건축물 에너지 자립을 위한 태양광 해법
- 건축물 에너지 자립률 향상을 위한 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템
▲ 김용기 KICT 건축에너지연구소 연구위원
프리패브(Prefab) 지붕일체형 태양광 유닛 시스템은 건축과 태양광 발전을 결합한 혁신적인 시스템이다. 이 시스템을 도입하면 건물 지붕 자체가 발전 기능을 갖추고 있어 태양광 패널을 별도로 설치하지 않아도 에너지 자립이 가능해진다. 에너지 자립은 곧 에너지 안보, 환경 보호로 이어지므로, 지속 가능한 미래를 위한 최선책으로 꼽히고 있다.
건축물 에너지 자립률 향상을 위한 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 기술에 관한 소개를 간략하게 부탁드립니다.
프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 기술은 공장에서 태양광 모듈 여러 장을 한 개의 유닛으로 구성하고, 지붕재 기능을 할 수 있도록 단열재, 방수시트 등을 일체화한 시스템입니다. 이를 이용하면 현장에서 신속하고 안전하게 태양광 모듈을 설치할 수 있다는 장점이 있죠. 더불어 이를 통해 화재 안전 성능, 단열 성능, 방수 성능 등이 보강될수 있고, 충분한 통풍 공간을 확보해 여름철 태양광 발전 효율 상승 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 그리고 무엇보다도 프리패브 방식을 이용하면 공장 지붕재 및 태양광 모듈 설치 기간을 대폭 줄여 시공 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있습니다.
태양광 유닛 시스템 기술 연구를 시작하게 된 배경이 있을까요?
건물에서의 탄소 배출량을 줄이기 위해서는 건물 에너지 수요 관리 기술과 건물에서의 에너지 생산 기술이 조화롭게 도입되어야 합니다. 그동안 건물에너지관리시스템(BEMS:Building Energy Management System)에 관한 연구를 수행하였고, 수년 전부터는 수요 관리 기술과 더불어 건물 에너지 생산 기술 연구도 병행하고 있습니다. 건물에서 재생에너지를 생산할 수 있는 대표적인 기술은 태양광 발전 기술입니다. 이에 따라 건물 에너지 자립률 향상을 위해 태양광 발전이 증가하는 추세입니다. 건물 태양광은 옥상, 벽체, 지붕에 태양광 모듈을 설치함으로써 태양광 발전을 위한 부지가 필요 없고, 전기 계통 연계가 용이하다는 특징이 있습니다.
하지만 이러한 많은 장점에도 불구하고, 건축적인 측면에서 보면 일부 시설의 경우 건물 경관이 훼손되고 지붕 누수 등의 문제점을 일으킬 수도 있다는 단점이 있습니다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 건물 일체형 태양광 발전(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 시스템이 보급되고 있으나, 설치 비용이 비싸다는 문제가 있는데요. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 경제적인 BIPV 시스템을 연구하게 되었습니다.
기존 건물 태양광 발전 기술과 프리패브 지붕일체형 태양광 유 닛 시스템 기술은 어떤 차별성을 두고 있을까요?
일반 건물 태양광 모듈 설치 방법은 평지붕에 구조물을 활용하여 설치하거나 공장, 창고 등의 샌드위치 패널에 태양광 모듈을 부착시키는 방법을 활용합니다. 이러한 방법의 경우 건물 미관을 해치거나, 내풍 성능 저하 및 누수 등이 발생할 수 있습니다. 현장에서 설치하는 건물일체형 태양광 발전 시스템의 경우 설치 과정이 복잡하고, 시공 기간이 길어져 비용이 상승하는 문제점이 있고요.
반면 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 기술은 공장에서 단열재, 방수시트, 태양광 모듈을 일체화하여 1개의 유닛으로 제작하고, 유닛과 유닛의 체결 구조로 단열재가 충전된 암수구조를 적용함으로써 지붕재의 성능을 향상할 수 있습니다. 또 현장 시공 기간을 최대한 단축함으로써 태양광 설치비용을 절감할 수도 있죠. 특히 공장에서 유닛을 생산하기에 대량생산 체계를 통한 규격화된 품질 확보도 가능합니다.
앞으로 이루고자 하는 연구 성과나 목표가 있다면 말씀 부탁드립니다.
내년에는 보급형 프리패브 BIPV 지붕 유닛 시스템을 개발하고자 합니다. 또한, 산업통상자원부-한국에너지기술평가원 지원의 ‘건물 수명주기를 고려한 장수명 BIPV 모듈 개발’ 과제에 참여함으로써 공동주택 입면 및 벽체에 적용할 수 있는 장수명 BIPV 시스템을 개발할 계획입니다. 개발된 기술은 관련 기업으로의 기술이전을 통해 상용화될 것이며, 이를 통해 건물 에너지 자립률 향상 및 제로에너지건축물 활성화에 기여하는 것을 목표로 두고 있습니다.
