ㅇ (필요성) 태양광 원소재의 중국 독과점이 현실화되지 않도록 국내 원소재 업체들 의 원가경쟁력 확보를 위한 정부의 연구지원이 절실

- 폴리실리콘 원가 중 45%가 전력비이며, 인건비는 20% 수준으로서, 전력비 저감 기술과 더불어 인건비 절감을 위한 공정 최적화와 직접 증착 방식의 웨이퍼 생산 신공정 개발 등 생산원가 저감을 위한 연구개발이 필요

2. 품목정의

○ 폴리실리콘 성장용 전력절감 가능한 신개념 증착 반응기와 부품(전극, 필라멘트 등) 개발

- 삼염화실란(TCS, tri-chloro silane) 가스 흐름 최적화와 내부 온도 구배 개선

- 이를 통한 전력사용량 기존대비 10% 이상 절감 가능한 신개념 화학기상증착 (CVD) 반응기 개발

<적용 가능기술 예시>

· 하부 삼염화실란 토출 노즐의 위치와 확산 최적화

· 90개 이상의 슬림봉(slim-rod)에 대한 상하 온도 구배 최적화

· 국부 발열 제어를 위한 브릿지(bridge)와 흑연 원뿔(graphite cone)의 형상 최적화 - 열에너지 최적화를 위한 전극, 필라멘트 등 폴리실리콘 성장용 반응기 부품 개발

- 본 기술개발품이 실험규모나 파일럿 규모로 개발될 경우, 이를 실제 공정투입용 사이즈에서 성능이 작동하는지 시뮬레이션 또는 사전 실증을 해 볼 필요가 있으며, 기술 수요처인 폴리실리콘 업체가 가동중인 수십개의 반응기 중 부분적으로 개발된 반응기로 교체해 테스트를 할 수 있는지 확인해 연구 진행할 필요가 있음

○ 기타사항 : 중소·중견기업 참여, 기술수요처 폴리실리콘 제조업체 참여 필수