LED 조명은 높은 광효율과 장수명, 유해물질 무(無)사용 등으로 인하여 에너지 절약과 환경 친화적인 측면에서 각광 받고 있다. LED 조명의 본격적인 개화를 위해서는 기존 조명과 견줄만한 혁신적인 낮은 가격을 통해 짧은 Payback 기간을 달성하는 것이 필요하며 이와 더불어 소비자 가치를 보다 높일 수 있는 LED 조명의 다양한 잠재적 가치를 발굴하고 홍보하는 것이 동반되어야 한다.
한영수 연구위원
대지진과 쓰나미로 인한 일본 원전의 방사능 노출 사고 이후 전세계적으로 환경 및 에너지에 대한 관심이 더욱 커지고 있다. 에너지 이슈를 해결하기 위해서는 태양전지, 풍력, 바이오 등 신재생 에너지를 만드는 측면도 중요하지만 효율적으로 에너지를 사용하는 측면도 중요하다. 이러한 점에서 높은 광효율을 가지고 있는 차세대 조명인 LED가 부각되고 있다.
실제 조명을 위해 사용되는 전력량은 연간 소비전력의 약 20%에 이른다고 알려져 있으며 LED 조명의 도입으로 현저한 에너지 절감이 가능할 것으로 예측되고 있다. 이 글에서는 획기적인 에너지 절감 효과에도 불구하고 LED 조명이 기대보다 활성화되지 못하는 이유를 생각해보고 LED 조명의 본격적인 개화를 위해 동반되어야 하는 소비자 가치가 무엇인지 살펴본다.
조명의 역사와 LED 조명의 의미
인간에게 최초의 조명 역할은 한 것은 불이다. 불은 여러 가지 다른 가치도 많이 있지만 인간에게 밝음을 줌으로써 낮 시간을 연장하는데 크게 기여하였다. 낮 시간의 절대량을 늘려준 것은 아니지만 어두운 시간을 줄이고 밝은 시간을 늘임으로써 생활(일)할 수 있는 시간 자체가 많아진 것이다. 그 이후 획기적인 조명이라고 볼 수 있는 것이 촛불(호롱불)이다. 이전의 불은 주로 나무와 같이 쉽게 연소하는 물질을 태움으로써 만들었는데 이는 실내용 조명으로 사용하기 어려웠다. 촛불이나 호롱불은 기름이나 밀납 등 상대적으로 안전한 물질을 사용함으로써 인간이 실내에서도 조명을 사용할 수 있게 해주었다. 즉, 생활(일)할 수 있는 공간 자체가 늘어난 것이다.
LED 조명은 백열등, 형광등과 기술적으로 완전히 다르다. 기존 조명들은 진공 기술을 기반으로 하지만 LED는 반도체 기술을 기반으로 한다. 즉, LED의 출현은 조명 산업이 아날로그에서 디지털로 변화한다는 것을 의미한다. 이러한 LED 조명이 소비자에게 줄 수 있는 가치에는 무엇이 있을까? 우선 잘 알려진 데로 높은 에너지 전환 효율을 가지고 있기 때문에 에너지 절약에 효과적이다. 뿐만 아니라 형광등(수은)과 백열등(수은, 납)과는 달리 유해물질을 배출하지 않아 환경오염 및 별도의 폐기비용이 발생하지 않으며 전력소비량이 작아 CO2 배출량도 작아서 환경친화적이다. 그렇다면 현재 제품 수준으로 볼 때 어느 정도 에너지 절약이 되며 소비자가 얻는 가치는 과연 어느 정도 일까? 이렇게 측정할 수 있는 가치 외에 측정할 수 없는 숨겨진 가치(Unmeasurable Benefit)에는 무엇이 있을까?
