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우리나라 정부는 석탄･원자력 비중 감소와 신재생에너지 공급 확대를 골자로 하는 ‘에너지 전환’을 선언하고, 제 3차 에너지기본계획 등 이행력 확보를 위한 법정계획 수립을 추진 중이다. 그간 정부의 RPS(Renewable Portfolio Standard) 도입 등 수요견인(demand-pull), R&D 투자확대로 대표되는 기술공급(technology-push) 정책 강화를 통해 신재생에너지 보급량은 총 발전량 대비 ’05년 1.1%에서 ’16년 7.2%로 상승하였으나, 국가 에너지전환 목표인 ’30년 재생에너지 발전비중 20%와는 상당한 차이가 있다^[1].

’30년 신재생에너지 20% 목표달성을 위해서는 현재대비 태양광은 약 10배, 육상풍력은 4~8배 수준의 급격한 설비규모 확대가 필요하며 이를 통해 태양광, 풍력 산업에서만 100조원 규모의 신규시장이 창출될 것으로 예상되고 있다^[2]. 그러나 내수시장의 확대 전망에도 현재 국내 태양광 기술은 독일, 일본 등 선도국 대비 여전히 열위에 있으며 최근 중국 대비 가격 경쟁력이 취약하여 해당 기업들의 영업이익률이 하락하고 있는 실정이다^[3-5]. 이에 향후 국내 재생에너지 시장이 해외 소수 기업에 의해 종속될 우려가 지속적으로 제기되고 있다. 이러한 상황을 고려할 때 정부의 재생에너지 정책 추진방향은 주요부품을 수입하여 단순 보급하는 전략에서 벗어나, 핵심기술 확보를 통한 산업육성형 보급방식으로의 전환이 필요한 상황이다. 이러한 정책을 수립하고 입안하는 과정에서 전제되어야 할 사항은 현재 재생에너지 산업 현황에 대한 정확한 분석이며, 분석 대상인 산업을 어떻게 정의하고 분석할지에 대한 체계적인 접근이 필요하다.

본 연구에서는 가치시스템(VS) 분석에 기반한 정부 R&D 투자전략 설정 방법론을 정립하고, 이를 태양광 산업에 적용된 사례를 제시하였다. 이러한 투자전략 수립 방법론과 실제 적용 사례는 향후 산업육성을 목적으로 하는 정부 R&D 전략 수립에 있어 기본 가이드라인으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

가치사슬은 기업이 고객에게 가치를 제공하기까지 일련의 과정에서 부가가치 창출에 직간접적으로 관련된 활동과 기능, 프로세스 간 연계를 설명하는 개념이다^[6-7]. 일반적으로 기업의 전략적 단위활동을 구분하여 자사의 강점과 약점을 파악하고, 경쟁기업과의 차별화되는 역량을 분석하기 위한 수단으로 활용되고 있다^[8].

가치사슬 분석이 기업 내부의 시각에서 경쟁 우위를 분석하기 위한 도구라면, 가치시스템은 경쟁우위 창출의 단위를 기업 간 연계로까지 확장한 개념이다^[9]. 특정 산업에 있어서 회사의 가치사슬은 가치시스템이라고 하는 보다 큰 활동들의 흐름 속에 포함되며, 가치시스템은 회사 내의 가치 활동간 연계 뿐 아니라, 회사 가치사슬(Firm VC)과 공급자 가치사슬(Supplier VC), 유통-구매자/사용자 가치사슬(Channel VC-Buyer/User VC)이라는 전후방채널 가치사슬 간 상호 의존적 관계를 설명한다(Fig. 1). 따라서 가치시스템은 개별 기업에서 확장하여 산업 및 국가 단위에서 경쟁우위 확보를 위한 전략적 도구로서 활용될 수 있다^[10].

