[인더스트리뉴스 정한교 기자] 벽면, 지붕면 등 ‘건물일체형 태양광(BIPV)’은 다양한 입면 고정방법이 존재하지만, 제한된 공간 내에서 건물의 디자인과 발전효율이라는 두 마리 토끼를 모두 잡기란 쉬운 일이 아니다.

특히, 건축 외장재로서 심미성을 높인 컬러 BIPV는 발전효율 측면에서 제조기업들에게 더욱 커다란 난제를 던져주었다. 이에 BIPV 제조기업들은 증가하는 BIPV 수요에 발맞춰 발전효율과 심미성, 두 마리 토끼를 잡기 위한 기술개발에 집중했고, 다양한 방법의 성과들이 등장하고 있다.

최근 디엔에프(DNF)가 개발한 ‘BIPV 컬러글라스’는 주목할 만한 성과 중 하나로, 건축 외장재로서 BIPV의 가치를 한층 끌어올렸다는 평가를 받고 있다. 디엔에프는 BIPV용 컬러글라스에 사용되는 코팅제를 통해 두 마리 토끼 잡기에 성공, 여기에 내구성 향상이라는 결과까지 더했다.

디엔에프 김현기 전무는 “짓고 나면 오랜 시간 사용되는 건축물에서 변색은 미관을 해치고, 건물의 가치를 떨어뜨린다”며, “기존의 컬러 BIPV는 변색이 발생할 수 있지만, 디엔에프가 개발한 BIPV 컬러글라스는 절대 변색이 일어나지 않으면서 뛰어난 색감과 높은 내구성 및 발전효율을 보장한다”고 설명했다.

반도체 회로를 형성하는 CVD/ALD Precursor 전문기업으로, 지난해 정부가 선정한 ‘소재·부품·장비’ 강소기업 55개사에 포함된 디엔에프는 꾸준한 연구개발 투자를 통해 진입장벽이 높은 분야에서 최첨단의 제품을 선보이고 있다. 이미 국내 대기업이 자사의 스마트폰 디스플레이에 디엔에프의 코팅제를 선택하는 등 높은 기술력을 인정받았으며, 이러한 기술력을 BIPV 컬러글라스에 접목시켰다.

김현기 전무는 “높은 기술력과 지속적인 연구개발은 디엔에프가 보유한 최고 장점 중 하나”라며, “유기발광다이오드(OLED) 봉지재 프리커서 개발로 반도체 소재 외 전자소재 사업 진출, 무기고분자를 이용한 기능성코팅제를 개발해 모바일 디스플레이에 사용되는 눈부심방지(AG) 코팅제, 자동차용 발수코팅제, 태양광용 반사방지(AR) 제품 등 다양한 분야에서 성과를 보여주고 있다”고 덧붙였다.

화학소재기업인 디엔에프가 BIPV 시장에 참여한 계기는?

기존 BIPV 컬러글라스는 전체 시장을 해외기업이 대부분 점유하고 있었다. 이에 높은 단가와 불안정한 수급 등의 문제가 발생했다. 또한, 글라스에 컬러를 구현하기 위해 스퍼터(Sputter) 공정이나 스크린 인쇄 등이 사용됐는데, 이러한 방식들은 제품의 내구성을 떨어뜨리고, 높은 제조단가를 형성한다는 단점이 있었다.

이에 디엔에프는 소재 개발의 장점을 살려 BIPV 글라스용 컬러 코팅액 개발에 착수했고, 기존에 보유했던 기술력을 바탕으로 간단한 공정을 거쳐 고투과율과 다양한 색감을 살리는데 성공했다. 디엔에프는 무기고분자를 이용한 BIPV 컬러글라스를 개발해내며 다양한 컬러를 구현해냄과 동시에 건축물과 조화를 이루는 색감, 높은 발전효율도 구현해내는 BIPV 컬러글라스를 공급할 수 있게 됐다.

디엔에프에서 생산 중인 무기고분자 소재는 탄소를 갖지 않는 실리콘 계열의 무기물로, 공기 중 수분만으로도 경화돼 순수한 이산화규소막(유리막)을 형성한다. 또한, 글라스, 금속, 필름 등 다양한 기재와 부착력이 우수해 기능성 코팅 신소재로 각광받고 있다.

디엔에프의 BIPV 코팅제가 가진 특장점은?

선명한 색감과 고내구성, 높은 투과율 및 발전효율을 꼽을 수 있다. 코팅 후 검정색(Black)의 백시트(Back Sheet)를 부착하면, 다양한 색상에서 선명한 색감이 구현 가능하다. 채도를 조절할 수 있기 때문에 건축물과 완벽한 조화가 가능하다. 컬러에 따라 투과율은 80~95%, 최대 발전효율은 85~97%까지 가능하다. 여러 테스트를 통해 고온에서 장시간 사용 시에도 컬러감을 유지할 수 있는 특성을 입증했다.

