[솔라투데이 최홍식 기자] 태양광발전에 대한 대중적 인식이 확산되면서 다양한 형태의 태양광발전 시설에 대한 수요도 증가하고 있다. 더욱이 도심지역은 부지 확보 문제에 따라 옥상이나 지붕 등 유휴 부지를 활용하는 방안으로 태양광발전 시설을 늘려가고 있다. 이러한 상황에서 건물일체형 태양광발전(BIPV) 상용화의 필요성에 대한 목소리도 높아지고 있으며, 관련된 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

충북 서산에 설치된 BIPV 1차 실증 목업장 [사진 = KCL]

파리협약의 발효로 신재생에너지 사용이 확산되면서 건물일체형 태양광발  전(이하 BIPV)도 함께 주목받고 있다. BIPV는 태양광 모듈을 건축부자재로사용해 건물 자체에서 전력생산을 할수 있는 기술이다. 건물 외벽은 물론 창호, 지붕재, 벽체 등 활용가능 범위가넓은데다가 건물 디자인을 손상시키지않아 차세대 태양광 산업을 이끌 기술분야로 꼽히고 있다. 

BIPV 태양전지에 대한 시험 평가 인프라 완비

한국건설생활환경시험연구원(KCL)이 건물에너지 사업본부 옥외실증시험센터에서는 BIPV 태양전지와 건자재에 대한 성능 시험 평가 인프라를 구축하고 있다. 이를 바탕으로 BIPV 모듈에 대한 성능평가 KS 인증 위탁기관으로 가장 적합한 역량을 보유하고 있다. 충남 서산시 대산읍에 있는 센터에는 태양광발전 설비에 대한 내풍압 시험 설비 30종 185대가 갖춰져 있으며, BIPV 실증 목업 테스트베드도 있다. 충북 진천 센터에는 BIPV 시험설비 등 20여종과 BIPV 소재 부품 분석 장비 5종이 구비돼 있다. 

KCL 옥외실증시험센터는 신재생에너지 KS 인증평가를 진행한다. 2014년 PV에 대한 성능 검사기관으로 지정된 이후 이듬해 PV에 대한 KS 인증 제품심사 업무 위탁협약을 체결했으며, 올해 초에는 BIPV에 대한 KS 인증 제품심사 업무 위탁협약을 체결했다. 
그 밖에 BIPV 목업 시험동에서는 방향과 종류, 각도에 따른 BIPV 모듈의 발전량을 모니터링하고 확인하는 실증시험이 진행되고 관련된 DB를 구축하는 등 R&D 연구 개발을 진행하고 있다.

KCL옥외실증센터의 모듈 파괴 검사장비[사진 = KCL]

BIPV분야의 다양한 시험 성능 평가 진행

옥외실증시험센터에서는 그동안 태양광발전과 연계된 다양한 연구개발과제를 활발히 진행해왔다. 특히 BIPV와 관련된 분야에서 뛰어난 성과를 거두고 있다. 산업부 과제 수행을 통해 BIPV 성능평가 기준을 구축했고, BIPV DSC 모듈을 개발하기도 했다. 한국산업기술진흥원의 연구개발과제 수행을 통해 태양광발전용 커튼월의 신뢰성 평가기술 개발도 성공적으로 수행했다.

한국에너지기술평가원에서 제안한 과제를 통해 설계정보 통합형 BIPV 건물적용 기반기술을 개발하고 실증에 성공했으며, 미래부의 연구개발과제 수행을 통해 도심 분산전원용 유기물 기반 태양전지 성능 및 신뢰성 평가기술을 개발했다. 

그 밖에 도시철도 역사 복합에너지 시스템 성능시험 평가기법을 개발했으며, BIPV 설치·보급 활성화를 위한 수용성 제고 방안을 마련하기도 했다. 또, BIPV 모듈과 시스템에 대한 표준 및  인증기반 고도화 기준도 확보했다. 지난해에는 서울시 태양광 미니 발전소 설치기준 마련과 안전성 확보 가이드라인을 고시하기도 했다.

