태양광 발전시스템에 대한 O&M 시장
데이터분석본부 호남지원 선임연구원
김 민 석
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1. 태양광 발전은 태양광으로 발전된 직류 전기 에너지를 인버터에 공급해 사용 전력으로 변환시키는 기술로써 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 태양전지를 이용하는 발전방식이다.
2. 태양광 발전시스템의 운영 및 관리(Operation & Maintenance, O&M) 분야는 태양광 발전을 위한 운영, 관제 서비스, 사후관리 까지 제공하므로 태양광 발전 시장이 성장하면 함께 성장하는 분야이다.
3. 태양광 발전 시장이 급격하게 성장하면서 태양광 O&M 시장도 전 세계적으로 꾸준히 성장하였으며, 2025년까지 94억 달러에 이를 것으로 예상된다.
4. 최근 정부는 설치시공 및 유지관리 측면에서 질적 향상을 위한 정책을 발표하였으며, 태양광 O&M 표준 매뉴얼 제정 및 관련 기술·서비스 혁신 지원 등 R&D 예산도 확대할 예정이다.
5. 태양광 O&M 시장은 기존 태양광 발전 산업의 성장 동력이 될 수 있으며, 기존의 태양광 발전 산업뿐만 아니라 발전시스템의 운영 및 관리를 위한 기술에 대해서도 지속적인 관심이 필요하다.
ASTI MARKET INSIGHT 2022- 049
1) 시장의 개요
태양광 발전은 태양광으로 발전된 직류 전기 에너지를 인버터에 공급해 사용 전력으로 변환시키는 기술로써 햇빛을 받으면 광전효과 에 의해 광기전력이 일어나는 태양전지를 이용하는 발전방식이다. 태 양광 발전 모듈은 햇빛을 받아서 전력을 생산하는 태양전지로 구성되 며, 태양광 발전시스템을 구성하는 기본 단위이다.
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인버터(Inverter, 전력변환장치)는 태양전지 모듈에서 발생한 직류전력을 범용으로 사용할 수 있도록 교류 전력으로 변환하는 시스템 및 주변기기를 의미한다.
태양광 발전시스템의 운영 및 관리(Operation& Maintenance, O&M) 분야는 태양광 발전을 위한 운영, 관제 서비스, 사후관리까지 제공하므로 태양광 발전 시장이 성장할수록 함께 성장하는 분야이다.
태양광 O&M은 태양광 발전 손실을 최소화하기 위해 태양광 발전시 스템에 대한 모니터링 및 고장진단 등의 최적 관리를 통해 발전에너 지 생성에 대한 효율을 최대화하기 위한 기술이다. 태양광 발전시스 템에 대한 O&M 활동은 일반적으로 모듈, 접속함 그리고 인버터 등 에 대한 모니터링 및 고장진단, 모듈 표면에 대한 세척, 잡초제거 등 이 있다. 특히 고장진단은 태양광 발전시스템의 수명연장 등을 목적 으로 설비와 시스템의 이상 여부를 판단하는 것이다.
태양광 발전시스템에서 발생하는 고장진단은 열화 및 고장으로 세 분화할 수 있다. 태양광 발전시스템의 열화는 물리적 혹은 화학적으 로 태양전지, 모듈 소재의 특성이 점진적으로 변형되는 장기적인 출 력 감소 현상이고, 고장은 불량, 물리적 충격, 전기적 발열, 화학적 반 응 등에 의한 재료의 손상에 기안한 단기 출력 감소 현상으로, 핫스 팟, 누설, 절연성능 파괴 등 다양한 사례가 있다. 최근에는 빅데이터 와 인공지능(Artificial Intelligent, AI) 기술이 융합되어 태양광 O&M 시장도 진화하고 있다.
그림 1 태양광 발전시스템 구성도
출처 : 녹색기술센터, 최신기술동향 태양광, 2018, KISTI 재구성
출처 : 태양광 발전 O&M 기술 및 시장동향, 2018 그림 2 태양광 O&M 활동의 종류
태양전지 시스템
직류 교류
제어장치시스템 제어장치
인버터 계통연계장치
축전장치
모듈 점검
모듈 청소
잡초 제거
통합관제 접속함 점검
인버터 점검
2) 시장 규모
2020년 세계 태양광 발전시스템의 설치량은 2019년 대비 22 % 증가한 144 GW를 기록하였다. 2020년 세계 태양광 시장은 예상치 못한 코로나19의 발생으로 인해 2019년 대비 마이너스 성장이 불가 피할 것으로 보였다. 하지만 중국과 미국, 유럽 등 주요국들의 수요 가 증가하면서 플러스 성장을 기록하였다. 특히, 기후변화 및 ESG 이 슈가 본격적으로 등장하면서 태양광 발전시스템의 설치량은 2021 년 180 GW를 넘을 것으로 보이며, 전 세계 태양광 발전시장의 규모 는 2019년 709억 달러에서 연평균 성장률 8.1 %로 증가해 2025년 1,131억 달러에 이를 것으로 예상된다.
