POE(폴리올레핀)가 봉지재로 주목 받는 이유

PID-free 및 낮은 수분침투율 등 EVA 보다 POE

이 주 야 기자

국내 모듈 업체들이 최근 관심을 갖고 있는 이슈는 일본 시장, 초저가형 모듈, 고효율 모듈, 특수 지역용 모듈로 압축해 볼 수 있다.

일본 정부의 보조금 정책으로 급성장한 일본시장 진출을 위해 업체마다 JET 인증용 모듈 개발이 활발히 이뤄지고 있으며, 중국산 모듈의 공급과잉으로 인해 저가형 모듈이 시장을 압도하고 있다. 이러한 치킨 게임에서 살아남지 못한 선텍(Suntech) 같은 모듈사들이 나타나고 있으며, 국내에서도 생존 경쟁을 위해 초저가형 모듈을 전략적으로 검토하는 업체가 생겨나기 시작했다. 또한, 계속되는 고효율 경쟁에서 뒤처지지 않기 위해 차세대 셀을 접목한 고효율 모듈 연구개발도 활발히 진행되고 있으며, 포화 상태인 기존 시장을 피해 신규시장 개척을 위한 사막, 수상용 모듈로 방향을 바꾼 업체들도 모습을 드러내고 있다.

이런 국내 업체들의 제품개발 방향은 결국 국내시장보다는 규모가 큰 해외시장에서 살아남기 위한 전략적 판단이다. 현재 국내 모듈 업체들은 각자의 장점을 살리고, 원자재 비용을 절감해 경쟁력을 갖춘 제품을 개발하기 위해 수많은 노력을 기울이고 있다. 아직 시장 상황이 예전처럼 회복되지 않은 상황에서 섣부른 설비 투자를 통한 덩치 키우기보다는 신제품을 개발하며 업황이 좋아지기를 기다리는 것이 현명한 선택으로 보인다.

요즘 신제품을 개발하는 업체들의 특징은, 기존 원자재에서 한계점을 느끼고 차별화 전략을 위한 새로운 원자재를 검토하고 있다는 것이다. 업체들은 중국산 저가형 원자재는 물론, 기존에 사용하던 원자재와 물성이 전혀 다른 원자재의 검토도 활발히 이뤄지고 있다.

이 가운데 기존 제품보다 성능이 가장 많이 개선된 자재가 봉지재(Encapsulant)이다. 봉지재는 공정을 맞추기가 쉽지 않아 개발자들이 한 번 개발을 하고 공정을 세팅하면 신규 원자재 검토를 꺼리는 원자재 가운데 하나지만, 개선된 물성 때문에 신규 원자재를 검토하는 업체들이 늘어나기 시작하고 있다.

태양광 봉지재 성능 개선 눈에 띄네!

봉지재의 종류에는 EVA, POE, PVB, 실리콘, 아이오노모 등이 있으며, 현재 상용화돼 가장 많이 사용되고 있는 봉지재는 고온의 라미네이션(Lamination) 공정을 위해 롤로 공급되고 있는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate Copolymer : 에틸렌초산비닐 공중합체)이다. 그러나 최근에 PID(Potential Induced Degradation : 고전압 환경에서 발생하는 출력 저하 현상) 이슈가 제기되면서, 체적저항과 수분 침투율을 강화한 Anti-PID EVA 제품과 POE(Polyolefin : 폴리올레핀) 제품에 대한 관심이 늘어나고 있다. 특히, POE 제품은 기존 EVA와 달리 초산이 발생하지 않아, 내구성 면에서 PID 문제가 거의 발생하지 않는 원자재로 알려져 있으며, 수분 침투율이 낮아 수상용 모듈을 개발하는 업체들이 많은 관심을 갖고 있다.

