이재설 한국에너지기술평가원 대회협력팀장
전세계 가전시장은 연평균 3% 내외의 완만한 성장이 예상되며 중국, 인도 등 아시아 신흥 개발국을 중심으로 급성장이 예상된다.
이러한 상황에서 세계 각국은 녹색가전에 대한 정책적 지원 및 온실가스 저감을 위한 에너지소비 규제를 강화하고 있다.
미국은 녹색가전을 구매한 소비자에게 리베이트를 제공하고 최저소비효율기준 및 에너지가이드라벨 제도를 시행하고 있으며 일본도 녹색가전 구입 시 구매가격의 5%를 에코포인트로 지급하고 있다.
중국의 경우 에너지효율 1등급 제품 및 새제품 구입 시 보조금을 지급하고 있으며 EU는 대기전력 0.5W 이하 의무화 등으로 에너지소비효율 규제를 지속 강화하고 있다.
지난해 세계 스마트 가전제품 시장규모는 약 31억달러를 기록한 것으로 나타났으며 2015년까지 연평균 49%의 고성장이 예상된다.
IMS 리포트에 따르면 전세계 가전기기 성장률은 2.8%인데 반해 인버터 기술을 바탕으로 한 가변속 전동기 제어형 고효율 가전기기 성장률은 16.2%로 추정된다.
국내 가전기기의 인버터 비율은 에어컨의 경우 약 8%, 냉장고 및 세탁기는 약 30%로 낮은 비율을 차지하고 있다.
인버터 제조기술의 국내외 시장동향을 살펴보면 국내의 경우 1980~90년대까지 산업용으로 매년 20~30% 지속 성장중이며 2007년 기준 170만대를 내수용(60%)과 수출용(30%)으로 생산했다. 하지만 인버터에 사용되는 전력 반도체 모듈은 98% 이상을 Infineon, ST Micron, Mitsubishi 등 해외업체로부터 수입하고 있다.
EU는 독일 기업인 SMA Technology가 유럽 최대의 시장 점유율을 확보하고 있으며 현재 출시되는 인버터는 대부분 주거용 PV(Photo Voltaic) 제품들로 2~10kW 용량이다.
일본은 지난 2010년 4월 시행된 에너지절약법에 따라 인버터시장이 확대되고 있는 추세다. 3.7kW 이하 소형 인버터 시장이 약 85%를 차지하고 있으며 내장 기기의 고성능화가 가속화되고 있다. 중국 역시 최근 경제발전에 따라 가전기기산업의 인버터 수요가 크게 증가하고 있다.
에어컨, 냉장고의 핵심 부품인 압축기는 초정밀 기계 가공설비와 대규모 공장이 필요한 장치산업으로 대기업이 주도하고 있으며 가전기기용 고효율 전동기 산업은 융합기술을 바탕으로 한 부품소재산업이다.
가전용 인버터는 세탁기, 에어컨, 냉장고가 부하에 따라 최적의 운전효율을 내도록 전동기의 속도를 제어하는 전력변환장치로 전동기 제어 알고리즘은 제품에 따라 요구사양이 다양하다.
전력 반도체 산업은 인프라 산업으로 장기간에 걸친 투자와 연구개발이 필요한 산업분야다.
국내 가전기기용 고효율 인버터 시스템을 보면 일반적 인버터 토폴로지로 사용되는 IGBT 6개를 사용한 3상 인버터 전력 토폴로지 이외의 고효율화 연구가 진행되고 있다.
인버터용 전력 반도체 모듈의 경우 LS파워세미텍이 지난 2009년 사업을 개시, 현재 600V/30A/IGBT 이하 정격 제품을 양산하고 있다.
신소재 전력 반도체 소자의 경우 지속적인 연구개발이 진행되고 있으며 가전기기용 압축기도 효율 향상연구가 활발하다.
해외를 살펴보면 초절전 인버터 방식 에어컨이 일본 시장을 중심으로 발달, 100% 인버터 방식이 판매되고 있다. 인버터 탑재 에어컨 제품은 대부분 희토류 영구자석형 동기 전동기가 채용된 압축기가 주류를 이룬다.
다이킨, 파나소닉 등 일본 선진 에어컨업체는 90년대 후반부터 고효율 컴프레셔에 대한 활발한 연구를 진행하고 있으며 독일의 헤닝사는 동기모터, 제어기술 및 보유 특허기술을 바탕으로 순환펌프 시장을 장악하고 있으며 여기에 히터가 포함된 제품도 선보이고 있다.
또한 일본 도시바는 에어컨 효율 향상을 위해 인버터 상암(upper arm)에는 IGBT, 하암(lower arm)에는 MOSFET을 사용한 새로운 토폴로지를 제안하기도 했다.
우리나라의 회로 토폴로지 분야는 선진국 대비 80%의 기술수준을 보이고 있으며 고효율 가전기기/압축기 분야는 선진국과 나란히 경쟁을 하고 있으나 지능형 전력반도체 모듈의 경우 선진국 대비 75% 기술수준이며 신소재 공정 연구분야는 선진국에 비해 뒤떨어진 상황이다. 또한 가전기기 전원 관련 회로 설계 분야에서는 선진국과 어께를 나란히 하고 있으나 SiC류와 같은 신물질 적용 소자 설계에 있어서는 기술수준 향상을 위한 투자가 필요하다.
아울러 나노 전원장치 적용기술의 추격이 시급한 실정으로 이에 대한 지원 및 적극적인 투자가 필요한 시점이다.