국내의 태양광 설치량은 2019년 3 GW를 넘어섰으며, 향후 2023 년에는 4.5 GW까지 확대될 것으로 전망되고 있다. 국내 기업들 역시, ESG 경영을 강화하면서 기업의 태양광 발전 수요가 꾸준히 증가할 것 으로 예상된다. 국내 태양광 발전 시장의 규모는 2019년 26억 달러에 서 2025년 37억 달러로 연평균 5.8 % 증가할 것으로 전망되고 있다.
앞서 언급한 것과 같이, 태양광 발전 시장은 급격하게 성장하고 있 다. 태양광 발전 시장의 전 세계적인 성장은 태양광 O&M 시장도 전 세계적으로 성장할 수 있음을 의미한다. 해외 태양광 O&M 시장은 2020년 50억 달러에 달했으며, 2025년 94억 달러에 이를 것으로 예상하고 있다. 지역적으로는 아시아태평양 지역이 2025년 41억 달 러로 가장 많은 비중을 차지할 것으로 보인다. 태양광 발전 시스템의
그림 3 국내외 태양광 수요현황 및 전망 (단위 : GW)
220210 200190 180170 160150 140130 120110 10090 8070 6050 4030 2010
0 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
국외 98 110 120 144 180 200 210
국내 1.4 2.1 3.1 3.6 4.1 4.3 4.5
출처 : 한국 수출입은행, 2021 상반기 신재생에너지 산업 동향 보고서, 2021, KISTI 재구성
표 1 태양광 발전 국내외 시장규모 및 전망 (단위 : 백만 달러)
구분 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR(%)
국외 70,900 76,600 82,800 89,500 96,800 104,600 113,100 8.1
국내 2,650 2,800 2,960 3,140 3,320 3,510 3,710 5.8
출처 : MarketsandMarkets, Photovoltaic Market, 2020
태양광 발전시스템에 대한 O&M 시장 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 049 태양광 발전시스템에 대한 O&M 시장 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 049
그림 4 태양광 O&M 국내외 시장규모 및 전망 (단위 : 백만 달러) 10,000
9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000
구 분 0 2020 2021 2022 2023 2024 2025
국외 4,100 5,000 5,900 6,800 7,900 9,400
국내 150 179 207 233 265 308
출처 : Wood Mackenzie, Global solar PV operations and maintenance (O&M) economics market report, 2021, KISTI 재구성
해외 시장규모와 비교했을 때, 태양광 O&M 시장규모는 약 7 %를 차지하고 있다고 할 수 있다. 그리고 국내외 태양광 발전 시장규모를 기반으로 추정한 결과, 국내 태양광 O&M 시장은 2020년 15억 달 러, 2025년 30억 달러에 이를 것으로 예상된다.
3) 정책동향
국내 태양광 O&M 시장은 본격적으로 성장할 것으로 예상된다.
최근 5년간 양적 위주의 R&D 지원 정책을 실시해왔던 정부가 설
치시공 및 유지관리 측면에서 질적 향상을 위한 대책을 제시하였 다. 산업통상자원부는 2020년9월 개최한 ‘그린뉴딜 정책간담회’에 서 국내 태양광 산업에 대한 기술력을 강화하기 위해 3대 분야(고효 율, 신시장, 단가저감)에 대한 집중 투자 등 태양광 R&D 지원체계 개선 방향을 제시하는 태양광 R&D 혁신전략을 발표하였다. 발표된 혁신전략 중 태양광 산업에 대한 신시장으로서 빅데이터, AI 등 ICT 기술을 태양광 발전시스템과 융합하여 고부가가치를 창출하기 위 한 ICT 융합 지능형 서비스 개발 및 O&M 분야 등이 포함되어 있다.
이를 위해 정부는 신시장에 대해 2024년까지 총 978억 원을 투자 할 예정이다.
표 2 태양광 시장에 대한 3대 분야(고효율, 신시장, 저단가) R&D 투자 계획 (단위 : 억 원)
출처 : 산업통상자원부, 태양광 R&D 혁신전략, 2020, KISTI 재구성
구분 2020 2021 2022 2023 2024 계
고효율 태양전지
결정질 실리콘 전지 119 161 157 170 152 759
탠덤 전지 109 207 174 272 391 1,153
신시장 및 신서비스 창출
(태양광 O&M 포함) 239 267 243 133 96 978
저단가 공정기술 개발 26 49 102 141 100 418
기타 246 120 167 138 134 805
합계 739 804 843 854 873 4,113
그림 5 에너지혁신기업의 성장이 기대되는 6대 핵심 유망분야
출처 : 에너지신산업 생태계 활성화를 위한 에너지혁신기업 지원 전략, 2020, KISTI 재구성 시장제도 개선형
(제도개선으로 新시장 창출) 공동추진형
(제도보완+실증) 대형수요처 연계 실증형
(실증을 통한 트랙레코드 확보)
또한, 녹색산업 혁신생태계 구축을 위해 ‘에너지혁신기업 지원 전략’을 수립·발표하였다. 이를 통해 2025년까지 에너지혁신기업 4,000개를 발굴하고 지원하겠다고 밝혔다. 유망 에너지혁신기업 육 성을 위해 에너지산업의 패러다임 변화, 기업들의 역량과 잠재력, 중 장기 정책 방향 등을 고려하여 ‘6대 핵심 유망분야’를 집중적으로 지 원하는 계획을 발표하였으며, 6대 핵심 유망분야에는 태양광 O&M 분야가 포함되었다. 정부는 태양광 O&M 분야를 육성하기 위해 표준 화된 효율지표(일사량, 설비용량, 온도 등을 고려)를 개발하고, 대형 발전소에 대한 예측·분석 의무와 효율목표 부과를 추진하기로 하였 다. 또한, O&M 분야의 전문화를 위해 태양광 O&M을 위한 필수 고 려사항, 유지보수에 필요한 필수 작업, 데이터 관리 방법 등이 포함된 태양광 O&M 표준 매뉴얼을 제정하고, 관련 기술·서비스 혁신을 위 한 R&D 예산도 확대할 예정이다.