Fig. 1. 
가치사슬과 가치시스템 개념

가치사슬 분석 방법론은 제조업, 의료업, 통신업 등 다양한 업종에서 개별 기업의 시장 경쟁력 확보 전략 수립을 위한 프레임워크로 활용되고 있으며, 성공적인 사례도 다수 보고된 바 있다^[11-15]. 그러나 이보다 상위의 가치시스템 분석은 개념적으로만 다루어지고 있으며, 산림부문 온실가스 배출량을 가치시스템을 기준으로 분석한 미국의 연구사례 외에, 실제 산업이나 국가 단위의 R&D 전략 수립에 활용된 연구가 현재까지 없는 상황이다^[16]. 아울러, 현재 국가 R&D 전략 수립 방법론으로 주로 활용되고 있는 전문가 패널조사와 피어리뷰(Peer-review), 그리고 그간의 투자에 대한 계량경제 모형 분석은 R&D 투자 대상이 되는 산업의 가치 흐름상의 공백 분야나 종사 기업의 기술개발 수요, 정부와 민간의 투자 전환 추세 등을 파악하는데 한계가 있다^[17-18].

본 연구에서는 국가 차원에서의 R&D 전략 수립을 위한 방법론으로 가치시스템 개념을 기반으로 한 연구 프레임을 제시하고, 이를 태양광 산업에 적용하여 실제 전략 수립과정에 있어서의 유용성을 증명하였다.

태양광 산업에 종사하는 기업은 2017년 기준 총 261개이며, 이중 253개가 결정질실리콘 분야에 종사하고 있다. 즉, 현재 태양광 산업에서 결정질실리콘을 제외한 박막형, 염료감응, 유기태양광 분야는 아직 가치사슬 자체가 형성되지 않은 단계라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 결정질실리콘 태양광을 분석 대상으로 한정하였다.

연구 프로세스 첫 번째 단계로 먼저 태양광산업 가치시스템을 정의하였다. 이후 정의한 가치시스템을 기준으로 현재 국내 종사기업을 매칭하고, 각 기업의 매출, 영업 이익률에 따라 성장성과 수익성을 분석하였다. 둘째, 가치시스템 흐름에 따라 주요이슈를 파악하고, 기업을 대상으로 수요 기술 조사를 실시하였다. 마찬가지로 가치시스템 단계별 최근 3년간 정부와 민간의 R&D 투자규모를 확인하였다. 마지막으로 상기 가치시스템 분석, 민간 R&D 수요, 최근 3년 R&D 투자규모를 종합하여 중장기 태양광 R&D 투자전략을 수립하였다. 전체 연구 프로세스는 Fig. 2와 같다.

Fig. 2. 
연구 추진 프로세스

3.1 가치시스템(Value-System) 분석

국내외 문헌조사를 바탕으로 태양광 분야 가치시스템을 구성한 후, 해당분야 전문가 자문그룹의 검토를 거쳐 가치시스템을 재정의 하였다^[19]. 기존 문헌에서는 결정질 실리콘 태양광 산업의 가치사슬을 폴리실리콘-잉곳･웨이퍼-태양전지-모듈-시스템으로 정의하고 있으나, 본 연구에서는 제작된 태양광 시스템 구성 이후 설치･시공-유지보수(O&M)단계까지로 가치시스템을 확대하여 분석하였다(Table 1).

Table 1. 
결정질 실리콘 가치시스템 구성

구분	개요
폴리실리콘	작은 실리콘 결정체들도 이루어진 물질로, 태양전지 집적회로 기판 원재료로서 사용
잉곳/웨이퍼	고순도 폴리실리콘을 얇은 막 형태로 잘라서 셀의 원재료인 웨이퍼를 제작
태양전지(셀)	태양광 발전의 최소단위
모듈	여러 장의 태양전지에 Back Sheet, 유리, 부품 등과 함께 압력을 가해 넓은 판 형태로 제작
시스템	모듈, 축전지･전력변환장치･계통연계장치 등으로 구성되는 태양광 발전 시스템 일체
설치/시공	태양광 시스템을 평지나 빌딩, 주택에 직접 설치하는 단계로 시공 관련 업체에서 주로 담당
O&M	운영 중인 태양광 발전소에 대한 모니터링, 유지･보수, 리파워링(Repowering)