LED 조명과 에너지 절약
올해 연말부터 전기요금이 오른다고 한다. 주거용은 2%, 전체 평균으로는 4.9% 오를 예정이다. 2000년대 이후 가파른 원유값 상승에 따라 에너지 이슈가 불거지면서 전기 요금도 지속적으로 상승하고 있다. 반면 각종 전기기기의 보편화로 전력 사용량은 계속 늘고 있다. 전기료에 대한 가계의 부담이 점점 커지고 있는 것이다. 이에 따라 LED 조명 사용시 에너지 절감에 대한 기대감으로 대부분의 관련 기업이나 기관들은 LED 조명 시장을 낙관적으로 보고 있다. 하지만 실제 전체 조명 시장에 대한 LED 조명의 침투율은 생각보다 높지 않다.
특히 가장 시장 규모가 큰 가정용에 대한 침투율은 매우 낮은 수준이다. 왜 그렇까? 현재 침투율이 높고 상대적으로 큰 시장을 형성하고 있는 Application들은 에너지 절약보다는 LED가 주는 다른 가치를 활용하는 경우가 많다. 건축물 외관 개선, 친환경 이미지 조성, 장수명에 의한 유지비용 감소, Portable 기기의 경박 단소화 등을 목적으로 LED 조명을 사용하고 있다.
전기료에 민감한 가정용과 상점용, 사무용 등의 침투율이 낮은 것은 LED 조명 사용시 에너지 절감 효과가 없어서라기 보다는 초기 구매/설치 비용이 워낙 비싸기 때문이라고 볼 수 있다. LED 조명을 사용함으로써 얼마나 에너지가 절감되는가는 일반적으로 Payback 기간을 계산함으로 평가할 수 있다.
Payback 기간이라는 것은 초기에 투자한 금액을 얼마 만에 회수할 수 있는가를 말해주는 지표이며 이 기간이 지나고 나서부터 투자자는 이익을 얻게 된다. 즉, LED 조명을 구매/설치한 후 전기료 절감을 통해 초기 비용을 상쇄할 수 있는 기간을 의미하며 짧으면 짧을수록 에너지 절감 효과를 크게 느낄 수 있다. 선진국의 경우 전기 요금은 비싼 반면 LED 조명과 기존 조명의 초기 설치 비용 차이는 작기 때문에 상대적으로 Payback 기간이 짧으며 신흥국의 경우는 반대로 Payback 기간이 길다. Application 측면에서 볼 때 전기료 측면에서는 가정용이 상업용보다 비싸지만 하루에 조명을 사용하는 시간이 짧기 때문에 종합적으로 볼 때 Payback 기간은 가정용이 더 길다. 따라서 에너지 절감 측면에서 LED 조명의 침투 가능성은 신흥국보다는 선진국이, 가정용보다는 상업용이 높다고 볼 수 있다. 하지만 실제 소비자가 LED 조명을 구매할 가능성을 Payback 기간만으로 단순히 설명할 수 있을까?
LED 조명, 누가 구매하나?
현재 LED조명이 가장 활발하게 보급되고 있는 국가 중에 하나가 일본이다. 일본에서는 백열전구는 물론이고 CFL 대비해서도 Payback 기간이 1~2년 이내라고 알려져 있다. 전기요금은 비싸고 기존 조명 대비 LED 조명의 가격 차이가 상대적으로 작기 때문이다. 일본에서 LED 전구가 본격적으로 팔리기 시작한 것은 2009년 중반부터이다.
1년 만에 점유율이 약 20%까지 상승했다. 하지만 특이하게도 그 이후에는 상당 기간 성장이 정체를 이루다가 2011년 3월 대지진 및 쓰나미 발생 이후 다시 가파르게 성장하여 4개월 만에 점유율이 50%에 육박하였다. 이미 일본에서는 LED 전구가 백열 전구와 CFL을 합친 것보다 더 많이 팔리고 있는 것이다.
