데이터분석본부 호남지원 전문위원
정 인 수
Tel: 062-954-7112 e-mail: [email protected]KEY FINDING
1. 태양광 설치용량이 증대하면서 전 세계적으로 폐기되는 태양광 패널의 처리가 중요한 이슈로 부각되고 있으며, 태양광 폐패널의 재활용 기술 및 신규 사업모델 개발의 필요성이 높아지고 있다.
2. 태양광 폐패널의 세계 재활용 시장규모는 2022년 205백만 달러에서 2026년 478백만 달러로 증가해 연평균 성장률이 20.2
%에 이를 것으로 전망된다. 국내 시장규모는 2022년 151억 원 수준에서 2026년 176억 원으로 증가할 것으로 전망된다. 그러나 2030년대 이후에는 보다 높은 성장성이 예상된다.
3. 정부에서는 「제1차 자원순환 기본계획 (2018~2027)」에 따라 2022년까지 태양광 패널 회수·보관 체계를 구축하고 재활용 기술개발 등 기반을 마련하고, 「전기·전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률(2021.01. 개정)」에 태양광 폐패널 품목을 포함해 2023년1월부터 EPR이 시행되며, 업체는 회수한 폐패널을 80 % 이상 재활용해야 된다.
4. 태양광 폐패널의 재활용 시장은 높은 성장성이 기대된다. 이는 선행시장인 태양광 발전 시장이 연간 39.0 %에 이르는 높은 성장성을 보이고 있는데 기인하며, 발전량의 증가는 태양광 폐패널의 배출량 증가를 필연적으로 동반하게 될 것이기 때문이다.
5. 태양광 폐패널의 소재 다양성을 감안하였을 때 중소기업의 기술개발 방향성으로는 태양광 폐패널의 부품별 및 소재별 친환경 탈거, 보관, 수거, 분해, 분리 기술의 확보 등이 필요하며, 사업성을 검토하면 자원회수 수율의 확대와 대량 생산 기술의 개발을 통한 시장진입을 시도하는 것이 필요하다.
ASTI MARKET INSIGHT 2022- 072
1) 시장의 개요
세계적인 에너지믹스 개편으로 각국 정부의 탈탄소 정책과 친환 경 에너지로의 전환 계획으로 재생에너지에 대한 투자가 본격화되고 있다. 특히 재생에너지 중에서도 태양광의 발전량과 시설 설치용량 이 최근 급증하고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 세계 태양광
설치용량은 2010년 4만 MW에서 2025년 151만3,000 MW로 무 려 40배 가까이 증가할 것이며, 2020년의 경우 전 세계 신규 발전소 의 50 %, 2025년에는 3분의 2를 차지할 것이라고 전망했다. 국내도 2000년대부터 태양광 사업이 본격적으로 시작되었으며, 2010년대 중반 이후 가파르게 성장했으며, 2015년 최초로 태양광 신규 설치량 1GW를 돌파하고 2021년에는 4GW를 넘어섰다(그림 2).
태양광 패널 재활용
태양광 폐패널의 재활용 산업
확대에 따른 기업 기회 확대 기대
02 03
그림 1 글로벌 태양광 발전용량 추이
2005년 단위: 원
5,000 4만
22만6,000
72만8,000
151만3,000
2010 2015 2020 2025
출처 : 국제에너지기구(IEA) 출처 : 한국에너지공단
단위: MW 5,000 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000
0 500
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 그림 2 국내 태양광 발전용량 추이
따라서 전세계적으로 태양광 발전 시장이 급성장하면서 수명이 약 20∼25년인 태양광 패널의 사용기간 만료와 리모델링 및 발전시설 폐쇄 등으로 폐패널이 대량으로 발생하는 것은 필연적이라고 할 수 있 다. 태양광 패널의 핵심부품은 반도체소자인 태양전지이며, 태양전지 의 최소단위를 셀이라고 하는데 태양광 패널은 약 15 cm 크기의 셀 이 연결된 형태로 프레임-유리-밀봉재-태양전지-밀봉재-백시트- 정션박스의 구조로 되어 있다. 태양광 패널은 태양전지의 종류에 따라 크게 실리콘계, 화합물계, 유기계, 유/무기계로 나눌 수 있으며, 이 중 국내 시장의 90 %는 결정질 실리콘계(c-Si)가 차지하고 있다. 태양광 패널은 알루미늄 프레임 8 %, 강화유리 76 %, EVA/백시트(폴리머) 10 %, 셀(실리콘) 5 %, 기타 금속류 1 % 등으로 구성되어 있다.