태양광 종사기업 현황파악을 위해 한국에너지공단 신재생에너지 보급사업 참여기업, 한국신재생에너지협회 회원사, 한국태양광산업협회, 태양광 분야 국가 R&D 참여기업 리스트를 수집하였다. 이후 각 기업별 최종 생산품 목록, 최근 3년 생산 및 납품실적 등을 기준으로 어떠한 가치시스템 단계에 해당하는지를 파학하고 매칭하였다. 이후, 한국기업데이터에서 제공하는 기업신용정보서비스(CRETOP)를 활용하여 일반정보, 최근 3년(’13~’15) 재무상태, 손익계산서(매출액, 영업이익 등) DB를 구축하고, 이로부터 가치시스템 단계별 기업군의 성장성･수익성을 도출하였다(Fig. 3).

Fig. 3. 
태양광 종사기업DB 구축 프로세스

가치시스템 간 수요-공급 현황을 조사하기 위해 각 가치시스템 단계의 전후방에 위치한 국내･국외 기업 비중을 조사하고, Fig. 4와 같이 수요-공급 관계(금액 기준 거래 비중)를 모식도로 표현하였다.

Fig. 4. 
가치시스템 간 수급 현황 모식도

본 연구에서 태양광 산업 가치시스템 구성 현황, 산업 주요이슈 및 R&D 수요, 정부와 민간 R&D 투자규모를 분석한 결과로부터, 태양광 산업을 구성하고 있는 가치시스템 단계별로 정부는 차별화된 R&D 투자 전략의 수립과 이행이 필요하다는 결론을 얻을 수 있었다. 즉, 잉곳/웨이퍼의 경우 제조 장비와 생산에 소모되는 소모품 국산화, 태양전지와 모듈은 단가 절감, 시스템과 O&M 분야는 신시장 선점이라는 서로 다른 목표를 설정하여 추진할 필요가 있다. 가치시스템 단계별 R&D 목표와 중점 투자방향에 대한 정책적 시사점을 종합하면 다음과 같다.

폴리실리콘은 기술개발보다 수출국의 규제, 글로벌 공급과잉 등 대외적 이슈에 의해 수익성과 성장성이 결정되고 있으며, 최근 3년간 R&D 투자가 민간에서만 발생하는 등 민간 영역으로의 이관 현상이 확연이 나타난다. 따라서 초기 확산단계를 넘어 성숙단계 시장으로 진입한 폴리실리콘 부문은 향후 과감히 민간 주도의 R&D 투자로 전환이 필요하다 판단된다.

잉곳/웨이퍼 부문은 민간 R&D 투자 비중이 가장 높은 분야이나 정부 R&D 투자 비중은 감소추세를 나타내며, 이미 중국기업의 세계 시장점유율이 90% 수준에 달한 것으로 평가되고 있다. 그럼에도 이후 가치시스템과의 연계를 고려하였을 때, 제조장비 및 와이어 등 제조과정에서 발행하는 소모품의 해외의존도를 해결하기 위한 기술 국산화 목적의 기술개발 투자가 필요하다.

수급관점에서 국내 기업 시장점유 확대 잠재력이 높은 부문은 태양전지(셀) 부문이다. 국내 태양전지 생산 업체의 경우 잉곳/웨이퍼 구매, 완성제품의 모듈업체로의 판매량의 70% 이상을 국내 기업을 대상으로 하고 있다. 반면 잉곳/웨이퍼 업체의 판매, 모듈 업체의 태양전지 수입의 70% 이상을 해외에 의존 하고 있기 때문에, 향후 중간단계인 국내 태양전지 부문 종사기업의 공급물량이 2배 이상 증가할 수 있는 여력이 있다고 판단된다. 그러나 중국을 중심으로 한 단가하락에 대응하기 위해 생산비용 절감, 효율향상 기술 확보가 기술적 현안이며, 향후 이러한 기술이 신규 기업의 진입장벽을 형성할 것으로 예상된다. 기업관점에서 R&D 필요성이 가장 높게 나타났음에도 실제 민간 R&D 투자는 감소하고 있는 것을 고려할 때 향후 정부는 단가절감과 효율향상이라는 두 가지 목표를 병행 달성하기 위한 R&D 투자를 확대할 필요가 있다.