여기서 주목해야 할 점은 두 가지이다. 하나는 정체기가 존재했다는 점이며 다른 하나는 1년여에 걸친 1차 성장기에는 주로 CFL을 잠식하면서 성장하였고(백열 전구 시장 감소율보다 CFL의 시장 감소율이 더 큼) 그 이후 2차 성장기에는 백열전구 시장을 빠르게 대체하면서 성장하고 있다는 점이다. Payback 기간으로만 따진다면 백열전구 시장이 먼저 대체되고 그 이후에 CFL이 대체되는 것이 맞다. 하지만 실제적으로는 그렇게 진행되지 않았다. 1차 성장기에는 상대적으로 고가인 CFL을 사용했던 소비자들이 LED 조명의 주요 고객이었다는 것을 의미한다. 이 소비자들은 상대적으로 고소득자이거나 에너지 절감이나 환경 문제에 관심이 많거나 얼리어댑터(Early Adapter)일 가능성이 높다. 일반적으로 이러한 소비자들이 어느 정도 구매하고 나면 일반 대중 소비자들이 본격적으로 구매하기 시작할 때까지 정체기(캐즘, Chasm)가 나타난다. 이러한 캐즘은 여러 가지 이유로 나타날 수 있으나 가장 중요한 것은 소비자가 느끼는 가격(Cost)대비 가치(Value)이다. 가격대비 가치에 따라 정체기는 길어질 수도 있고 경우에 따라 역성장 하는 경우도 발생한다. 일본 LED 조명 시장의 경우도 1차 성장 이후 정체기가 나타났으나 대지진과 쓰나미로 인해 전력 문제가 범국민적으로 심각해지고 에너지 절약에 대한 필요성이 강력하게 홍보됨에 따라 정체기가 매우 짧게 끝나고 바로 2차 성장을 시작한 것으로 보인다. 이는 2차 성장의 주요 동인이 저가격인 백열등 교체라는 것으로부터 쉽게 예측할 수 있다. 즉, 2차 성장에서는 중산층 이하의 일반 소비자들도 LED 조명을 구매하기 시작했다는 것을 의미한다.
이상의 일본 사례로부터 전통 조명 시장에 대한 LED 조명의 시장 침투에 대해서는 다음과 같은 시사점을 생각할 수 있다. 첫째, 일반 소비자들은 Payback 기간만을 보고 LED 조명을 구매하는 것은 아니다. Payback 기간이 아무리 짧더라도 가격이 너무 비싸면 사지 않는다. 전기 요금은 나누어 내면 되지만 LED 조명 구입은 한번에 지불해야 하기 때문이다. 기존 조명과 견줄만한 낮은 가격이 필요하다. 둘째, 일반 소비자들은 아직까지 LED 조명을 잘 모른다. LED가 탑재된 TV가 보급되기 시작함에 따라 LED가 탑재된 TV가 디자인도 좋고 전기료도 절감할 수 있다는 정도는 알고 있다. 하지만 잘 쳐다보지도 않는 천장에 달려있는 조명을 LED로 바꾸었을 때 효과성이나 필요성에 대해 절실히 깨닫고 있지 못하다. 정부의 다양한 촉진 정책과 더불어 에너지 절감의 효과를 적극적으로 홍보하는 것이 중요하다.
LED 조명의 Unmeasurable Benefit
Payback 기간으로 계산되는 에너지 절약측면 외에 LED 조명이 소비자에게 줄 수 있는 가치에는 어떤 것이 있을까?
