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중소기업 기술로드맵 조회결과

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태양광 공정장비
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

태양광 공정장비 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 태양광 공정장비란 실리콘계(실리콘 박막 포함) 및 박막 태양전지 등을 제조할 수 있는 공정 및 제조할 수 있는 모든 장비를 의미
  • 범위 : 태양광 공정장비는 폴리실리콘, 잉곳/웨이퍼, 태양전지(셀) 및 모듈을 생산하기 위해서 필요한 공정 및 제조 기술을 포함함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
태양광
공정장비
결정질계
(실리콘)
  • 모듈 효율 향상 기술
  • CTM Loss 저감 기술
화합물계
(CIGS, III-V 등)
  • 모듈 효율 향상 기술
  • 모듈 성능 개선 기술
유기계
(DSSC, OPV)
  • 모듈 효율 향상 기술
  • 모듈 성능 개선 기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마공급망 관점세부기술
태양광
공정장비
결정질계
(실리콘)
  • 모듈 효율 향상 기술
  • CTM Loss 저감 기술
화합물계
(CIGS, III-V 등)
  • 모듈 효율 향상 기술
  • 모듈 성능 개선 기술
유기계
(DSSC, OPV)
  • 모듈 효율 향상 기술
  • 모듈 성능 개선 기술
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

태양광 발전은 에너지원 다변화, 기후변화 대응, 분산발전 확대 등의 다양한 에너지 정책에 힘입어 지속적으로 보급이 확대되고 있음

‘17년 세계 태양광 수요는 중국 태양광 설치량이 급증하면서 80GW를 넘어설 것으로 전망

중국 및 미국 등 Big2 시장의 수요가 여전히 견고하며, 인도, 터키 등 신흥 시장의 수요가 빠르게 증가함에 따라 세계 태양광 시장은 제2차 성장기에 진입할 것으로 전망(‘18년 90GW, ‘19년 100GW 이상)

[ 세계 태양광 시장현황 및 전망 ]

(단위 : MW)

세계 태양광 시장현황 및 전망

* 출처 : 한국 수출입은행, 2017년 3분기 태양광산업 동향 (2017)

[ 밸류체인 별 생산용량 현황 및 전망 ]

밸류체인 별 생산용량 현황 및 전망

* 출처 : 태양광산업협회, New Energy Finance (2016)

‘16년 기준 상반기 대비 하반기 설비용량 증가량을 살펴보면 폴리실리콘 7GW, 잉곳 15GW, 웨이퍼 16GW, 태양전지 19GW, 모듈 24GW 증가

  • 공급부족에 시달렸던 잉곳, 웨이퍼, 및 태양전지를 중심으로 설비 증설이 크게 늘어날 것으로 예상
  • 상위기업 중심의 설비확장으로 가격경쟁력이 떨어지는 중국 중소기업들의 가동률 하락 예상

폴리실리콘은 상위 업체들의 생산용량 증설 경쟁이 치열해지고 있으며, 2019년 십만 톤을 넘어서는 업체가 탄생할 것으로 전망

  • ‘17년 기준 상위 10개 업체들의 폴리실리콘 생산용량은 약 420,000톤으로 추정
  • 중국 업체를 중심으로 설비 증설이 예정되어 있으며, 중국 최대 폴리실리콘 업체인 GCL사는 2020년까지 4만톤을 늘려 총 11만톤에 이를 것으로 전망
  • Yongxiang은 세계 2위 웨이퍼 업체인 Longi silicon과 제휴하여 5만톤 규모의 공장을 건설 예정

[ 상위 10개 폴리실리콘 기업의 생산용량 현황 및 전망 ]

상위 10개 폴리실리콘 기업의 생산용량 현황 및 전망

* 출처 : 한국 수출입은행, 2017년 3분기 태양광산업 동향 (2017)

태양전지(셀)은 최근 중국, 한국 등을 중심으로 태양전지 효율을 높이기 위한 노력이 가속화되고 있음

  • 최근 태양전지 업체들은 P-type bifacial 전지 효율의 향상에 큰 진전을 이루었으며, ‘18년도에 본격적으로 출시될 전망
  • 또한 고효율 태양전지 생산을 위한 기술로 PERC(passivated emitter and rear contact cell)이 주목받고 있으며, 주로 다결정 태양전지 생산에 적용되었으나 최근 들어 단결정 태양전지 생산에도 적용될 예정임
  • ‘12년~‘16년까지 태양전지 업체들이 PERC 방식으로 광변환 효율을 상승시켰고,‘16년 이후에는 고순도 폴리실리콘을 사용하는 Mono cell 비중을 확대하고 있음