KCL 옥외실증센터의 모듈 파괴 검사장비 [사진 = 솔라투데이]

부지문제 등으로 인해 BIPV에 대한 수요도 증가 추세

실생활에서 태양광발전을 통한 전력 생산이 활발해지고 친환경에너지 사용에 대한 전 세계적 관심이 높아지면서 태양광 산업에 대한 수요도 다양해졌다. 더 효율적인 에너지 생산을 위한 방법을 찾게 되고 획일화된 태양광발전 시설을 넘어 디자인적 요소를 만족시켜주는 제품에 대해 수요가 늘어나고 있다. 특히 우리나라는 도시에 건물이 밀집되어 있고 건물의 고층화와 집중화로 인해 태양광발전 시설을 설치하기에 공간과 장소의 제약을 많이 받고 있다. 이에 따라 효율적인 전기 생산은 물론 건물의 마감재로 미적 다양성과 마감재 절약 방안으로 BIPV 시스템에 대한 관심과 수요가 증대되고 있는 상황이다. 상황이 이렇다 보니 태양광 산업계에서는 BIPV 성능평가에 대한 기준마련을 계속 요구했고, 지난해 12월 BIPV 모듈 성능평가 표준인 KS C 8577이 제정됐다. 

BIPV에 대한 표준이 제정되면서 설계·시공 등 연관된 기술 개발도 활기를 띄고 있다. 우선적으로 개발되고 있는 분야가 건물생애주기 동안의 정보처리 및 관리과정(BIM, Building Information Modeling) 기술이다. 이 기술은 BIPV 건물의 초기 개면 설계부터 준공 후 유지관리 단계까지 전 수명주기 동안 다양한 분야에서 적용되는 정보(발전량 예측, 경제성 평가 등)를 종합적으로 생산·관리하는 설계 기술이다.

이와 함께 모듈 설치와 전기공사, 접지공사를 고려한 시공기술이 개발되고 있어 조만간 시공의 용이성도 확보될 것으로 예상된다. 그 밖에 건축물 외벽에 다양한 색상 구현이 가능한 컬러 BIPV 모듈 개발도 한창 진행 중에 있다. 발전 효율이 높은 컬러 BIPV 모듈에 대한 연구 개발이 성과를 거두게 되면 지금까지 밋밋했던 태양광발전을 대신해 다양한 디자인으로 구성된 아름다운 태양광발전 시설을 볼 수 있을 것으로 생각된다.

한국건설생활환경시험연구원 옥외실증시험센터 최정진 센터장

다양한 컬러로 외장재의 질감 구현이 가능하고 다른 마감재와 통일성을 구현할 수 있겠다. 컬러 BIPV 모듈은 디자인적 요소뿐만 아니라 기능적으로도 한층 업그레이드 될 것으로 전망된다. 플라즈마처리를 통한 내습성 및 내구성 구현이 가능해지고 낮은 빛 반사율로 인해 빛 공해도 줄여줄 것으로 보인다. 색이 입혀져 있어 변색 가능성 또한 낮을 것으로 예상된다. 

정부는 전력수요 증가를 위한 대책으로 부하관리, 전기요금 제도개선, 스마트그리드 조기 확산 등의 수요관리 계획을 추진하고 있다. 이런 상황에서 BIPV 융복합 기술은 점진적인 성장을 이룰 것으로 보인다. BIPV 기술과 에너지저장장치(ESS) 기술이 융합되면 전력피크 관리가 용이해진다는 것이 지금의 전망이다. BIPV 태양광발전 기술과 ESS 기술의 연계가 빨라질수록 전기에너지 사용이 편리해지므로 양 기술의 높은 융복합 성과가 요구된다. 

건물 BIPV와 ESS 기술이 효율적 운용을 위해서는 건물에너지관리시스템(BE MS, Building Energy Management System) 도 활성화 될 필요가 있다. 건물 피크 전력을 모니터링하고 에너지소비 패턴에 대한 데이터베이스를 확보해 분석하는 기능을 BEMS가 수행하기 때문이다.

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