그린에너지 산업의 대표주자
‘솔라셀’이 뜬다
한국공작기계공업협회는 한국공작기계학회, 한국산업기술대학교와 공동으로 ‘2008 국제 공작기계 및 생산기술 심포지엄(ISM2008)’을 개최했다.
올해로 2회째를 맞는 이번 행사는 국내외 공작기계 및 생산기술의 최신동향에 대한 정보를 제공함으로써 국내 공작기계 및 생산기술의 고도화에 기여코자 마련되었는데, 그 안에 ‘솔라셀 분야의 로봇응용’이라는 강연이 포함돼 눈길을 끌었다.
현장의 분위기와 함께 강연을 맡았던 아뎁트코리아 이중엽 대표를 만나보자.
<편집자 주>
취재 정요희 기자(press1@engnews.co.kr)
생산기술력 높이기 위한 끝없는 고민 이어져
2008년 10월 23일, 경기도 시흥에 위치한 한국산업기술대학교 TIP 2층 세미나실에서는 한국공작기계공업협회와 한국공작기계학회, 한국산업기술대학교가 공동주최한 ‘산업 변화에 대응한 생산기술력 제고 방안’이라는 주제의 심포지엄이 열렸다.
국내 대표 공작기계업체인 화천기공을 비롯해 일본의 마츠우라, 독일의 헤믈레, 일본의 도시바 등의 전문가들이 최신 5축 가공기와 기술을 설명한 그 자리에 로봇도 당당하게 한 자리를 꿰차고 현재의 기술 및 시장을 소개했다.
아뎁트 코리아의 이중엽 대표의 설명으로 진행된 이 시간은 ‘솔라셀 분야의 로봇 응용’이라는 제목으로 약 50여 분간 진행되었고, 수많은 질문을 쏟아내 높은 관심을 확인할 수 있었다.
Solar Cell(PV)제조공정
솔라셀, 초미세 가공기술 등 다양한 생산기술 선보여
잠시의 휴식 후, 아뎁트코리아의 이중엽 대표가 ‘솔라셀 분야의 로봇 응용’을 주제로 발표를 이어갔다.
그는 이번 강연을 통해 실리콘 잉곳을 절삭하여 웨이퍼를 생산하는 솔라셀 및 모듈제조공정 등과 같은 솔라셀 산업의 제조 개념에 대해 설명하면서 국내 솔라셀 산업현황과 해외의 솔라셀 응용 사례 등을 소개했다.
이중엽 대표는 “아직까지 오일(석유 등)을 통한 전력생산단가가 태양광을 이용한 전력생산단가보다 저렴하나, 향후 5~10년 내에는 동일해질 것으로 전망된다”며 “앞으로 이 분야에 대해 많은 관심이 필요하다”고 지적했다.
여기서 태양전지 솔라셀은 소재에 따라 크게 실리콘 태양전지, 화합물 태양전지로 나누어지는데 화합물 태양전지는 효율을 높이는 연구가 계속되고 있는 미래의 제품이다.
현재 상용화된 제품들은 대부분 실리콘 태양전지로, 이 또한 형태 및 사용재료에 따라 크게 두 가지로 나눠지는데 4″, 5″, 6″의 실리콘 Wafer를 사용하는 Bulk형과 실리콘 웨이퍼 대신에 유리 등의 기판위에 박막을 증착한 박막형(Thin Film) 태양전지로 양분된다.
이들 또한 결정질에 따라 단결정 실리콘 태양전지(Single Crystalline Solar Cell), 다결정 실리콘 태양전지(Poly Crystalline Silicon Solar Cell)와 비정질 실리콘 태양전지(Amorphous Silicon Solar Cell)로 구분되고 있다.
Wafer 솔라셀은 중국,
Glass/기판 박막형은 한국
타깃으로 로봇시스템 제공하라!
●● 본 강연을 맡게 된 계기는.
Adept Robot 및 다른 시스템을 사용하여 로봇을 이용한 솔라 셀 자동화를 일찍이 시작한 사람의 자격으로 협회의 요청이 있었다.
물론 강의내용이 Adept 로봇이 중심이 되었더라도 본인이 국내에서 Adept를 대표하는 것은 아니다.