태양전지의 종류에 따라 재활용 기술의 특성이 다를 수 있지만, 아 직 초기 단계이기 때문에 기술체계(Tech Tree)가 정립되지 않았다.
일반적으로 실리콘계 태양광 폐패널은 프레임 및 정션 박스 분리→유 리 분리→밀봉재(EVA) 제거→태양전지 내 금속 회수→백시트 분리 단계로 재활용 처리되고 있다.
표 1 실리콘계 태양광 패널 분석 분류
패널 종류 분석 분류
구성물질 재활용 방법 회수물질
실리콘계
프레임
물리적, 화학적, 열적, 광학적, 전기화학적
알루미늄(Al) EVA
(밀봉제)
유리 셀
태양전지 실리콘(Si)
은(Ag)
구리선 구리(Cu)
그림 3 글로벌 태양광 발전용량 추이
출처 : 국제에너지기구(IEA)
프레임 유리 밀봉재 태양전지 밀봉재 백시트 정션 박스
태양전지 모듈을 구성하는 재료들의 재활용은 자원 재활용 측면뿐 만 아니라 환경적으로도 태양전지 모듈에 함유된 납을 회수해 환경 을 보호하는 측면도 강하다. 일반적으로 태양광 모듈의 재활용 단계 는 6단계로 나눌 수 있으며, 폐기된 태양광 모듈의 회수 공정, 열처리 공정, 각 부품별 분류 공정, 화학적 처리 공정, 결정성장 공정, 새로운 태양광 모듈 제조 공정으로 분류된다. <그림 4>에서는 일반적인 태양 광 모듈의 재활용의 전 주기를 보여주고 있다.
2) 정부 정책 및 규제현황
정부는 「제1차 자원 순환 기본계획 (2018~2027)」에 따라 2022 년까지 태양광 패널 회수·보관 체계를 구축하고 재활용 기술개발 등 의 기반을 마련해야 한다. 따라서 ‘생산-소비-관리-재생’으로 이루 어진 순환경제 정책을 추진하고 2027년까지 폐기물 원 단위 발생량 20 % 감축, 순환 이용률 70 %-를 82 %로의 향상을 목표로 세부정 책과 시행계획을 수립하였다. 그리고 전기차 폐배터리, 태양광 폐패 널 등 신규 발생 폐기물 중 재사용·재활용의 필요성이 높은 제품을 수 거 및 보관하는 ‘미래폐자원 거점 수거 센터’를 구축할 예정이다.
2015~2020년 태양광 폐패널 재활용 기술 분야에 대한 정부 R&D 투자규모는 총 53,425백만 원 수준이며, 연평균 11.5 %의 증가율을 보이지만 그 규모가 아직 미미한 수준이다. 증대하는 폐기물과 신규 폐기물에 대한 이슈를 해결하기 위해 「자원기술 R&D 투자 혁신전 략(안) (2020.04.)」을 부처 협동으로 수립해 효율적인 (재)활용을 위 한 자원기술 R&D 전략을 발표하였다. 이를 이행하기 위해 자원기술 R&D 방향의 구체화, 중점투자영역 도출 등의 「자원기술 R&D투자 로드맵 (2021.04.)」을 수립하였고, 지속가능한 자원순환 측면에서의 물질 재활용, 재제조 분야의 R&D 투자를 강화해 성능복원 고도화 및 품질평가·인증기술 확보로 재활용 극대화를 목표로 제시하였다.
태양광 폐패널을 포함한 신규 발생 폐자원은 구성요소가 다양하고 기술이 미흡하므로 유해성·성능 평가, 해체·선별 등 재활용 전주기 공정에 대한 기술개발을 지원한다. 그리고 태양광 패널의 경우 「전 기·전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률(2021.01. 개정)」에 태양광 폐패널 품목을 포함해 2023년1월부터 EPR1)이 시행되며, 업 체는 회수한 폐패널을 80 % 이상 재활용해야 한다.
3) 시장 동향
시장 규모 및 전망
전 세계적으로 폐기되는 태양광 패널의 처리가 중요한 이슈로 부 각되고 있으며, 폐태양광 패널의 재활용기술 및 신규 사업모델의 개 발 필요성이 더욱 높아지고 있다. 태양광 폐패널의 재활용 시장은 해당 폐기물의 배출량을 추정해 산출하였다. 국제재생에너지기구 (International Renewable Energy Agenc, IRENA)에 의하면 세 계 태양광 폐패널의 배출량 규모는 누적기준으로 2016년 44~250 천 톤 규모에서 2030년에는 1.7~8백만 톤 규모로 증가하고, 2050 년에는 60~78백만 톤 규모가 될 것으로 전망되고 있다.
