미국 태양광 업계, 탠덤 패널 상용화 경쟁

미국 태양광 패널 제조업체들이 지금 팔리는 대부분의 패널보다 전기를 약 25% 더 만든다는 새 패널의 상용 판매를 앞두고 있다. 실리콘 위에 두 번째, 세 번째 소재층을 쌓아 같은 햇빛에서 더 많은 전기를 뽑아내는 탠덤(tandem) 태양광이다. 한화큐셀과 탠덤PV, 퍼스트솔라는 시험과 인증을 거쳐 곧 제품을 내놓을 준비가 됐다고 밝혔다. 세계 패널과 부품 시장의 약 80%를 쥔 중국에 밀려 공장을 잃었던 미국 업계는 이 세대 교체를 따라잡을 기회로 보고 있다.

원리는 햇빛을 층마다 나눠 받는 것이다. 기존 패널은 실리콘 한 층이 빛을 받는데, 탠덤은 위층의 페로브스카이트(perovskite) 박막이 먼저 일부 파장을 흡수하고 통과한 빛을 아래 실리콘이 받는다. 그물코가 다른 그물 두 장을 겹쳐 치는 어부를 떠올리면 쉽다. 위 그물이 놓친 고기를 아래 그물이 건지니 같은 바다에서 더 많이 잡는다. 탠덤PV는 실리콘만으로는 놓치는 햇빛 스펙트럼을 더 잡아 같은 면적에서 더 많은 전기를 만든다고 설명했다.

가장 먼저 인증 관문을 넘은 곳은 한화큐셀이다. 한화큐셀은 7월 독일 인증기관 TÜV 라인란트로부터 탠덤 모듈이 IEC 61215와 UL 61215 신뢰성 기준, IEC 61730과 UL 61730 안전 기준을 충족했다는 인증을 받았다고 발표했다. 두 기준을 모두 충족한 탠덤 인증은 업계 처음이라는 것이 회사 측 설명이다. 메탈이 확인한 한화큐셀 발표문에 따르면 이 셀과 모듈은 독일 비터펠트볼펜 연구개발 시범 라인에서 양산 공정만으로 만든 것이다. 구조는 페로브스카이트 위층과 회사의 Q.ANTUM 실리콘 아래층을 묶은 2단자 방식이고, 출력 측정은 다중접합 모듈용 기준인 IEC TS 60904-1-1을 따랐다.

인증서 한 장으로 끝나는 일은 아니다. 한화큐셀은 독일 연구소뿐 아니라 미국과 호주, 키프로스, 한국의 야외 시험장에서 패널을 돌렸다. 강한 LED 빛을 쬐어 출력을 재고, 구슬만 한 것부터 골프공보다 조금 큰 것까지 얼음덩이를 쏘아 우박을 견디는지 확인했다. 사막의 열기나 폭우 속에서도 20~30년을 버틴다는 확신을 발전사와 투자자, 대출기관에 주려는 시험이다. 파비안 페르티히 한화큐셀 독일 탠덤 연구개발 책임자는 인증을 발표하며 "이 이정표들을 넘었다는 것은 믿을 수 있고 돈을 아끼며 더 잘 작동하는 제품을 시장에 내놓는 데 가까워졌다는 뜻"이라고 말했다.

실리콘밸리 스타트업 탠덤PV는 공장으로 답했다. 회사는 4월 캘리포니아주 프리몬트에 약 6만5000제곱피트(약 6000제곱미터) 규모의 상업 실증 공장을 열었다. 연간 명판 생산능력은 약 40메가와트이고, 이 공장 패널은 연구용 소자보다 약 60배 크다. 회사가 밝힌 내부 시험 효율은 29.7%이고, 가속 수명 시험에서 최신 패널의 연평균 출력 손실은 1% 미만으로 1년 전보다 약 10배 나아졌다. 스콧 워튼 탠덤PV 최고경영자는 "인상적인 연구 결과에서 상업적으로 의미 있는 규모의 반복 가능한 생산으로 옮겨 가는 전환점"이라고 공장의 의미를 밝혔다.

탠덤PV의 목표는 올해 첫 상용 패널을 팔고 2028년 대량 생산에 들어가는 것이다. 회사는 지난 1년 동안 미국 여러 지역의 서로 다른 조건에서 패널을 시험해 왔다고 밝혔다. 워튼은 현지 보도에서 2030년대 중반이면 탠덤 패널이 업계를 지배할 것이며 탠덤 전환에 업계 이견이 없다고 주장했다. 회사는 지금까지 벤처캐피털과 부채, 정부 지원으로 8700만 달러를 조달했다.

퍼스트솔라는 다른 길에서 같은 지점에 닿는다. 중국 업체들이 시장을 휩쓰는 동안 살아남은 몇 안 되는 미국 제조업체인 퍼스트솔라는 실리콘 대신 카드뮴텔루라이드(CdTe) 박막으로 패널을 만든다. 회사는 2024년 연차보고서 주주서한에서 탠덤을 이루는 반도체는 모두 박막이어야 하며 박막 기술 없이는 탠덤도 없다는 입장을 밝혔다. 다른 제조업체들도 탠덤의 여러 층을 만들려면 박막 기술을 완성해야 할 가능성이 크다는 뜻이다. 마크 위드마 퍼스트솔라 최고경영자는 탠덤 프로그램을 포함한 박막 연구개발에 20억 달러 넘게 투자했다고 현지 보도에서 말했다.