태양광 모듈은 폴리실리콘, 웨이퍼 등 원자재 가격 상승으로 모듈 업체들의 제조단가 절감이 어려운 상황임

  • 모듈분야는 향후에도 가격하락에 대한 압력이 커질 수밖에 없는 산업구조를 가지고 있어 결국 대규모 투자를 통한 설비 증설 및 제품 공정 혁신 등 원가절감 능력 확보가 관건임
  • 경쟁력 있는 상위 업체와 후발업체간 격차가 점차 벌어지고 있으며, 2~3년 안에 상당수 기업들이 시장에서 퇴출돼 공급과잉 상황은 점차 개선될 것으로 전망

[ 국가 및 기업별 모듈 생산용량 현황(‘17년 기준) ]

국가 및 기업별 모듈 생산용량 현황(‘17년 기준)

* 출처 : 한국 수출입은행, 2017년 3분기 태양광산업 동향 (2017)

[ 세계 태양광 모듈 가격 동향 ]

(단위 : 달러/W)

세계 태양광 모듈 가격 동향

* 출처 : 한국수출입은행, New Energy Finance (2016)

태양광 모듈 시장은 시장 주도권을 확보하기 위한 선도기업간 경쟁이 한층 치열해질 전망

  • 2016년 기준 설비용량이 6GW를 넘어서는 기업이 나타났으며, 모듈 시장 주도권을 잡기 위한 업체간 경쟁이 치열해지고 있음
  • 국내 기업으로 한화 Q-Cell사가 5위권에 진입해 있으며, LG는 1.1GW로 21위권, 현대중공업이 600MW로 30위권에 포진하고 있음

[ 티타늄 잉곳 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

티타늄 잉곳 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
합계 10,200,000 10,842,600 11,525,684 12,251,802 13,023,665 13,844,156 6.3

* 출처 : Radiant Insight, 2014 Market research Report on global titanium Ingot Industry (2014), KISTI 마켓리포트 티타늄잉곳 (2015)

[ 에너지저장시스템(ESS) 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

에너지저장시스템(ESS) 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
합계 3,000 3,300 3,630 3,993 4,392 4,832 10.0

* 출처 : 삼정KPMG 경제연구원, 이슈모니터 2018년 에너지 분야 주요이슈와 쟁점 (2017.12)

나. 국내시장

‘18년 이후 국내 태양광시장은 우호적인 정책시행으로 설치량이 예상보다 증가할 것으로 전망

  • 신재생에너지 의무 공급 비율의 상향, 농지 태양광 허가 및 소규모 태양광 발전 보급 확대 등 우호적인 정책 시행 가능성이 높아지고 있음
  • ‘17년 국내 태양광 설치량은 약 1GW가 될 것으로 예상되며, ‘18년에는 1.2GW 전망

[ 국내 태양광시장 설치량 현황 및 전망 ]

(단위 : MW)

국내 태양광시장 설치량 현황 및 전망

* 출처 : 한국 수출입은행, 2017년 3분기 태양광산업 동향 (2017)

셀과 모듈분야의 생산용량은 전년대비 상승한 반면, 폴리실리콘 및 웨이퍼분야는 다소 하락하였고, 이는 주요국의 지원제도 변경에 따른 영향으로 보임

[ 분야별 국내 태양광산업 생산용량 현황 ]

분야별 국내 태양광산업 생산용량 현황

* 출처 : 한국태양광산업협회 (2017)

태양광 산업 현황은 밸류 체인(폴리 실리콘-잉곳/웨이퍼-셀-모듈-시스템)에 따라 다르게 진행되고 있으며, 대부분 전략시장 차별화를 통한 비용경쟁력 상승 및 태양광 발전 유지/보수에 중점을 두는 추세임
결정질 실리콘은 태양전지 시장의 80% 이상을 차지하고 있으며 국내 태양광 모듈 생산량은 중국 1개 업체 생산량과 비슷한 3.5GW에 불과하여 중국과의 가격, 생산량에 있어 뒤처지고 있는 상황임
2016년 기준 태양광 제조업체 수는 총 108개이며, 태양전지(셀), 장비, 집광 채광기 분야에서 전년보다 증가하였고, 웨이퍼 분야를 제외한 나머지 분야는 기업체 수가 감소

티타늄 잉곳의 국내 시장 규모는 ‘16년 14,000억 원에서 ’21년 22,650억 원 규모로 성장할 것으로 전망

[ 티타늄 잉곳 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

티타늄 잉곳 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
합계 14,000 15,414 16,971 18,685 20,572 22,650 10.1

* 출처 : Radiant Insight, 2014 Market research Report on global titanium Ingot Industry (2014), KISTI 마켓리포트 티타늄잉곳 (2015)

[ 티타늄 잉곳 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

티타늄 잉곳 국내 시장규모 및 전망
구분2014년2015년2016년
폴리실리콘 6 7 4
잉곳 2 4 3
웨이퍼 3 4 4
태양전지(셀) 6 4 7
모듈 37 48 39
장비 18 14 17
전력변환장치 23 32 25
부품/소재 36 26 21
집광채광기 4 3 4
합계 123(135) 127(142) 108(124)