국내 태양광 폐패널의 발생량은 2020년 기준으로 175 톤, 2030 년 예상 발생량은 1만7,531 톤, 2040년 5만9,194 톤, 2050년 11 만5,250 톤으로 추정된다. 태양광 폐패널의 약 85 % 이상이 재활용 될 가능성이 있지만(IEA-IRENA, 2016), 현재는 폐패널 재활용을 위한 기술 개발이 선행되어야 하는 실정이다.
1) EPR(Extended Producer Responsibility, 생산자책임재활용제도) : 제품의 생산자에게 폐기물에 대하여 일정량의 재활용의무를 부여하고, 이행하지 않을 경우 재활용 부과 금을 생산자에게 부과하는 제도
그림 4 c-Si 태양광 패널의 재활용 체계
결정성 실리콘 모들의 라이프 사이클
PV 모듈
재활용 재사용
재활용 공정
원재료 생산공정
모듈
모듈 설치
그린에너지 발전
폐모듈 해체 그린에너지
발전 폐PV 모듈
수집
PV 모듈 생산
PV 모듈 폐PV 모듈 사용
수집
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경쟁 현황
유럽에서는 PV CYCLE이라는 단체를 중심으로 폐태양광 패널의 회수 및 재활용이 이루어지고 있으며, 유럽 내 국가들과 협력해 태양 광 폐패널 재활용을 위한 R&D 프로젝트를 추진하고 있다. CU-PV 프로젝트(Cradle-to-cradle Sustainable PV Modules Project, 2012~2015)에서는 태양광 폐패널의 처리 과정에서 발생하는 환경 영향을 최소화하기 위한 프로젝트를 추진하였고, PV Mo.Re.De 프 로젝트(Photovoltaic Panels Mobile Recycling Device Project, 2013)에서는 태양광 폐패널 모바일 재활용 장치 개발을 목적으로 이 동식 또는 고정식 기반으로 작동하는 컨테이너를 개발하는 프로젝 트를 추진하였으며, FRELP 프로젝트(Full Recovery End of Life Photovoltaic Project, 2013)에서는 수명이 다한 결정질 실리콘 폐 태양광 패널을 100 % 재활용하는 것을 목표로 7,000 톤/년 용량의 자동화 플랜트를 구축하는 프로젝트를 5년간 진행하였다.
미국 퍼스트솔라(First Solar)는 2005년에 태양광 모듈의 리사 이클링 프로그램(Recycling Module Collection and Recycling Program)을 만들어 운영하고 있다. Cd/Te의 환경규제에 대응하기 위하여 만들어졌으며, 실리콘 태양전지 리사이클링 프로그램을 위해 서 유럽 PV Cycle 제도와 유사한 정책을 도입해 실시하고 있다.
일본에서는 키타큐슈시에 태양광 발전 재활용 거점 도시를 조성하 였으며, 2015년부터 태양광 발전 리사이클 기술개발 프로젝트를 추 진하고 있다. 토호카세이(Toho Kasei)는 습식 공정 방법으로 무거운 유리가 하단에 가라앉고 가벼운 Si+EVA는 상단에 떠오르는 비중 차 이에 의한 패널 분리 공정을 개발하였다. 하마다(Hamada)는 저비용
으로 태양광 폐패널을 재활용하는 기술을 연구하는 것을 목표로 열처 리 또는 화학적 처리가 아닌 절단용 폼커터인 핫나이프(Hot Knife)에 의해 물리적으로 판유리를 분리하는 기술을 연구하였다.
중국에서는 IEE (중국 전자공학연구소, Institute of Electrical Engineering) 주도로 태양광 폐패널 원료를 재활용하는 기술개발 프로젝트를 진행하였으며, CARES(중국 환경과학연구원, Chinese Research Academy of Environmental Sciences)는 가열로에 서 반복적인 열처리를 통해 기존 유기용매 이용 대비 단시간에 판유 리 및 셀을 분리하는 연구를 진행하였으다. 그리고 잉리솔라(YingLi Solar)는 태양광 패널을 파쇄한 후 –197 °C에서 분쇄하고 Si 혼합 파 우더(Si, Ag, Al 등), 백시트, EVA의 세가지 분말을 물리적 방법으로 회수하는 친환경적인 방법을 연구하였으며, 물리적 방법을 통해 얻은 분말은 약 90 %의 재사용율을 보였으나, Si는 낮은 순도로 인해 태양 광 패널에 재이용되지 못하고 있다.
