케이제이이엔씨, 6061계열 알루미늄합금 구조물로 알루미늄 한계 극복
  • 권선형 기자
  • 승인 2021.11.01 08:30
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경도 18HV까지 구현, 지붕형, 염해형, 영농형 태양광구조물에 최적화

[인더스트리뉴스 권선형 기자] 알루미늄이냐 포스맥이냐. 태양광구조물 시장에서 이 질문은 끝나지 않은 논쟁 중 하나다. 각각 다른 장점을 갖추고 있어 어떤 소재만 특별히 좋다고 말할 수 없기 때문이다. 비용, 강도, 부식 등의 요소에 따라 어느 곳엔 알루미늄이 어느 곳엔 포스맥이 사용되고 있다.

각각의 장점이 있다면 단점도 각각 있다는 뜻. 알루미늄은 강도와 비용에서, 포스맥은 무게에서 상대적인 약점을 갖고 있다. 각각의 약점을 보완하고 장점을 높인 구조물을 개발할 수는 없을까? 

알루미늄합금 소재를 활용해 태양광, 영농시설 설계와 구조물을 연구·개발하고 있는 케이제이이엔씨가 그 해답을 내놨다. 

윤항도 대표는 “케이제이이엔씨는 알루미늄합금을 활용해 태양광에 최적화된 구조물을 개발했다”며, “강도는 포스맥과 비슷하고 내염해성과 내부식성에 뛰어나 앞으로 활용할 곳이 많아 질 것”이라고 밝혔다. [사진=인더스트리뉴스]
윤항도 대표는 “케이제이이엔씨는 알루미늄합금을 활용해 태양광에 최적화된 구조물을 개발했다”며, “강도는 포스맥과 비슷하고 내염해성과 내부식성에 뛰어나 앞으로 활용할 곳이 많아 질 것”이라고 밝혔다. [사진=인더스트리뉴스]

건축 설계 엔지니어링 기업, 구조물 전문기업으로 거듭나다

2018년 설립된 케이제이이엔씨는 그동안 건축 설계 엔지니어링 분야에 특화된 기업이었다. 케이제이이엔씨 윤항도 대표는 포스코건설에서 플랜트 엔지니어링 분야를 담당했던 건축 엔지니어링 전문가다. 그런 윤 대표가 태양광구조물 시장에 뛰어든 건 태양광발전설비 전문기업들의 태양광구조물 설계 및 안전성평가 의뢰 때문이었다.

윤 대표는 “구조엔지니어링 전문기업들이 안전에 대해서만 판별해 줄 뿐 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있었다”며, “어려움을 겪고 있는 태양광발전소 전문기업들에게 구조적 문제의 해결안을 제시해줌으로써 만족도가 높아져 구조물에 관심을 갖게 됐다”고 말했다.

이후 윤 대표는 태양광구조물을 본격적으로 연구하기 시작했다. 충분히 해결할 수 있는데 어떤 문제가 가로막고 있는지 궁금했다.

윤 대표가 시장을 분석하고 연구하며 깨달은 사실은 철 소재 태양광구조물이 갖고 있는 한계가 많다는 것. 무게에서 자유롭지 못해 특히 건축물에는 사용이 제한적이었다. 부식 또한 단점으로 작용했다. 이 단점을 극복할 수 있는 방법은 무엇일까. 시장조사와 자문 등을 거쳐 윤 대표가 최종 선택한 소재는 알루미늄이었다. 강도를 높인 알루미늄합금소재를 개발하면, 한계를 넘어 태양광구조물로 최적화 할 수 있겠다 싶었다. 당시 알루미늄합금 시장 주류는 중국과 독일산이었다. 하지만 구조물의 규격이 일률적이고 강도가 약해 하중이 많은 지역 구조설계에 적합하지 않았다.

윤 대표는 강도를 높이기 위해 알루미늄 6061계열을 적용했다. 전남테크노파크의 적극적인 연구지원으로 강도와 내염성을 높일 수 있는 알루미늄합금 성분 재조합을 통한 최적의 지붕형 및 염해피해지역 태양광구조물을 개발했다.

케이제이이엔씨의 필러 보강형 커더 및 커넥터 [사진=케이제이이엔씨]
케이제이이엔씨의 필러 보강형 커더 및 커넥터 [사진=케이제이이엔씨]

 

알루미늄 약점을 극복하다

윤 대표가 개발한 구조물은 강도가 철재대비 약하다는 선입견을 원소재 조합비를 통해 극복했고 조건이 다른 여러 지역의 하중에 모두 적용 가능하도록 디자인을 개발해 안전성을 높였다. 포스맥과 같은 철제는 천공과 용접과 같은 가공을 해야 하지만 케이제이이엔씨의 알루미늄구조물은 절단 후 볼트로 조립만 하면 된다. 반면 무게는 1/3이다. 최근 가격도 비슷해졌다.

윤 대표는 “알루미늄합금구조물 경도를 18HV까지 구현했다”며, “알루미늄 선박이 암초에 부딪혀도 견딜 수 있는 내구성 강도”라고 설명했다.

반변 철 구조물에 비해 항복강도와 취성이 작은 편이다. 이 약점을 극복하기 위해 선택한 건 일체성 구조이다. 구조물 전체를 하나의 BOX형식의 일체형 구조물로 연결해 안전성을 확보했다.