●● 기존의 FPD 로봇기술이 그대로 적용되는 신시장이 솔라셀이라 하는데, 어느 정도의 시장 규모인가.
제조공정에 사용되는 로봇 및 메커니즘으로는 Silicon Wafer(Bulk)와 이들 Wafer가 광기전력(PV; Photo Voltaic)을 갖도록 처리한 Cell들의 핸들링공정에서는 국내에서 흔히들 WTR이라고 부르는 Wafer Transfer Robot 및 고속도 처리 및 소팅 작업용으로는 Parallel Mechanism(Delta-type Robot)과 천장형 SCARA Robot 등이 초기의 장비 및 공정에 사용되어온 직교 메커니즘을 빠르게 대체하고 있는 추세이다.
이와는 달리 LCD 및 FPD에 사용되어 온 로봇은 Glass를 사용하는 박막형 태양전지와 모듈의 핸들링 및 검사 공정에 사용되고 있으며, Wafer Solar Cell에 비하여 Thin Film(박막형)은 생산 코스트가 낮아 앞으로 발전효율만 향상된다면 수요가 크게 늘어 날 것으로 예상된다.
아뎁트 솔라 어플리케이션
●● 현재 솔라셀 산업에서 로봇이 적용되고 있는 비율은 어느 정도인지.
Wafer 및 Thin Film Solar Cell과 이들 개별 Cell들을 연결한 Module과 태양발전 시장의 규모는 올해 약 40조원($33.4 Billion)에 달할 것으로 보인다.
하지만 아직도 Poly Silicon 등 원재료의 공급부족이 계속되고 있으며 In-line 생산설비의 납기는 1년을 넘기는 경우가 받아들여지고 있는 산업이다.
신성장 산업분야 및 새로운 로봇 및 메커니즘의 공급사가 계속하여 나오고 있어 솔라셀 산업에 사용되고 있는 로봇의 구체적 Data 및 시장규모의 통계가 아직은 없지만 로봇 메이커에게는 매우 뜨거운 산업으로 Adept Technology의 경우 2008년 매출의 30% 이상이 Solar Cell 장비 및 제조사로부터 나오고 있다.
Adept Quattro robot을 사용한 Solar Cell 의 Sorting Automation 공정)
솔라의 방주 : 산요반도체 일본 Gifu 공장, 50만 KWrmq BIPV - 솔라셀 구성된 건물이 얼마나 아름다운가를 잘 보여주고 있으며 향후 국내에서도 공공건물 및 경기장, 도시건물 등에 사용될 솔라셀의 수요는 무궁무진하다고 할 수 있다.
●● 솔라셀 생산에 선호되는 로봇 종류 및 기능은.
산업용 로봇의 적용 분야는 Process 3(Square Cutting)에서부터 6(Solar Modules)까지의 공정에서 Handling Automation에 주로 적용되고 있다.
지금 로봇을 사용하고 있는 솔라 셀의 제조 및 검사 공정으로는 Wet bench, Material Handling, Screen Printing, Furnace Load/Unload, Automated Vision Inspection, Tabbing, Test & Sort, Laser Cutting, Stringing, Lamination, Framing, PECVD, Etching, Diffusion, Solar Simulation 등의 장비제조 및 공정 자동화에 사용되고 있다.
구체적인 로봇형태로 살펴보면 직교좌표 메커니즘은 전공정에서 사용가능하지만 Wafer 및 Cell의 두께가 200um 안팎으로 얇아서, SCARA 로봇은 Laser Scribbing, Tanning & Stringer, Test & Sorting 및 Inspection 작업에 주로 사용되고, 최근 장비제조사에서 효율의 최대화를 위하여 Parallel Mechanism인 Adept Quattro와 같은 Delta-type Robot의 사용을 선호하고 있는데 주요응용 분야는 PECVD, Etching, Test & Sorting, Furnace 공정장비 등이다.
그리고 6-Axis 다관절 로봇은 Soalr Module 및 Panel 핸들링, Laminate Cutting, Framing, Solar Simulation 등에 사용된다.
●● 아뎁트 제품이 솔라셀 산업에 유리한 점은 무엇인가.