1) 차별화된 디자인
기존 조명은 크게 광원(Lamp)과 등기구(Fixture)로 이루어져 있다. 광원은 백열전구, 형광등, 할로겐램프 등을 말하여 등기구는 이러한 광원을 꽂아서 사용하는 외부 기구부이다. 소비자가 인지하는 디자인은 광원이 아닌 등기구의 외관이다. 그런데 등기구의 디자인은 광원에 영향을 받는다. 광원 자체나 소켓(광원과 등기구의 연결부)의 크기와 모양에 맞추어 등기구가 제작된다. 기존 광원들은 진공 기술을 기반으로 하고 있기 때문에 기본적으로 광원과 소켓부의 크기가 크며 모양에도 제한이 많다. 따라서 등기구의 디자인도 상대적으로 제한적이다. 반면 LED는 반도체 기술을 기반으로 하고 있는 점광원(Point Light Source)이기 때문에 크기와 모양에 거의 제한이 없다. 즉, 아주 다양한 크기와 모양의 광원제작이 가능하며 등기구의 디자인도 훨씬 다양해질 수 있다. 특히 기존 조명처럼 광원과 등기구를 나누지 않고 일체화가 가능하기 때문에 기존 조명에서 불가능했던 디자인들이 LED 조명에서는 가능하다. 이렇게 광원과 등기구가 일체화된 조명을 LED Luminaire라고 부른다. 일반적으로 LED 조명이라고 하면 백열전구나 형광등의 크기와 모양 그대로 제작한 LED Lamp를 떠올린다. 이러한 LED Lamp가 많이 만들어져서 팔리는 이유는 아직까지는 기존 건물에 이미 설치되어 있는 기존 등기구에 광원만을 교체하는 시장이 크기 때문이다. 하지만 신축 건물이나 리모델링시에는 차별화된 디자인이 가능한 LED Luminaire가 적용될 가능성이 크다.
2) 다양한 기능과 편리함
앞에서 설명한 것처럼 LED의 출현은 조명의 디지털화를 의미한다. LED 조명의 광원부는 일반 전자 제품처럼 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)위에 광원 역할을 하는 LED 칩(Chip)뿐만 아니라 여러 가지 다른 기능을 수행할 수 있는 각종 회로 부품을 동시에 붙이는(Mounting) 것이 가능하다. 따라서 IT 기술과 접목하여 광특성(多色, 연색성, 밝기 등)을 조절하고 센서/통신 등의 연결을 통해 자동 제어 시스템을 구현할 수 있다. 스마트폰에 전용 앱(Application) 하나만 다운받으면 언제 어디서나 집안의 조명을 자유롭게 제어할 수 있다거나 사람의 움직임에 따라 조명의 커짐과 꺼짐, 밝기가 자동적으로 조절된다거나 음식의 종류에 따라 가장 먹음직스럽게 보이도록 조명의 색깔을 바꿀 수 있는 것 등의 예를 생각할 수 있다.
3) 감성 조명
인간이 가장 좋아하는 빛은 태양광이다. 조명이 없었던 태초부터 인간에게 가장 밝음을 주었던 빛의 근원이다. 인간에게는 태양광이 가장 자연스러운 빛이며 모든 빛의 기준이 된다. 따라서 조명에서 나오는 빛을 태양광에 가깝게 만들수록 소비자의 만족도는 올라간다. 효율 측면에서는 벌써 사라졌어야만 할 백열 전구가 아직도 많이 팔리는 것도 이 때문이다. LED 조명은 향후 기술이 발전한다면 가장 태양광과 유사하게 만들 수 있는 가능성이 있다. 일출, 일몰, 한낮의 시간 변화에 따른 태양빛의 변화를 실내에서 그대로 연출할 수 있으며 색온도(Color Temperature)도 2,000K~ 8,000K 범위에서 자유롭게 조절이 가능하다. 또한 RGB(Red, Green, Blue) 조합에 의해 1,670만가지 색의 표현이 가능하다. 소비자는 점점 진화한다. 조명도 단순히 밝음을 제공하는 것을 넘어서서 감정이나 분위기에 맞게 빛의 특성을 실시간 변화시킬 수 있어야 한다. 즉, 감성 조명을 필요로 한다.