케이제이이엔씨의 알루미늄합금구조물의 활약은 생각보다 빨리 시작됐다. 제품개발과 동시에 광양항 제품부두창고 지붕형태양광구조물(3M)로 공급해 성공적으로 설치를 마쳤다. 윤 대표는 “부두는 기본적으로 습하고 염기가 있어 구조물에는 취약한 장소로, 더욱이 광양항 제품부두창고는 경간이 30m이상의 PEB(pre-engineered metal building systems)구조 건물로서 구조계산이 난이하고 안전성이 확보되지 않아 손사래 치던 곳이었다”라고 말했다.

케이제이이엔씨가 구조물 설계와 시공을 한 광양제철 제품부두 [사진=케이제이이엔씨]
케이제이이엔씨가 구조물 설계와 시공을 한 광양제철 제품부두창고 지붕형태양광 [사진=케이제이이엔씨]

염해형, 영농형 태양광구조물도 진출

윤 대표가 앞으로 주목하고 있는 시장은 염해형과 영농형 태양광구조물이다. 알루미늄합금구조물의 장점이 더 부각될 수 있는 분야라는 판단 때문이다. 케이제이이엔씨는 현재 내염해성 고강도 태양광구조물을 개발해 특허신청 중이다. 내염해형 태양광구조물로 알루미늄합금을 선택한 건 부식 때문. 철은 염해 지역에서의 부식은 타 지역보다 빠르다. 특히 철 구조물은 도금 취약부 및 파손부에 부식이 시작되면 구조적 안전성을 보장할 수 없다.

윤 대표는 “철재 내식에 의한 도금은 한계가 있으며 내식의 한계 때문에 일정두께 이상 생산 할 수 없는 단점이 있다”며, “염해지역 태양광구조물은 최소 3T이상 돼야 구조 계산이 나올 수 있다”고 설명했다.

케이제이이엔씨는 내염해성 태양광구조물을 기반으로 기술 고도화를 통해 모듈 이동식 영농형 태양광구조물을 개발해 특허출원 후 실증을 앞두고 있다.

윤 대표가 생각한 아이디어는 정해진 시간에 태양광 모듈을 블라인드식으로 접었다 폈다 할 수 있는 방식으로 차폐율을 최소화 할 수 있다는 것. 벼의 생육에 가장 중요한 일조 시간은 오전 10시부터 정오까지고 정오 이후부터의 직사광선보다 간접광이 생육에 도움을 줄 수 있다는 사실에서 착안했다.

모듈 이동식 영농형 태양광구조물은 알루미늄합금과 철구조물, 와이어를 혼용해 개발한 합성 구조물로, 차폐율을 최소화 할 수 있고 구조물의 부피와 자중을 최소화했다. 영농형 태양광구조물 kW당 비용을 80만원대까지 낮췄다. 현재 영농형태양광의 투자비는 kW당 200만원 이상을 추정하고 있고, 기초 및 구조물 기준으로도 120~130만원의 비용이 든다.

윤 대표는 영농형 태양광구조물의 기초도 직접 개발했다. 고인발저항 특수말뚝 기초다. 기존 태양광발전소에 주로 적용하는 보링 그라우팅식과 나사식 말뚝기초의 단점을 보완하고 동시에 원가절감까지 할 수 있는 제품이다. 나사파일을 응용해 만든 제품으로 1.6m 깊이에 들어가 지중에서 4방향으로 브리켓을 펼 수 있다. 덕분에 돌풍이나 연돌현상에도 뽑히지 않는 고인발 저항력을 갖춘 기초이다.

윤 대표는 “4방향으로 날개를 펼 수 있어 돌이 있어도 다른 방향으로 펼칠 수 있게 구현했다”며, “일반나사파일의 2배 이상 인발저항력을 실현할 수 있다”고 말했다.

케이제이이엔씨가 생산하고 있는 다양한 알루미늄합금 구조물 [사진=케이제이이엔씨]
케이제이이엔씨가 생산하고 있는 다양한 알루미늄합금 구조물 [사진=케이제이이엔씨]

혁신적인 스마트팜 구조 시스템

윤 대표는 에너지 자립형 스마트팜 구조 시스템도 주목하고 있다. 알루미늄합금을 활용해 태양광 모듈을 별도의 구조물 없이 스마트팜에 직접 설치가 가능하고 동시에 통수 가능한 비 내식성 알루미늄합금구조물을 개발했다. 관수 및 분무시설을 스마트팜 구조물로 공용할 수 있는 태양광구조물과 관수설비 기능을 동시에 갖춘 기능성 구조물이다. 개발 제품을 활용해 행인 업-다운형 및 수직이동형 구조 시스템을 적용해 농산품 생산력을 증대시킬 수 있다. 

윤 대표는 “스마트팜 구조 시스템은 현재 스마트팜 분야 최고 기술력을 갖추고 2,000억원 이상 수출하고 있는 명성프라콘에 기술이전했다”고 말했다. 윤 대표가 앞으로 주목하고 있는 분야는 탄소섬유와 알루미늄합금을 활용한 신재생에너지 관련 초고강도 구조물 분야. 해상 풍력과 같은 대형 신재생에너지 사업을 대비해 접안설비와 수상 부유부력구조물의 내구성과 안전성을 갖춘 초고강도 탄소알루미늄합금 구조물을 개발할 계획이다.

윤 대표는 “지금까지 개발한 제품의 전용사용권도 다 허용할 계획으로 많은 기업들이 이 기술을 활용해 더 발전하면 좋겠다”고 말했다.

기술과 기술이 연결돼 더 밝아지는 세상. 윤 대표는 기술로 밝아지는 공동체를 꿈꾸며 오늘도 혁신 기술을 연구 중이다.

 

 

 


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