태양광에서 사용되는 POE 제품은 크게 열경화성(Thermo-set Plastic) 제품과 열가소성(Thermoplastic) 제품으로 나눌 수 있다. 일반적으로 열경화성 제품이 많이 사용되고 있는데, 열가소성 제품은 더운 여름이나 모듈에 높은 온도가 발생할 경우, 봉지재가 녹아 셀의 고정에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

실제로 일부 모듈업체의 테스트 결과에 따르면, 테스트 도중에 정션박스가 붙어 있는 백시트가 모듈에서 늘어나는 현상까지 보이기도 했다. 이에 반해 STR사의 제품은 열경화성 제품으로 열에 강해, 이런 문제가 일어나지 않으며, 가교(Cross-linking) 후에도 결정도(Crystallinity)가 낮아 130℃의 핫스팟(Hot Spot) 테스트에서도 높은 내구성을 자랑한다.

또한, STR 제품의 가장 큰 장점은 낮은 수분침투율로 2g/m²/day 이하의 MVTR(Moisture Vapor Transmittance Rate) 값을 가지며, 체적 저항 값도(Volume Resistivity) 1x1016Ohm·cm 값을 가져, 모듈 표면 유리에서 발생하는 이온 이동을 최소화한다. 그리고 UV Cut 파장이 300nm인 제품도 개발돼 모듈의 효율을 높이는 데도 도움이 된다.

독일의 테스트 기관인 프라운호퍼(Fraunhofer)에서 실시한 출력 테스트 결과, STR의 UV Cut-Off 제품인 HLT(High Light Transmission) 시리즈 봉지재는 일반 제품을 사용했을 때보다 모듈 출력을 1% 더 향상시키는 효과를 보여줬다. 이 테스트는 1,000시간 Damp Heat 테스트 후에 나타난 결과라 더 큰 의미를 갖는다. 또한 공정 조건도 EVA와 비슷해 기존 라미네이션 공정으로 사용할 수 있는 장점도 있다.

POE, 내구성 문제 및 PID 이슈 커버 가능

POE 제품이 EVA보다 내구성이 좋다는 데는 모두 동의하지만, 현재 평방미터(sqm)당 약 1달러의 가격차는 부담스러운 부분이다. 하지만 장기적인 관점에서 살펴보면, 현재 가장 많이 사용되고 있는 250W 모듈을 기준으로 장당 약 1.7m²의 POE를 앞뒤로 사용할 경우, 모듈에 사용되는 봉지재 가격은 W당 1센트 정도 상승한다.

이는 다른 값싼 원자재를 사용했을 경우 발생할 수 있는 내구성 문제와 PID 이슈를 충분히 상쇄할 수 있는 수준이다. 또한 POE는 소재 자체가 EVA보다 싸기 때문에, 향후 장기적인 관점에서 가격이 하락할 가능성이 높은 소재인 점도 긍정적으로 검토가 진행되는 요인 가운데 하나이다.

STR POE의 경우 실제로 세계 고효율 모듈의 선도 업체인 파나소닉(Panasonic)과 선파워(SunPower)의 고효율 모듈에 적용돼 검토 중에 있으며, 고효율 모듈이나, 수중, 사막형 모듈을 검토하고 있는 국내 업체들도 긍정적으로 검토하고 있는 제품이다. STR은 2년 전부터 POE 제품의 가능성을 보고 폴리머(Polymer) 전문가들로 구성된 R&D팀에서 제품을 개발해, 이번 POE X28 신제품 시리즈를 출시했으며, 전 세계 모듈의 20% 이상에서 사용된 EVA의 기술력이 축적돼 있는 제품이다.

봉지재가 셀을 보호해 모듈의 내구성을 결정하는 가장 중요한 원자재 중 하나임에는 이견이 없을 것이다. 특히 저가의 백시트를 선호하는 국내시장 특성상 모듈의 내구성에 문제가 생길 가능성을 간과할 수 없는 상황에서, 제품력이 높은 POE 제품을 사용하는 것이 큰 비용 부담 없이 모듈의 신뢰성을 높이는 데 도움이 될 것이다. 특히, 고효율 모듈이나 사막형, 수상용 모듈을 개발해 해외시장에 진출하려는 국내 업체들에게는 제품의 안정성을 높이는 데 POE가 도움이 될 것으로 보인다.

SOLAR TODAY 이 주 야 기자 (juyalee@infothe.com)

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