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중소기업 기술로드맵 조회결과

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건물 일체형 신재생에너지 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

건물 일체형 신재생에너지 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 건물 일체형 신재생에너지 시스템은 건축물의 에너지 자립을 위해 신재생에너지를 건물 외피 또는 설비 시스템과 접목시킨 에너지생산 시스템을 구축하여, 에너지 생산량 및 에너지 이용 효율을 극대화할 수 있는 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV : Building Integrated Photovoltaics) 기술 등을 의미
  • 범위 : 건물 일체형 신재생에너지 시스템은 BIPV, 지열, 태양광, 풍력, 시스템 통합으로 구분되며, 개별 신재생에너지원 관련 기술 전반이 포함됨. 복합 시스템 기술은 이용 효율의 극대화를 위해 이종의 신재생에너지원을 건물에 복합 적용하는 기술을 의미하며 태양광・태양열 겸용 패널 기술, 태양열・지열 축열 저장장치 통합기술, 풍력・태양광 전력량 통합화 기술 등이 있음
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
건물 일체형
태양광
에너지
시스템
BIPV 태양전지(Photovoltaic cell) 모듈을 건축 외장재용으로 건자재화하여 건물 외피에 적용함으로써 태양전지를 건물 외피에 별도로 부착하는 방식에 비하여 경제성을 확보하는 기술. BIPV 기술은 태양전지 자체의 효율 및 내구성 향상기술과 건물과의 일체화 기술, 시스템기술로 구분할 수 있음
BIST9) BIPV와 유사하게 태양열 집열기(solar collector)를 건축 외장재로 건자재하여 건물 외피에 적용하는 기술
BIPVT10) 태양전지와 태양열 집열기를 통합한 기술로 하나의 모듈로 전기와 열을 동시에 생산할 수 있는 기술
PVinB 태양광 모듈이 건물을 구성하는 부품으로 구성되는 건물 일체형 태양광발전(BIPV, Building Integrated PV)기술 태양광모듈이 건물에 부착되어 전력을 생산하는 BAPV(Building Attached PV) 시스템으로 구분

[ 공급망 관점 기술범위 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마공급망 관점세부기술
건물
일체형
신재생에너지
시스템
태양광 발전시스템 태양광 발전시스템의 계측제어 및 모니터링 기술, 태양광 발전시스템의 최적설계와 모델링 기술 등
PVinB 시스템 건물의 디자인 요소를 가미하면서 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전시스템의 최적설계, 모니터링 기술 등
수상태양광
발전시스템
수상에 적용할 수 있는 부유물 제조기술, DC to DC 배전 기술 등
융·복합발전시템 축전지, 열전소자, 태양광 융복합 발전시스템의 고효율화 기술, 제어기술 등
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장
2015년 11월 30일부터 12월 13일까지 프랑스 파리에서 열린 제 21차 유엔 기후변화협약 당사국 총회(COP 21)15)에서는 교토의정서가 만료되는 2020년 이후 모든 나라에 적용될 새로운 기후변화 대응 체제를 세우는 것을 목표로 하고 있으며, 구속력 있는 온실가스 감축안이 마련됨에 따라 신재생에너지에 대한 중요성이 더욱 강조될 것으로 전망

세계 태양광 설치용량은 2012년 97 GW에서 2020년 331 GW까지 확대될 예정16)으로 2014년 이후에도 각국의 태양광 확대 정책 및 일부 국가의 그리드 패리티(Grid Parity)17) 도달로 시장이 꾸준히 성장할 것으로 전망

  • 세계 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV) 시장은 2012년에 343.1 MW 설치용량을 달성하였으며, 2013년부터 2019년까지 연평균 18.7% 성장하여 2019년에 1.15 GW 설치용량을 달성할 것으로 예측
  • 루프탑(rooftop), 커튼월(curtain wall) 및 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV) 창 형태로 적용되는 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV) 방식은 2012년 기준으로 루프탑 설치방식이 67%를 차지하였으나, 커튼월 방식이 2019년까지 가장 빠른 성장율을 보일 것으로 예측18)

BIPV 세계 시장 규모는 2016년 1,520백만 달러에서 2021년 8,531백만 달러 규모로 41.2% 증가할 것으로 전망

[ BIPV 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

BIPV 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
합계 1,520 2,146 3,030 4,279 6,042 8,531 41.2