모듈부문의 경우, 전체 단가구성 중 재료비와 인건비가 차지하는 비중이 높아 자동공정도입을 통한 가격 경쟁력 향상이 중요하다. 이미 상당부분 모듈 조립공정이 자동화되어 있지만, 대부분 공정을 인력에 의존하는 중국과 단가격차를 줄이기 위해 추가적인 공정 자동화 노력이 필요하다. 또한 모듈무문 대기업의 경우 수직계열화를 통해 국내 태양전지 생산물량 대부분을 흡수하고 있음에도 해외 수입비중은 68%에 달하고 있다. 따라서 정책적으로 대기업, 중소중견기업 간 협력방안을 계획한다면, 태양전지-모듈 가치시스템 단계가 시작점이 될 것으로 판단된다.

시스템부문은 정부 R&D 투자비중 감소에도 불구하고 민간 R&D 투자가 이를 상쇄하고 있다. 민간으로의 R&D 투자주체가 전환되고 있으나 관련기업의 성장성, 수익성이 개선되고 있지 않기 때문에 정부의 지속적인 투자가 필요한 부문이다. 특히 시스템 부문은 태양광 발전-에너지저장-운영･유지보수를 연계한 융합 비즈니스 확대가 예상되고 있어, 이러한 신규 시장에 대응하기 위해 단위기술, 단품개발에서 시스템단위 종합 검증형태의 대형사업 중심으로 R&D 투자방향 전환이 요구된다.

O&M 부문은 유럽을 중심으로 한 리파워링 시장의 확산, 중장기 국내 유지보수 시장의 확대 전망에 따라 시장선점 중요성은 강조되고 있으나, 현재 국제 표준이 부재하여 발전 사업자 규모에 따라 O&M 활동 수준에 편차가 크게 나타나고 있다. 전력생산에 대한 상시 모니터링, 고장인식 등 이슈를 해결하기 위한 기술개발이 필요하다. 최근 드론을 활용한 대형 태양광 발전소 모니터링, 빅데이터 기반 발전량 제어･예측 등 지능정보기술 적용사례가 보고됨에 따라 타 산업기술과의 융합기술 개발이 중요하다. 과거 국내 태양광 보급사례에서 태양광 발전 설치 이후 관리 부재로 불용 시설이 사회적 문제로 언급되었던 사례를 고려했을 때, 향후 발전 모니터링, 유지보수, 관리 이슈는 더욱 강조될 것으로 예상된다.

국내 결정질 실리콘 태양광 산업의 가치시스템은 완성되어 있으나 각 단계별 성숙 수준과 R&D 이슈는 상이한 양상을 나타낸다. 2015년 1.13GW가 신규 보급되며 세계 7대 태양광 시장으로 부상한 우리나라 태양광 시장을 향후 국내 종사기업 성장 기회로 활용하기 위해서는 가치시스템 구성, 민간 기술수요, R&D 투자현황 정보를 종합적으로 파악하고, 이로부터 중장기 투자전략을 수립하는 체계적인 방법론이 필요하다. 본 연구에서 제시한 가치시스템 분석 기반 R&D 투자전략 수립 방법론과 사례는 기존 소수 전문가 참여에 의한 국가 투자방향 설정에서 벗어나, 정량･정성적 데이터에 기반한 중장기 투자전략을 수립할 수 있는 대안을 제시한다는 점에서 향후 적용 분야가 확대되어야 할 것으로 판단된다.