수요는 이미 와 있다. 미국태양광산업협회(SEIA)와 우드매켄지에 따르면 올해 상반기 미국 전력망에 새로 붙은 발전 설비의 70%가 태양광과 배터리였다. 미국 에너지정보청(EIA) 집계로 2025년 미국 전력에서 태양광 비중은 약 9%로 2020년 3%의 세 배가 됐다. AI 개발에 쓰이는 데이터센터가 끌어올린 전력 수요는 이 비중을 더 밀어 올리는 압력이다. 메탈은 구글이 핀란드 로비사 원전 전력의 최대 절반을 22년 동안 사들이기로 한 전력구매계약을 보도한 바 있다. 빅테크가 전력원을 가리지 않고 확보하는 시기에 같은 땅에서 전기를 더 뽑는 패널은 곧바로 사업성의 문제가 된다.

업계가 앞세우는 숫자는 설비 이용률이다. 설비가 1년 내내 최대 출력으로 돌았다고 가정한 양 대비 실제 생산량의 비율로, EIA에 따르면 원전은 보통 90% 초반, 대형 천연가스발전소는 약 58%, 미국 태양광 발전소 평균은 약 24%다. 태양광은 해가 떠 있을 때만 전기를 만들고 받은 빛을 모두 전기로 바꾸지 못하기 때문이다. 업계 경영진은 탠덤 패널의 설비 이용률이 31%를 넘을 수 있다고 주장한다. 그만큼 같은 전력을 더 적은 땅과 케이블, 지붕으로 만들 수 있고, 탠덤PV는 인건비와 토지, 주변 설비가 대형 태양광 건설비의 약 75%를 차지한다며 효율이 곧 비용 절감이라고 설명했다.

가장 큰 걸림돌은 가격이다. 일부 추산에 따르면 탠덤 패널은 실리콘 한 층으로 만든 기존 제품보다 3배에서 3.5배까지 비쌀 수 있다. SEIA 보고서 기준으로 대형 발전소용 기존 패널을 사서 설치하는 비용은 와트당 약 0.93~1.06달러다. 안드레스 글루스키 AES 최고경영자는 중국 업체들이 패널을 매우 싸게 팔기 때문에 탠덤의 성패는 가격이 가를 것이라고 현지 보도에서 말했다. 그는 중국이 세계 수요의 두 배도 공급할 수 있을 것이라고 봤다.

내구성 증명도 남았다. 과학자들은 수십 년 전 초기 탠덤을 만들었지만 열과 습기, 거센 우박을 견디게 하는 데 오랜 시간이 걸렸다. 체탄 크리슈나 RMI 책임연구원은 아직 모르는 열화 문제가 있을 수 있다며 수명을 둘러싼 의문을 제기했다. 페르티히 책임자도 전력 업계가 신기술 앞에서 상당히 보수적이며 은행을 납득시켜야 한다고 인정했다. 웨인 리 미국 전력연구소(EPRI) 책임연구원은 일부 에너지 기업이 뒤처지지 않으려고 초기형 탠덤을 이미 샀지만 제조사들이 세부 데이터를 잘 공유하지 않는다며 폭넓은 제3자 시험이 필요하다고 지적했다.

정치와 역사도 변수다. 트럼프 행정부와 의회 공화당은 화석연료와 원전 이용을 늘리려 하면서 신규 태양광 발전소가 연방 허가를 받기 어렵게 만들었다. 2010년 무렵까지 미국과 독일, 일본 기업이 이끌던 시장은 훨씬 낮은 가격을 내건 중국 업체들에 무너졌다. 바이든과 트럼프 행정부는 관세와 보조금으로 미국 태양광 제조업을 되살리려 했고, 2012년 독일 큐셀을 인수한 한화는 애틀랜타 북쪽 카터스빌을 포함한 조지아주 생산라인에 수십억 달러를 투자했다. 마이크 카 미국태양광에너지제조업연합 전무이사는 중국 기업들도 탠덤을 개발하고 있지만 기술이 미국보다 낫지 않고 오히려 뒤처졌을 수 있다고 주장했다.

이번 경쟁의 승패는 실험실 효율 기록이 아니라 은행이 대출 서류에 서명하느냐로 갈린다. 미국 업계는 인증서와 실증 공장, 수십억 달러의 연구 투자로 증명의 첫 단계를 넘었다. 다음 관문은 발전사가 20년 넘게 버틸 패널이라고 믿고 값을 치를 만큼의 현장 데이터와 가격이다. 탠덤이 중국을 따라잡는 수단이 되려면 효율의 차이를 와트당 가격의 차이로 바꿔 보여 줘야 한다.