또한, 현재 가장 많이 사용되는 컬러글라스 제작 방식인 스퍼터 공정은 3D 글라스나 패턴 무늬가 있는 저철분무늬유리(PV 태양광 커버유리)에 코팅 시 얼룩이 발생하는 문제점이 있었다. 이에 반해 디엔에프는 커버글라스 뒷면에 스프레이 공정으로 코팅을 진행해 유리 종류에 상관없이 적용이 가능하다.

컬러글라스를 BIPV에 적용하기 위해 가장 고려해야 될 부분은 건물의 심미성을 높일 수 있는 디자인적 요소이다. 디엔에프는 태양광 셀이 적나라하게 노출되는 기존의 형태를 벗어나 건물 외관과 구분이 되지 않을 정도의 높은 퀄리티(Quality)의 디자인적 요소에 고투과율과 고내구성을 가지는 컬러글라스를 개발하기 위해 주력했다.

또한, 디엔에프의 컬러글라스는 높은 발전효율에 더해 코팅제의 핵심소재를 자체 생산하고 있기 때문에 해외 제품에 비해 매우 저렴하다는 특징을 가지고 있다. 현재는 코팅을 외주 가공으로 진행하고 있지만, 향후 BIPV 전용 코팅 제조라인을 갖춘다면 가격경쟁력에서 더욱 우위를 보일 것으로 전망하고 있다.

향후 예상되는 국내 BIPV 시장 전망은?

기존의 PV 태양광이 환경파괴, 국내의 지리적 한계 등으로 설치 한계점에 도달하며, BIPV 시장의 성장을 촉진시키고 있다. 이러한 상황에서 정부 및 지자체의 BIPV에 대한 지원 확대는 매우 긍정적인 부분이며, BIPV는 향후 국내 신재생에너지 정책을 이끌 특화분야로 성장할 것이라고 생각한다. 디엔에프는 우수한 기술력을 기반으로 BIPV 시장의 선두주자가 되기 위한 준비를 다지고 있다.

건축 외장재로서, 건축업계가 BIPV에 요구하는 첫 번째는 디자인적 요소이다. 건물 외벽 설치 시 얼마나 조화로운지, 얼마만큼의 심미감을 주는지가 중요하다. 발전효율 역시 빠질 수 없는 요소로, 향후 BIPV 시장에는 이 두 가지를 충족시킨 제품들이 트렌드를 주도할 것이다. 아직 국내에는 BIPV용 컬러글라스를 전문적으로 생산하는 기업이 거의 없기 때문에 디엔에프는 2020년 자사 제품이 이 시장에서 하나의 이정표가 되는 것을 목표로 노력을 기울일 계획이다.

향후 BIPV 시장 경쟁력 및 점유율 향상을 위한 전략은?

태양광 모듈은 외부에서 오는 물리적 충격을 보호하기 위해 보편적으로 전면 커버(Cover)로 글라스를 사용한다. 이러한 글라스에는 광원으로부터 발생한 에너지가 태양전지에 전달되기까지 발생할 수 있는 광학적 손실을 감소시키기 위해 고투과성이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 AR(Anti reflectance), AG(Anti glare), AS(Anti soiling), SC(Self cleaning) 등의 특수기능이 적용된다. 이중 AR, AG, SC 코팅 기술을 BIPV 코팅에 접목시키고자 활발한 연구개발을 진행하고 있다.

광택성 재질에서 발생되는 광막 반사로 강한 빛이나 높은 휘도의 빛에 의해 사물형상을 인지할 수 없는 상태가 발생할 때가 있다. 고층 건물에 설치되는 BIPV나 공항 인근 지역에 설치되는 모듈의 경우, 이러한 광막 반사에 의해 사물 인지도가 감소하면서 대형 사고로 연결될 가능성이 높다. 디엔에프는 AG 코팅 소재도 제품군으로 보유하고 있으며, 이 기술을 태양광 글라스에 적용시켰다. 입사 태양광에 대해 난반사 효과를 적용시킴으로 눈부심을 저감시킨 것이다.

또한, 태양광발전효율과 관련해 파손 등의 물리적 문제와 함께 흙먼지, 낙엽, 눈 등 패널에 붙어 효율을 떨어뜨리는 경우를 자주 볼 수 있다. 이미 해외에서는 패널의 재료 및 코팅기술을 발전시켜 이런 오염문제를 줄이는 방법을 개발 중이지만, 국내는 핵심소재의 국산화가 취약했기 때문에 어려움이 많았다. 디엔에프는 기능성 코팅 소재들을 활용해 오염방지 및 자가세정 기능을 갖는 코팅 기술을 함께 개발 중이다.

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