국내에서도 태양광 폐패널의 재활용 필요성이 대두된 지 얼마 되 지 않았는데도 불구하고 매우 시급한 사안이 되었다. 현재 폐패널 관 련 사업을 하고 있는 기업은 ㈜우원테크, ㈜윤진테크, ㈜라인테크솔 라, 원광전력(주), ㈜원광에스앤티 등이 있으며, 특히 태양광 폐패널 의 재활용 장비를 생산하고 있는 기업은 ㈜우원테크가 유일하다.
㈜우원테크는 전기전자 관련 시험 장비와 신재생 에너지 관련 기 업으로 태양광 발전기, 폐태양광 재활용 장치, 플라즈마 조명, 태양광 관련 장비 등을 생산, 판매하고 있다. 동사의 매출액은 2020년 기준 879백만 원이며, 영업이익 3백만 원, 자본금은 2억 원이다. 그리고 2019년 영업이익 및 당기순이익이 흑자로 전환된 기업으로 아직 기 업규모는 영세한 편이다.
그림 5 세계 태양광 폐패널 배출량 추이
100 5,000
4,500 4,000 3.500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 100
Cumulative PV panel waste(million t) Cumulative PV capacity(GW)
90 80 70 60 50 40 30 20
0 2016
43,500 250,000 1.7Million 8Million
78Million
2030 2050
10
Prospect of Solar Panel Waste Worldwide, 2016-2050
Regular-loss scenario Early-loss scenario Linear(Cumulative PV capacity) 60Million
1,630GW
270GW
4,500GW
출처 : IEA-IRENA(2016) 출처 : 임송택, 2019 태양광 폐패널 발생 및 처리 동향, 코네틱 리포트, 환경부
만 톤 12
10
8
6
4
2
2018 2020 2030 2040 2050
0.002 0.018
1.8
5.9
11.5
0
그림 6 국내 태양광 폐패널 발생 전망
㈜윤진테크는 전자부품, 폐가전 제품 재활용, 폐유리, 폐합성수 지 재생업, 비철 금속 폐기물 수집 및 운반 기업이다. 동사의 매출 액은 2019년 기준 3,782백만 원이며, 영업이익은 443백만 원, 자 본금은 90백만 원 수준이다. 그리고 2020년 현재 연간 1,000 톤 의 태양광 폐패널 재활용 시설을 보유하고 있으며, 2021년부터는 2,500 톤/년으로 처리물량을 증축하였다. 다만 태양광 폐패널의 재 활용 사업을 수행하는 기업으로서 재활용 장비 자체를 개발, 사업화 하는 것은 아니다.
㈜라인테크솔라는 친환경에너지 사업을 주력으로 하는 기업으로 태양광 발전사업, 태양광 시공, 태양광 철거 등을 사업 분야로 수행 하고 있다. 동사는 현재 태양광 패널 철거 사업을 수행하고 있지만, 폐태양광의 재활용 사업분야를 수행하고 있지는 않다. 그러나 2022 년 시설 가동을 목표로 처리용량 2,500 톤/년 규모의 재활용 시설을 신축하고 있어, 2022년 이후에 폐태양광의 재활용 사업 역시 진행 할 계획이다. 동사 역시 재활용 분야에 진입하기는 하지만, 해당 장 비를 개발, 사업화하는 것은 아니다.
원광전력(주)는 전기공사, 신재생 에너지 관련 사업들을 수행중인 중소기업이다. 동사는 전기 및 에너지 관련 공사가 주업이나 태양광 폐패널의 재활용 관련 기술을 개발, 사업화하려고 하고 있다. 해당 기술은 한국전력공사의 지원하에 개발하였다. 2020년 기준 매출액 은 8,992백만 원이며, 영업이익은 1,472백만 원, 자본금은 4500백 만 원이다. 회사의 매출액은 2018년 60억 원 수준으로 하락하였으 나, 이후 다시 회복해 90억 원 내외 수준을 유지하고 있다. 아직 태 양광 폐패널의 재활용이 주력 사업은 아니며, 향후 사업분야로 편입 하기 위해 기술개발을 진행중인 상태이다. 다만 해당 장비를 판매하 기 보다는 해당 장비를 기반으로 폐태양광 재활용 사업을 수행하는 데 보다 많은 관심이 있다.
㈜원광에스앤티는 태양광발전장치, 전기공사 등을 주업으로 하 는 중소기업으로 한국에너지기술연구원으로부터 태양광 폐패널 재 활용 장치에 대한 기술을 이전받아 사업화를 시도하고 있다. 매출액
은 2020년 기준 8,679백만 원이며, 영업이익은 533백만 원, 자본 금은 4,500백만 원이다. 매출액은 2017년 2,698백만 원에서 연평 균 47.6 %로 성장하고 있다. 동사 역시 태양광 폐패널 재활용 사업 에 진출을 계획하고 있기는 하지만, 장비 자체의 사업화에 대해서는 아직 구체적인 계획을 발표한 바 없다.
