태양광 Color Module로 외벽 파사드에 시공된 bipv 현장사진
국토교통부에서는 “국내 에너지소비량의 20% 이상은 건축물이 차지”하고 있으므로, “탄소중립 달성을 위해서는 건축물의 에너지소비량을 절감시키는 그린리모델링이 필수적”이라며, “정부는 공공건축물 그린리모델링 사업을 통해 민간부문으로의 그린리모델링 확산을 촉진”하고, “그린리모델링 사업대상 확대 등 건축물 탄소배출 절감을 위해 더욱 노력해 나갈 것”이라고 밝혔다.
BIPV 보급의 부진 이유는 건축자재로써 특히 심미적 관점에서 기존 건축물과 부합되지 않았고 다양한 건물 구조에 대응 할 수 없기 때문이다. 이러한 문제 해결을 위해서 유럽, 미국 업체에서 개발한 BIPV 모듈의 도입 또는 동기술에 대한 자체 제품이 필요하고 이를 기반으로 다양한 건축 구조에 적용 할 수 있는 시공 부자재 및 설치 기술의 개발이 필요한 실정이다. 이에 더하여 제천/밀양 화재참사, 경주 지진 등 최근 발생한 화재사고나 지진 등에 대한 안전성을 고려한 지붕, 외벽형 태양광건자재 모듈이 역시 필요하다. 건축 및 전기 자재로서의 BIPV 모듈에 요구되는 다양한 성능적 특성, 안정상의 요구 요건 및 20년 이상 사용 할 수 있는 신뢰성 등을 복합적으로 시공 할 수 있는 제품이 필요한 것이다.
현 정부
서울시 역세권 염창동 청년주택에 시공된 bipv, 지붕일체형태양광 발전시스템 51kw 시공현장의 제로에너지건축물 및 신재생에너지 보급 확대 의지를 보면 정부의 에너지 정책은 탈원전 및 친환경 녹색에너지로의 전환 강조하고 있다. 신재생에너지 3020 계획 태양광 보급 목표를 달성하기 위한 전략으로 주택, 건물 등 도시 자가용 태양광 확대 140 MW를 목표로, 건물일체형 태양광발전 즉, BIPV(Building Integrated PV)는 도심화 및 협소한 대지면적의 국내 조건에 적합한 제품이며, 비주거용 건물의 제로에너지를 위한 제품이 필요하다.
이를 위해서는 건물일체형 태양광발전시스템의 보급활성화 장애 요소 제거해야 할 필요가 있다. BIPV 건물 보급이 10년 이상 이루어진 현 시점에서도 BIPV 시장은 아직 본격적으로 열려있지 못한 실정이며, BIPV 관련하여 제도적 측면, 성능 측면, 건축적(심미성 및 기능) 측면의 장애 요소를 제거할 필요가 있다. 건축자재로써 심미적 관점에서 기존 건축물과 부합되지 않았고 다양한 건물 구조에 대응 불가능하다. 심미성이 개선된 모듈의 도입 또는 개발이 필요 하고 이를 기반으로 다양한 건축 구조에 적용 할 수 있는 시공 부자재 및 설치 기술의 개발이 필요한 실정이다.
건물 외벽에 외피마감재로 사용된 현장사진, 건물일체형 태양광발전용 모듈의 용도 및 적용 부위별 요구성능 또한 충족된 다는 장점이 있다
또한, 화재 및 구조 안정성 요구가 증대, 건축물 외피마감재의 난연 또는 준불연 이상의 화재에 대한 안정성 확보가 필요하다. 내풍압, 지진 등에 대해 안정성을 고려한 외벽형 건축자재형 모듈로서 건물일체형 태양광발전용 모듈의 건축자재로서 성능 구현은 필수적이다. 특히 건축물 외피마감재로서 기능(예 : 단열, 방수, 방습, 방풍 등)을 구현하지 못할 경우 건축시장에서는 수용 불가능하며, 건물일체형 태양광발전용 모듈의 용도 및 적용 부위별 요구성능 또한 충족이 필수적이다.
정부는 2025년 제로에너지주택 의무화를 목표로 녹색건축물 조성지원법에 근거하여 다양한 기준 및 제도개선을 강력히 추진하고 있으며 제로에너지건물의 의무화 달성을 위해 제시한 단계별 로드맵 제시하고 있다. 비주거용 건물의 연간 에너지소비량 구성비를 보면 조명과 플러그부하 등 전기에너지 소비량의 비중이 70% 이상을 차지하여 주거건물과 반대되는 유형을 보이고 있다. 따라서 비주거용 고층건물의 제로에너지화를 위해서는 열부하 보다는 전기부하의 비중에 크기 때문에 설비형 기술의 역할이 매우 중요하다.
현재 수준으로는 건물내 전기에너지를 절감할 수 있는 방법이 매우 제한적이며 절감 범위도 크지 않기 때문에 비주거용 건물의 제로에너지화를 위해서는 전기에너지를 생산할 수 있는 기술 도입이 중요하다. 현재 기술 및 시장여건을 고려할 때 비주거용 고층건물의 가장 큰 비중을 차지하는 전기에너지를 생산할 수 있는 신재생에너지 기술은 태양광발전 기술이 될 수밖에 없다. 태양광발전 기술 중에서도 특히 건축 외장재와 태양광모듈의 기능을 복합시켜 건물 외피에 일체화 시키는 건물일체형 태양광발전 즉 BIPV(Building Integrated PV)는 도심화 및 협소면 대지면적의 국내 조건에 적합한 기술임에 틀림없다.