4) 애널리스트 인사이트
기후변화 등 환경에 대한 이슈로 인해 태양광 발전시스템은 많은 주목을 받고 있다. 태양광 발전 시장이 세계적으로 성장하고 있는 만 큼 태양광 발전시스템의 고장으로 인한 피해를 줄이고자 발전시스템 고장진단 제품과 기술에 대한 필요성과 수요가 증가하고 있다. 태양 광 발전시스템의 고장 등에 대한 O&M 관련 기술은 ‘발전시스템 고 장 발생 후 조치’를 실시했던 노동집약적인 방법에서 IoT 센서, 빅데
이터, AI 등 첨단기술을 이용한 빠른 고장진단 등 사전예방 기술로 전환되었다. 이와 같은 기술의 발전은 태양광 O&M 분야에도 빅데 이터와 AI의 시대가 성큼 다가왔다고 할 수 있으며, ICT 융합 지능형 서비스를 통해 태양광 O&M 시장의 성장을 촉진시키는 요인이라고 할 수 있다.
O&M 서비스의 변화
고장 발생 후 유지보수 예방 유지보수 예측 유지보수
임박한 고장을 예측하기 위한 센서 기반 데이터 유추 유지보수 기법
고장을 사전에 예방하기 위한 정기적 유지보수 기업
고장 발생 이전에 유지보수 활동이 없음
자료 : 시장전문가 인터뷰를 기반으로 KISTI 작성 그림 6 태양광 발전시스템 O&M 서비스 변화
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그림 7 열화상 카메라를 이용한 태양광 발전시스템 고장진단
자료: Solar Today, http://www.solartodaymag.com/news/articlePrint.html?idxno=1627 IoT 센서와 빅데이터 기술의 발전은 태양광 발전시스템을 운영하 면서 발생하는 다양한 데이터를 수집할 수 있게 하였으며, 이를 통한 빅데이터의 구축이 가능하게 되었다. 그리고 수집된 데이터를 기반으 로 AI를 적용함으로써 태양광 발전시스템에 대한 모니터링, 예방 정 비, 발전량 예측, 고장진단 등을 신속하고 정확하게 진행할 수 있게 되었다. 예를 들어, 열화상 카메라를 이용한 검사 방법에서 AI의 적용 은 태양광 패널에 대한 고장 위치를 검출하면서 균열, 스크래치, 흠집 과 같은 결함 등 고장의 종류를 분석·검출할 수 있다. 그리고 전압-전 류 곡선에 대한 빅데이터 기반 분석과 AI 기반의 진단 기술을 통해 태 양광 모듈의 고장 부분을 정확하게 식별할 수 있다. 이로 인해 고장 진단에 대한 효율성을 크게 높일 수 있으며, 진단을 위한 비용과 발 전 손실을 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다. 최근 첨단기술이 AI, 디 지털 전환(Digital Transformation, DX) 등을 통해 솔루션, 플랫폼
형태로 다양한 산업 분야에 적용 중이므로 2025년 이후에는 태양광 O&M 분야에서도 AI 기술과의 융합이 적극적으로 이루어질 것으로 예상된다.
태양광 발전시스템의 고장진단 기술을 포함한 태양광 O&M 시장 은 태양광 발전 산업에 대한 신시장으로 인식되고 있으며, 기존 태 양광 발전 산업을 성장시킬 수 있는 동력이 될 것으로 보인다. 그리 고 태양광 발전 시스템에 대한 효율적인 유지 및 운영을 위한 ICT 융합 지능 서비스 개발 등 태양광 O&M 분야를 지원하기 위한 정책 도 발표되고 있다. 그리고 빅데이터와 AI 등 첨단기술이 적용되어 태양광 발전시스템 O&M 기술이 고도화되고 있다. 따라서 태양광 O&M 시장에 대한 지속적인 관심을 가질 필요가 있으며, 이와 함께 태양광 O&M 기술과 융합 가능한 첨단기술 등에 대해서도 주목할 필요가 있다.
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