4) 분석자 인사이트
태양광 폐패널 재활용 시장은 최근 태양광 발전의 급증으로 환경 과 산업 측면에서 중요성이 증대되고 있다. 특히 전세계적인 친환경 에너지 정책의 추진은 태양광의 활용도를 증대시키면서 동시에 수명 을 다한 태양광 폐패널의 친환경적 처리에 대한 관심을 더욱 고조시 킬 것으로 예상된다.
태양광 폐패널의 재활용은 산업적 측면에서 초기 단계에 있다고 할 수 있다. 즉, 태양광 폐기물이 문제가 될 정도로 태양광 발전량이 급증한 것이 불과 최근이고, 25년 정도의 제품 수명 때문에 태양광 폐패널의 재활용에 대한 관심이 미미했던 것이 사실이다. 그러나 각 국의 규제에 의한 태양광 폐패널 재활용 요구가 증가하고 있어 동 시 장은 향후 높은 성장성이 예상된다고 할 수 있다.
태양광 폐패널 시장에 대한 5 Forces 분석한 바 ① 구매자들의 협 상력은 낮게 유지되고, ② 공급자들의 협상력도 낮게 유지되며, ③ 잠 재적 진입자의 위협은 보통에서 낮게 유지되고, ④ 대체재의 위협은 낮게 유지되면서 ⑤ 경쟁의 위협은 낮게 유지될 것으로 판단된다.
① 구매자들의 협상력 : 태양광 폐패널의 재활용 시장의 구매자는 주택 소유자 및 태양열 농장 소유자와 같은 태양광 패널 소유 자로 구성되어 있으며, 태양광 폐패널 재활용 서비스를 이용할 때 많은 비용이 발생한다. 또한 태양광 폐패널 재활용 서비스 는 설계 및 기술 전문지식 등이 필요하기 때문에 구매자가 후방 그림 7 ㈜우원테크의 주요 사업 제품
출처 : 우원테크 홈페이지(www.woowontech.co.kr)
핫나이프 백시트 분리장치 프레임 분리장치
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통합해 서비스를 제공할 가능성은 거의 없기 때문에 구매자들 의 협상력은 예측기간 동안 낮게 유지될 것으로 전망된다.
② 공급자들의 협상력 : 태양광 폐패널 재활용 시장의 공급업체 그룹은 규모가 크며, 원자재를 제공하는 회사와 태양광 패널 폐기물 수집을 촉진하기 위해 운송 서비스를 제공하는 회사로 구성되어 있으며, 설계 및 기술 전문지식이 필요하기 때문에 공급업체가 재활용 서비스를 제공하기 위한 전방 통합 가능성 은 거의 없기 때문에 공급업체의 협상력은 장기간 낮게 유지될 것으로 예상된다.
③ 잠재적 진입자의 위협 : 태양광 폐패널 폐기물 수집을 촉진하 기 위해 재활용 시설 및 유통 채널에 자본을 투자해야 하며,
마케팅 차별화된 서비스 규모가 요구되지만, 예측기간 동안 태 양광 폐패널 관리와 관련된 규제가 정비되면서 신규 참가자의 위협은 점차 낮아질 것으로 예상된다.
④ 대체재의 위협 : 태양광 폐패널을 재활용하면 폐기물이 재사용 되므로 순환 경제에 기여하고 지속 가능한 환경을 보장할 수 있 으므로 대체재의 위협은 낮게 유지될 것으로 예상되고 있다.
⑤ 경쟁의 위협 : 태양광 폐패널 재활용 시장은 다양한 산업 중심 의 참가자로 구성되어 있음에도 불구하고 시장은 예측기간 동 안 빠르게 성장할 것으로 예상되기 때문에 예측기간 동안 대체 재의 위협은 낮게 유지될 것으로 예측된다..
출처 : TechNavio, Global Solar Panel Recycling Market, 2018 그림 8 태양광 폐패널 재활용 시장의 5 Forces 분석
경쟁의 위협
Low
공급자들의 협상력
Low
잠재적 진입자의 위협
Moderate
대체재의 위협
Low
구매자들의 협상력
Low
2018년
경쟁의 위협
Low
공급자들의 협상력
Low
잠재적 진입자의 위협
Low
대체재의 위협
Low
구매자들의 협상력
Low
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