4) Well-Being
LED 조명의 대표적인 특징 중에 하나는 적외선과 자외선을 방출하지 않는다는 점이다. 백열등이나 할로겐램프의 경우 많은 에너지를 적외선으로 방출하고 형광등의 경우는 자외선을 방출한다. 방출되는 적외선이나 자외선은 의료용 등의 특수한 용도로 사용하는 경우를 제외하곤 인간에게 이롭지 않다. 방출된 적외선의 경우 대개 열에너지로 전환되며 실내 온도 상승의 원인이 된다. 국부적으로 온도가 너무 많이 올라가면 화재를 일으키기도 한다. 할로겐램프를 많이 사용하는 일반 상점이나 백화점에서는 조명으로부터 방출되는 적외선에 의해서 실내 온도가 많이 상승하며 이를 만회하기 위해 에어컨을 더 강하게 틀어야 한다. 즉, 조명이 냉방비 증가의 원인이 될 수도 있다. 자외선은 이미 잘 알려져 있듯이 인간의 피부에 해롭다. 물론 형광등에서 방출되는 양은 인간에게 해롭지 않은 거의 미미한 수준이지만 벌레들은 이를 인지하고 형광등에 모여든다. 게다가 형광등은 수은을 사용한다. 수은은 인간에게 유해한 대표적인 환경 규제 물질이다. 이에 비해 LED조명은 인간 친화적, 자연 친화적 조명이라고 볼 수 있다.
5) 장(長) 수명·지향성·내구성
① 장(長)수명
LED는 50,000시간 이상이 수명을 가진다고 알려져 있다. 따라서 신뢰성이 높고 장시간 사용이 가능한 조명을 필요로 하는 경우 램프 교체에 따른 유지비용을 낮출 수 있다. 예를 들면 교회나 성당의 높은 천장 조명, 교통 신호등, 잦은 교체 시 영업에 방해가 되는 상점 조명 등에 효과적이다.
② 지향성(Directional Light)
LED 조명은 직진성이 강하다. 한 방향으로의 빛이 요구되는 실내등이나 간판 같은 경우 기존 조명에 비해 절반의 광속(광원으로부터 나오는 빛의 양)으로도 같은 조도(단위면적당 밝기의 정도)를 얻을 수 있다. 또한 점등을 위한 반응시간도 매우 빨라서 지시등이나 통신용으로 적합하다.
③ 내구성
진공 기술을 사용하는 기존 광원과 달리 LED 광원은 깨지기 쉬운 유리나 유리관을 사용하지 않는다. 에폭시 수지(Epoxy Resin) 등으로 패키징하기 때문에 내구성이 우수하며 안전하다.
비(非)화석 연료를 이용한 에너지 공급을 강화하여 온실 가스를 감축하려던 정책이 글로벌 경제 위기와 일본 원전 사태로 한계에 부딪치고 있다. 각 국 정부들은 신재생 에너지에 대한 지원금을 축소하고 있다. 또한 일본과 독일 등의 원전 가동 중단에 따라 화석 연료 사용 증가가 불가피해지고 있다. 따라서 에너지 공급 측면보다 에너지 소비 감축에 대한 국가별 정책이 활성화될 전망이다. 건물, 공장, 가전제품, 자동차 등에 대한 에너지 효율 규제가 더욱 강화될 것으로 예상된다. 이러한 에너지 절약의 중심에 있는 것 중에 하나가 LED 조명이다.
우리 정부도 LED 조명 확산을 위해 최근 ‘LED 2060’ 정책을 발표했다. 오는 2020년까지 국가 전체 LED 조명 보급률을 60%까지 끌어올리기 위해 공공 부문이 앞장서 대형 LED 조명 보급 사업을 추진하고, 민간 부문의 보급 활성화 차원에서 건물과 주택에 LED 조명 사용 의무화를 단계적으로 시행한다는 것이다. LED 조명 시장 성장의 가장 큰 걸림돌은 높은 초기 구입 가격이다. 빠른 기술 개발을 통해 기존 조명과 견줄만한 혁신적인 낮은 가격에 조기에 도달할 수 있도록 기업과 연구소, 학교를 적극적으로 지원함과 동시에 소비자들이 LED 조명에 진정한 가치를 느낄 수 있도록 LED의 숨은 장점들을 적극적으로 알리는 것이 필요해 보인다.