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日, 태양광 발전섬유 개발로 1인 발전소 시대를 노린다

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  • 일본
  • 도쿄무역관 김광수
  • 2017-05-12

- 실리콘계 태양전지의 부피와 무게 단점 보완 제품 등 개발이 활발

- 태양광 발전섬유를 이용한 의복 및 오피스 빌딩 창문 등 시장은 무궁무진 -

 

 

 

구상(球狀) 태양 전지를 사용한 태양광 발전실로 만든 천 개발, 1인 발전소시대 도래

 

  ㅇ '후쿠이현 공업기술센터'는 실리콘을 기존과 달리 평면이 아닌 구상으로 가공함으로써 1.2㎜구상 태양 전지를 개발

    - 위아래에 플러스, 마이너스 극의 구상 태양 전지를 2개의 도전선에 끼워 태양광 발전실을 제작, 금속섬유와 동등한 도전성을 지니며 천으로 가공할 수 있는 굴곡성·신장성을 확보

    - 태양광 발전실과 범용 섬유를 섞어 만든 천은 자유자재로 굽힐 수 있는 것이 특징이며, 다양한 방향에서 빛을 받아 발전 가능한 것이 장점

 

태양광 발전실의 구조

자료원: 닛케이 비즈니스

     

태양광 발전실을 사용해 만든 '후쿠이현 공업기술센터' 옷감

자료원: 상동

  

  ㅇ 실 형태로 가공함으로써 용도는 더욱 확대될 전망, 스마트 의류 개발 및 IoT 환경 조성에 필요한 센서 전원으로서도 활용 가능

    - 태양광 발전실을 사용하면 재해 시 침낭 및 이불에 포함된 발전실에 의해 발전된 전기로 휴대전화 충전 등도 가능할 것으로 예상

    - 발전량은 태양광 발전실이 짜여진 밀도에 의해 정해지며 일반적인 태양광 패널의 1/4 정도 효율임.

    - 운동화 브랜드 아식스와 공동으로 신발 앞부분이 빛나는 운동화를 개발하는 등 패션 업계 등과의 공동개발 움직임 활발

     

태양 전지 시장, 실리콘계가 90%를 차지하며 향후 유기계로 확대될 전망

 

  ㅇ '후지 경제연구소'에 따르면, 2014년에 약 38000억 엔 이었던 태양 전지모듈 세계 시장 규모는 2030년에 약 61000억 엔으로 확대될 전망

    - 현재 시장의 90% 이상을 차지하는 것은 실리콘계인 반면, 향후 유기계의 점유율이 높아질 것으로 예상

 

태양 전지의 종류 및 계통

자료원: 닛케이 비즈니스

 

  소재에 따라 분류되는 태양전지 중 가장 많이 보급된 결정 타입의 실리콘계가 시장의 약 90%를 차지하나, 무겁고 부피가 큰 한계가 존재

    - 실리콘 태양전지는 자체의 무게와 내구성을 위한 강화유리 사용으로 1㎡10~20kg에 달하며, 쉽게 굽힐 수 없다는 난점이 있어 설치 장소가 한정된다는 것이 단점임.

 

  업계에선 크기, 무게 등의 한계를 극복할 수 있는 새로운 태양 전지 개발 경쟁이 활발하며 그 중 유기계가 주목받고 있음.

    - 유기 박막계의 경우 반도체의 성질을 지닌 유기재료를 복수 층으로 도포해 제조하는 방식으로, 재료에 따라 가볍고 굽힐 수 있는 장점이 있으며 장래엔 실리콘계보다 저렴하게 제조 가능할 전망

     

실리콘 소재가 아닌, 접고 붙일 수 있는 태양전지 개발도 속속

 

  ㅇ '스미노에 직물'은 도쿄공업대학 등과 공동 연구를 통해 20163월 실리콘을 사용하지 않은 태양광 발전섬유를 개발

    - 유기 박막계 태양 전지의 일종으로, 마이너스 극이 될 금속제 심재 주위에 표면 정기 상태를 정돈해주는 소재를 도포 후 활성층(발전부분), 플러스 극이 될 투명전극층을 차례로 도포해 완성하는 구조

    - 빛이 활성층에 닿으면 심재와 전극층에 전기가 흐르는 구조. 실의 굵기는 0.25㎜로 머리카락 2개와 같음.

    - '스미노에 직물'은 자사 커튼 등에 활용하는 방법을 검토 중이며, 신소재 개발 등을 해 2019년 양산화를 목표로 함.

 

  ㅇ '미쓰비시 케미컬 홀딩스' 산하 '미쓰비시 화학'2015년 투명한 필름에 유기재료를 도포한 '시스루 발전 필름'을 개발, 창문에 붙이는 새로운 태양 전지를 발표

    - 독자 개발한 유기 재료를 얇고 균일하게 도포할 때 광디스크 제조기술을 응용해 2016년에 변환 효율을 6%까지 상승시킴.

    - 실리콘 결정을 사용한 태양 전지의 1/50에 해당하는 0.4kg 정도의 무게가 장점이며, 굽힐 수 있어 오피스 빌딩 및 자동차 창문에도 사용가능할 것으로 예상

     

시사점

 

  현재 일본에서는 종래의 상식을 뒤집는 가볍고 유연성이 풍부한 태양광 섬유전지가 잇달아 등장하고 있음.

    - '후쿠이현 공업기술센터'를 필두로 '미쓰비시 화학', '스미노에 직물' 등이 태양광 섬유전지를 개발

    - 태양광으로 발전하는 유연하고 가벼운 옷감이 개발되면, 많이 걷는 도시 소비자를 주 고객으로 삼는 패션기업을 중심으로 신규 참여가 늘어날 전망

    - 심박수 등을 측정할 수 있는 '스마트 의류'를 개발하는 데 있어 IoT와 연계한 센서 전원으로서 활약 등이 기대됨.

 

  의복 제작을 위한 태양 전지 개발은 아직 시작 단계로 가능성이 무궁무진함. 일본 기업의 신규 참여는 더욱 활발해질 것으로 보이므로 우리 기업도 일본 기업의 개발 동향을 참고해 대처할 필요가 있음.

    - '접히는' 태양광 섬유 전지로 인해 옷, 커튼 등 주위의 모든 물건에서 발전이 가능해지므로 1인 발전소 시대가 도래할 전망

    - 일본뿐 아니라, 중국 기남대학 등에서도 태양광 발전 섬유 개발이 활발하게 이루어지고 있어 시장 또한 확대될 것으로 예상됨.

  

 

자료원: 닛케이비즈니스, 산케이비즈 및 KOTRA 도쿄 무역관 자료 종합 


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