* 출처 : 한국에너지공단 신재생에너지센터, 2016년 신재생에너지 산업통계

* 계는 2개 이상 세부품목 산업을 영위하는 기업체의 중복을 제외한 수치로 괄호안 세부 품목별 기업체수의 단순 합과 일치하지 않음

4.기술분석
가. 기술환경 분석

국내 신재생에너지 테스트베드 구축사업이 전국에 걸쳐 활발하게 진행되고 있으며, 태양광, 풍력, 연료전지 등 신재생 기업(특히 중소·중견기업)이 개발한 기술 또는 제품의 사업화, 수출화를 촉진할 수 있도록 수요 거점지역에 시험분석·성능평가·실증장비 및 공용 인프라를 구축하여 운영 중

  • (대경권) 구미 전자정보기술원이 주관으로 총 299억 원을 투입한 태양광 테스트베드 구축
  • (충청권) 302억 원을 투자해 규격 시험 장비 60여종을 구축하고, 기술지원 서비스 등 태양광 기업을 지원할 핵심 인프라 구축
  • (호남권) 77억 원을 투자해 박막 태양전지용 소재 및 셀 제조 광학·전기적 성능평가 시험 등을 수행하는 국내 최대 규모 태양광 산업 클러스터 조성
국내 석탄발전소 배출허용기준 적용현황
구분지역주관기관 
태양광 대경권 충북테크노파크
충청권 구미전자정보기술원
호남권 전북대학교 산학협력단(대표), 한국생산기술연구원 호남권지역본부(공동)

* 출처 : 한국에너지공단 신재생에너지센터 홈페이지, 2016

정부 ‘재생에너지 3020 이행계획’ 발표

  • 정부가 2030년까지 110조원을 투입해 신재생에너지 발전 비중을 20%로 끌어올리고자, ‘재생에너지 3020 이행계획’을 발표하고, 48.7GW 규모 신재생에너지 설비를 확충하기로 함

    정부예산 18조원, 공기업 51조원, 민간에서 41조원이 투자 할 계획

  • 계획 달성을 위해서는 2030년까지 65GW 규모의 신규설비 보급이 필요하며, 태양광은 연 2GW 수준의 보급이 요구됨

지난 2015년을 기준으로 신재생에너지의 전력생산량 비중이 전 세계 23.7%, 국내 6.6%로 1/4 수준이었으며, 이중 태양광과 풍력이 차지하는 비중은 전 세계 4.9%, 국내는 0.93%로 1/5 수준을 기록

  • 한국에너지공단 분석에 따르면 세계 태양광 발전시장이 지난해 90GW를 기록했으며 올해와 2020년에는 100GW를 넘어설 것으로 전망
  • RPS제도만 보더라도 2016년 기준 약 1,515MW가 신규 설비로 진입, 2012년 RPS시행 이후 태양광만 7,555MW 2만 2,405개소에 보급완료

2016년 기준으로 태양광 기업체수는 108개로 고용인원은 8,112명을 기록했으며 매출액은 7조 248억 원

  • 내수시장 규모는 2조 777억 원을 기록했으며 수출액은 2조 8,650억 원, 투자액 규모 5,553억 원을 달성하는 등 국내 태양광 분야의 성장이 진행 중
  • 특히 글로벌 기업으로 성장할 수 있는 핵심 기술력을 확보한 강소기업을 육성하고 태양전지 시장의 95% 이상을 차지하는 결정질 실리콘 태양전지의 핵심소재 및 제조장비 국산화, 신공정기술 등에 대한 투자 확대 필요성 제기
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 태양광 공정장비 분야 핵심요소기술 ]

태양광 공정장비 분야 핵심요소기술
분류핵심요소기술개요
잉곳(Ingot) 공정 쵸크랄스키 단결정 실리콘 잉곳
제조장치
고품질 단결정 잉곳재료 중 쵸크랄스키 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 장비
태양전지(cell)
공정
애칭장비 고효율 태양전지의 성능 개선 및 셀 구조에 맞게 웨이퍼를 Texturing 할 수 있는 공정장비
스퍼터링장비(PVD) 광흡수, 변환효율을 위한 증착장치로, 스퍼터링을 이용한 증착장치
화학증착장치(CVD) 광흡수, 변환효율을 위한 증착장치로, 화학기상증착을 이용한 증착장치
원자층증착장치(ALD) 광흡수, 변환효율을 위한 증착장치로, 가장 얇은 박막층을 형성할 수 있는 증착
셀 후면 Polishing 장비(PERC용) 고효율 태양전지인 PERC 셀의 에칭된 후면을 평판형태로 연마하는 공정장비
모듈 공정 Tabbing & Stringer 태양전지 Cell과 Cell을 연결하는 장치