솔라셀에 적용되는 로봇은 반도체 및 FPD 공정에 사용되는 로봇이면 충분한 기능을 갖추게 되는데, 다만 Solar Cell에서는 핸들링의 효율을 유난히 강조하므로 High Speed Robot 및 메커니즘이 우선 요구되며, 다음과 같은 특성이 필요한데 아뎁트 제품이 충분히 만족시키고 있다.
첫째, Seamless Robot-Vision-Conveyor tracking 기능으로, Sorting 공정에서는 앞선 공정에서의 Solar Cell 성능 및 외관 검사 후 등급에 따른 Lo/unloading 작업을 벨트 상에서 진행하는데 이때는 로봇 및 비전, 컨베이어 트래킹 작업이 착오 없이 Programming 되어야한다.
작업공정은 Pick → Refine(on-the-fly) → Place → Inspect(color or gray)의 순서로 이뤄진다.
둘째, Non-contact Gripping 및 Picking up으로, Wafer 및 Cell의 표면에 자국 및 이물의 흡착 방지를 위하여 많은 공정에서 비접촉식 Gripping Unit이 사용되며, 검증된 제품들을 국내에서 구할 수 있지만, Gripper와 실시간 I/O interface가 요구된다.
셋째, Low vibration mechanism 요구로, 초창기 로봇 적용의 가장 큰 난제가 로봇 모션의 급정지 및 가속에 의한 Wafer breakage rate가 높아 최적화된 Robot Speed 및 Smooth 한 Motion control이 필요하다.
●● 최근 국내 로봇업계가 솔라셀 산업에 대한 관심을 높이고 있는데, 이는 세계적인 추세로 봤을 때 어떠한가.
향후 솔라셀 산업에서의 로봇 사용의 증대는 모두가 아는 바와 같이 녹색성장의 그 첫 번째가 태양광 응용산업이므로 장비 공급의 증대와 더불어 크게 성장할 것으로 본다.
지구에 도달하는 태양에너지는 지구 전체에서 연간 소비되는 전 에너지의 1만 배에 이르며, 한반도에 내리쬐는 태양광은 우리나라전체 사용 에너지의 70배이며, 현재 주택 및 공공건물 등 솔라셀 발전의 선진국인 독일은 하루에 사용할 수 있는 태양광이 평균 3시간인데 반하여 한국은 평균 4시간이나 되어 태양광 발전 클러스터뿐만 아니라 BIPV(Building Integrated Photo Voltaic) System 시장도 크게 확대될 것으로 확신한다.
●● 솔라셀과 관련해 앞서가고 있는 로봇기업으로서 다른 기업들에게 코멘트 해준다면.
중국이 한국보다 앞서 실리콘 결정질 솔라셀 분야에 대형 투자 및 생산을 하고 있어, 상대적으로 박막형 솔라 셀 분야의 국내비중이 높아질 것으로 보이기에 박막형 솔라셀 핸들링용 로봇이 유망하다고 본다.
즉, Wafer를 사용한 솔라셀은 중국을 타깃으로, 그리고 Glass 및 기판을 사용하는 박막형은 한국의 장비 제조사 및 고객을 목표로 로봇을 제공하면 되겠다.
또한 자동차, 휴대폰, FPD, 반도체, 조선 산업에 이어서 솔라셀 분야도 로봇의 큰 시장이 될 것을 확신한다.
●● 솔라셀 분야에 있어 아뎁트코리아의 목표 및 사업방향은 무엇인가.
Adept, ABB 등 Solar Cell Robot의 선두주자들은 High-speed, Low-vibration 제품의 개발을 계속할 것이며, 특히 Solar Cell Application을 위하여 Wafer 및 Cell의 외관 및 Micro-crack Inspection을 기능을 부가한 로봇 및 Built-In unit을 내 놓을 것으로 안다.
솔라셀 분야는 이제 막 개화를 시작한 분야로 새로운 솔라셀의 등장과 더불어 이들의 제조공정에 사용될 새로운 로봇 메커니즘 및 기능을 가진 제품이 계속해 나올 것으로 믿으며, 하늘에 떠 있는 태양이 영원하듯이 로봇 산업도 지속적으로 발전과 변천을 계속 하겠지만, 시장에서 승자로 살아남기 위해서는 이머징 마켓 및 해외 동향을 지속적으로 연구하고 시장을 개척해나가야 하는 것은 다른 산업과 다르지 않다.