* 출처 : KISTI 마켓리포트 건물 일체형태양전지시스템 (2016)

세계 태양열 집열기 누적 설치용량은 2012년까지 269.3 GWth이며, 58개국에 384.7백만 m2 면적의 집열기가 설치되어 있으며, 이 중에서 중국이 180.4 GWth로 최대 설치국가이고, 유럽이 42.8 GWth, 미국과 캐나다가 17.2 GWth 설치되어, 중국과 유럽이 전 세계 설치량의 83%를 차지19). 2014년까지의 누적 설치용량은 406 GWth로 2013년 대비 8.8% 증가20)

태양광 수요 증가와 더불어 에너지저장에 대한 필요성 확대로 세계 에너지저장 시장규모가 빠르게 커질 것으로 전망

  • 연초 중국 태양광시장은 18GW 규모의 수요가 발생할 것으로 예상됐으나, 2016년 1분기 설치량만 22GW에 달해 연초 예상치를 초과함
  • 미국 태양광시장 역시 연초 8GW 수요를 예상했으나, 2분기가 지난 시점에서 강한 태양광 수요 증가세로 인해 50%가 증가한 12GW가 설치될 것으로 전망됨

`10년 이후 태양광 업체간 치열한 증설 경쟁으로 태양광 시스템 가격이 빠르게 하락하고 있으며, 규모의 경제 확보로 추가적으로 더 하락할 전망

장기적인 관점에서 태양광시스템 가격은 2020년 $1.44/W 까지 지속적으로 떨어질 것으로 예상되는 반면, 가스 및 석탄 등 화력 발전단가는 연료비용 증가로 꾸준히 상승할 전망

나. 국내시장
국내적으로 에너지 저소비형 건축물 및 신재생에너지를 적용한 에너지자립 건축물에 대한 수요가 증가하고 있으며, 미래의 에너지의 고갈과 기후변화에 대응하기 위하여 건축물에서의 스마트 신재생에너지 시스템의 수요가 지속적으로 확대될 전망
2020년까지 그린홈 100만호 보급을 목표로 태양광, 태양열, 지열, 소형풍력, 연료전지 등의 신재생에너지설비를 주택에 설치할 경우 설치비의 일부를 정부가 보조 지원함에 따라 신재생에너지 시장의 지속적인 확대 예상

‘16년 BIPV의 국내 시장 규모는 2,516억 원에서 ’21년 14,122억 원 규모로 성장할 것으로 전망

[ BIPV 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

BIPV 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
합계 2,516 3,553 5,016 7,083 10,001 14,122 41.2

* 출처 : KISTI 마켓리포트 건물 일체형태양전지시스템 (2016)

국내에서 2035년까지 신재생에너지 11% 보급목표 달성을 위해서는 총 154조원의 투자 필요하며, 정부재원은 기술개발, 보급, 융자 등에 2035년까지 총 30조원 소요 전망, 보급목표를 달성할 경우, 원유수입 대체효과는 약 36조원, 온실가스 감축량은 11억톤(CO2 기준) 및 130만 명의 고용 효과를 달성할 것으로 예측21)

국내 태양광 산업의 규모는 대내외 여건 악화로 2010년 기준 약 5조 9천억 원에서 2011년 5조 6천억 원 수준으로 소폭 감소하였으며, 국내외 환경과 현 정부 정책으로 인해 단기적으로 2015년까지 연평균 5%정도 소폭 증가하거나 현 상태를 유지할 것으로 전망

  • 연평균 5% 성장률을 가정할 경우, 단기적으로는 2015년 총 매출규모는 약 7조 5천 억원 수준을 예상22)
  • 국내 태양광 보급용량은 2014년 말 기준으로 2,481 MW에 달하며, 최근 3년 동안 설치 실적이 누적용량의 70.6%에 달함(2012년: 295 MW, 2013년: 530 MW, 2014년: 926 MW)23)
  • 국내 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV) 시장은 2011년에 951 kW(38건) 설치용량을 달성하였고, 2015년에는 24.3 MW 설치용량을 달성할 것으로 예측되며, 정부의 그린홈 100만호 및 제로에너지빌딩 보급정책으로 시장이 지속적으로 확대 및 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV) 기술 중 창호형 시스템은 세계적으로 개발단계로서 국내투자 여건에 따라 기술과 시장 선점이 가능할 것으로 예상24)