BIPV 보급활성화를 위한 분야별 고려요소
분야 | 내용 |
제도 | BIPV의 기본개념은 전기를 생산하는 태양광 발전 모듈을 건축자재화하여 건물외벽에 부착 시공함으로서, 많은 복합적 장점을 이용하는 기술로 정의 전기를 생산하는 전기제품 성격의 자재 및 시스템과 건축외장재의 성격을 동시에 가지고 있기 때문에 표준화, 규격화 등의 제품성격으로 취급하기가 곤란하며 건축공법 및 시공의 다양성으로 인해 정형화된 기준 모델의 정의하기가 쉽지 않은 문제점 존재 일반적 구분방식은 크게 보면 기존 건축물과 관계없이 독립적으로 건물에 적용되었느냐(Not integrated), 아니면 기존 건축자재 위해 단순히 거치하는 형식으로 적용되었느냐(BAPV, Building added PV), 아니면 기존 건축자재를 완전해 대체하여 완벽한 건축자재로서 적용되었느냐(BIPV, Building integrated PV or AIPV, Architectural integrated PV)에 따라 3개 등급으로 구분 3개 등급구분 안에서 세분화 하면, 기존 건축자재의 대체 수준 정도, 경제성, 통합수준, PV모듈 특이성, 설계 시공의 실현 가능성 문제, 규격화 가능성, 완전 주문자 생산성의 문제, 단열 및 방수, 일사차단의 대체가능 문제 등 구분상의 많은 복잡성 존재 건축자재와 연계되기 때문에 건축법상에 연관되는 단열기준, 풍압기준, 방수, 수밀, 기밀 등 많은 건축성능과 관련된 기준들과도 종합적으로 검토 필요 국내 보급시장에 BIPV도 뿌리를 내기기 위해서는 가장 선행되는 조건이 BIPV에 대한 인증기준의 수립임 |
성능 | BIPV의 설치여건은 건물의 향 및 형상에 따라 다양한 조건으로 설치될 수밖에 없기 때문에 국외 자료에 의존하지 말고 국내여건에 맞추어 장기성능 데이터에 근거한 BIPV의 조건별 성능 검증이 시급함 BIPV는 건축자재로 적용되기 때문에 단열, 방수, 건축시공법 등을 고려하여 가능한 건물과 일체시키는 것이 바람직하며 이는 후면 통풍을 억제하기 때문에 BIPV의 경우 발전성능과 효율, 열파 등에 대한 종합적 검토 필요함 자체음영 또는 인접 차폐물에 의한 그림자 문제도 BIPV에서 극복해야하는 조건이라 할 수 있음으로 음영에 의한 영향을 보다 정량적으로 평가하고 이를 최소화할 수 있는 방안을 제시하는 것이 필요함 BIPV에 적용가능한 태양전지의 종류도 무조건적으로 최대의 발전효율을 발휘하는 것을 추가해서는 곤란하며, 온도측성 및 입사각특성, 청천공과 담천공상의 발전효율 특성, 투과율, 투과후 색상, 외부 색상, 질감, 패턴 등 성능에 영향을 미치는 다양한 요소를 고려해야 함 UV에 따른 경화문제, 실내외 안정성을 고려한 BIPV 적용유리의 강화문제, 효율적인 배선의 문제, 출력차를 극복하기 위한 배선 또는 인버터 종류의 선별 문제, 설치용량과 인버터용량의 차이에 따른 제어문제, BIPV를 위한 MPPT 최적제어 문제, BIPV의 효율적 운영 및 지능적 고장 진단을 위한 저가형 모니터링 시스템 문제 등도 차세대 BIPV 시스템에서 필히 고려되어야 하는 요소임 |
건축 | 건축디자인의 다양성, 재료 및 공법의 다양성, 설치여건의 다양성으로 인해 대부분의 BIPV 모듈은 규격화 표준화 하는 것은 매우 어려운 실정 일부 건물의 용도에 따라 공업화건물 모듈화건물과 연계할 경우 충분한 가능성을 가질 수 있으며, 이를 위해서는 건물용도별 특성을 정확히 파악하여 특성화된 모듈을 추구하는 것이 중요 BIPV로서 가져야 하는 기본 요건은 의장적 측면에서 건축과의 조화성을 절대로 무시할 수 없는 것이다. 따라서 BIPV 모듈의 색상, 표면질감, 표면패턴, 투과율, 투과후 실내에 투영되는 색상 및 패턴, 투광모듈의 왜곡성 등 많은 디자인적 요소에 대한 충분한 시장검토 필수 BIPV의 경우 발전성능의 기술적 문제도 중요하지만 깨끗한 도시미관을 향상시킬 수 있는 의장성 및 미관적 아름다움 또한 더욱 중요한 요소임을 인지 BIPV 시스템을 통해 열손실이 과다하거나, 누수가 될 경우 건물로서의 기본기능을 상실하기 때문에 BIPV를 더 이상 건축시장에서 수용할 수 없음 부자재 시장에 대한 개발도 매우 중요한 이슈 중 하나이다. BIPV 건축자재를 개발했다 하더라도 이를 손쉽게 설치할 수 있는 부속자재와 설치 장비, 유지보수 장비 건축 디자인적 접근 |
나다은 기자