신재생에너지 보급 확대를 위해 RPS 비율을 `18년 4.5%에서 5%, `19년 5%에서 6%, `20년 6%에서 7%로 상향될 예정임

RPS비율 상향으로‘16~20년에 신재생발전소에 8.5조원 추가 투자효과가 발생할 것으로 예상되며, `20년까지 총 13GW의 신재생에너지 발전소 건설 및 총 30조원의 투자효과가 전망됨

`16년 국내 태양광 발전 수익률은 SMP 가격 하락에도 불구하고 REC 가격이 높은 수준에서 결정돼 발전 수익성은 유지되고 있음

  • REC가격은 ‘15년 하반기부터 상승하였고, 16년부터 태양광과 비태양광 REC시장이 통합되면서 태양광발전 REC 수요는 더욱 증가
  • `15년 하반기 7.3만원이었던 태양광 REC 가격은 `16년 상반기 8.6만원, `16년 8월 15.4만원까지 상승
4.기술분석
가. 기술환경 분석
건물 일체형 신재생에너지 시스템 분야의 중소기업 경쟁력은 기술 분류별로 차이가 있으나 태양전지 모듈, 태양열 집열기 등의 건물 일체화 기술 등은 중소기업의 경쟁력이 높은 것으로 분석됨. 염료감응형 태양전지 기술은 소재 원천기술 분야로 대규모 투자가 필요한 분야임
BIST 기술 및 BIPVT 기술은 아직 상용화 단계가 아니고, 다양한 응용분야가 있으므로 중소기업에서 관심을 가질만한 분야임

태양전지 전력변환기기의 경우, 여전히 선진 부품 업체로부터 부품을 공급받아 적용하는 경우가 대부분이며 이로 인해 생산 비용 및 유지보수 비용 증가, 기술문제 해결 지연 등의 문제 존재

특히, 대규모 태양광 발전시스템의 전력변환기기는 대부분 SMA, KACO 등 외국기업이 관련 시장을 주도하고 있음

기존 육상에 설치되는 태양광 발전시스템에서 벗어나, 도심이나 수상(해상포함) 등에 적용할 수 있는 신개념 태양광 발전시스템 발굴을 통한 새로운 BM(Business Model) 창출

  • 도심에 적용하기 위해서는 건물 등에 적용할 수 있는 BIPV(Building Integrated PV) 모델 발굴
  • 수자원을 보호하면서 녹조나 적조 등을 억제할 수 있는 수상에 적용할 수 있는 수상 태양광 발전시스템 모델 발굴
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 건물 일체형 신재생에너지 시스템 분야 핵심요소기술 선정 ]

건물 일체형 신재생에너지 시스템 분야 핵심요소기술 선정
분류핵심요소기술정의
BIPV 기술 실리콘계열
BIPV 모듈화 기술
박막형 실리콘 태양광 전지를 이용한 건물 일체형 재생에너지 시스템 모듈화 기술
BIPV 건자재화 기술 태양광 발전을 이용한 건물 일체형 건자재화 기술
염료감응형 BIPV
소재기술
염료감응형 태양광 전지를 이용한 건물 일체형 소재 기술
BIST 기술 온수생산형
BIST 기술
태양열 집열기를 이용한 욘수형 건물 일체형 기술
온풍생산형
BIST 기술
태양열 집열기를 이용한 온풍형 건물 일체형 기술
BIPVT 기술 실리콘계열
BIPVT 모듈화 기술
박막형 실리콘 태양광 전지 및 태양열을 이용한 모듈의 건물 일체화 기술
BIPVT 건자재화 기술 태양광 전지 및 태양열을 이용한 PVT 모듈의 건물 일체형 건자재화 기술
전력 제어 및 관리 기술 건물 일체형 신재생에너지 시스템의
최적설계와 모델링 기술
건물과 태양광 전지 시스템 간의 에너지 전환 효율을 위한 설계 및 모델링 기술
건물 일체형 신재생에너지 시스템의
계측제어 및 모니터링 시스템 기술
건물과 태양꽝 전지 시스템 간의 최적의 에너지 효울 제어를 위한 시스템 기술
하이브리드 신재생에너지 시스템 연료전지, 풍력 등 기타 신재생에너지를 연계한 하이브리드 형태의 전력제어 및 관리 기술