건물일체형 태양광 발전(BIPV: Building Integrated Photovoltaic System), 창호형 태양전지 기술: 썬팅한 창문

건물일체형 태양광(BIPV. Building Integrated Photovoltaic System): 건물을 구성하는 자재에 통합하는 것

cf. 건물적용형 태양광(BAPV. Building Applied Photovoltaic System): 보통 건물밖에 프레임설치하고 고정하는 것.

건축자재를 겸하는 BAPV도 있고, 건물리모델링할 때 사용할 수도 있음.

옥상에 프레임박고 패널올리는 건 PVIB(Photovoltaic in Building)라고 부른다고.

BIPV도 창호대신 사용해 안이 보이는 것도 있지만 그냥 건물 외벽 외장재로 사용해 불투명한 것도 있음. ^[각주:1] BIPV의 일종으로 간주되더라도 BAPV는 태양광발전패널을 달았다는 티가 납니다.

색유리칠갑을 해놓은 요즘 철골구조건물에 모두 이걸 달아놓으면, 전기도 만들고 열섬효과도 줄이고..

 

BIPV, BAPV기술을 설명한 글 하나.

m.blog.naver.com/cnt_reporter/221149054992

[ 태양광 에너지 "BIPV" ] 경제성과 디자인 두 마리 토끼를 모두 잡은 BIPV는 무엇인가?

2020년대의 트렌드.

 

 

값은 싸지 않지만 건물 업무용 건물 외벽, 주거용 건물 창문에 적용함으로써, 사생활보호, 전기 생산을 다 할 수 있는 것. 앞으로, 완전투명창을 원하지 않는 건물, 집은 이걸 쓰겠죠.

 

검색해보면 십여 년 전 뉴스에도 사용된 예가 보도되고 우리나라에서도 꾸준하게 연구되었습니다. 단가를 내리고 건축자재인 만큼 내구성을 높이고, 그리고 더 얇게 만들면서 발전효율을 높여 투광성도 어느 정도 보장하는 쪽으로 발전해온 듯.

 

서울시는 2010년 12월~ 2012년 3월까지 염료감응형 태양전지(DSCC)를 건물 창호에 적용한 시제품을 개발해 서울시 인재개발원 외부창에 설치하는 사업 진행.^[각주:2]

www.koit.co.kr/news/articleView.html?idxno=42392

서울시, 창문 태양광 발전기술 첫선 - 정보통신신문

 

2014년 머니투데이기사) 2013년말 개관한 여의도 전경련(전국경제인연합회)회관은 BIPV기술을 적용한 건물, 1일 2552kWh 를 발전해 건물 소비전력의 4~7% 충당. 시공사는 에스에너지(코스닥 상장사).

news.mt.co.kr/mtview.php?no=2014032815065043373

창문에서 전기를 만든다고? 'BIPV 시장' 경쟁 불붙는다 - 머니투데이

 

 

머크, 발전·온도제어되는 미래형 태양전지 창문 개발 추진 2016.3.16
www.ebn.co.kr/news/view/821352

"화학약품회사 머크는 영국의 건물일체형 태양전지(BIPV) 업체 폴리솔라 및 공정혁신센터(CPI)와 협력해 미래형 창문인 '발전 및 절전 창문(Power Generating & Energy Saving Windows)' 개발 추진(......) 탄소 제로 건물에 대한 건설업계의 수요를 반영한 것으로, 투명 BIPV 창문을 통해 태양광 발전을 하면서 동시에 건물의 실내 온도 제어(냉난방)도 가능하게 하는 것"

 

(KIST 민병권 + 도영락 국민대) 연구팀 공동연구 - 2017.5.12

dongascience.donga.com/news.php?idx=18059
"규칙적인 구조로 특정 파장의 빛만 선택적으로 반사할 수 있는 광결정 필름을 박막태양전지의 안팎에 붙여 별도의 색소 없이 다양한 색을 구현. BIPV에 응용가능"

 

 

BIPV의 종결자 ‘크로매틱스 모듈’ -이투뉴스 2016.01.01 .. 이건 외국의 상업제품 소개 기사란 점을 감안하고 읽기. 대충 정리하며 가공한 요약.

www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=87028

미국에서 1970년대 오지에서 사용, 1990년대 상업시장이 열림.

유럽에서는 2011년부터 BIPV용 발전차액제도(FIT)를 시행했는데, 공급과잉으로 시장이 성장정체되었다 최근 제로에너지규제가 새로 생기면서 다시 관심.

우리나라는 2005년 발코니 확장법안때 BIPV설치근거가 마련됨. (저 아래 기사에 언급되듯) 앞으로 십여 년 간 제로에너지건축 의무화제도가 시행되는 것도 시장확대에 유리.

 

건물 외벽에 태양광발전모듈을 적용하면 미관상 칙칙한 모노리스(..)가 돼버려서 사람들이 싫어했음. 여러 가지 색깔을 넣어보는 시도가 나온 건 그런 이유도 있음. 한편 색깔, 특히 밝은 색깔이 나온다는 건 반사도 하고 열방출도 한다는 말이라 단열문제는 별도로 생각해줘야 함.

수직설치로 발전효율이 많이 떨어지는 건, 모든 각도로 입사하는 빛을 다 모아 발전소자에 집광해주는 "어안렌즈같은 코팅소재"라도 나와야.. 보통 수직인 건물외벽/창호에 붙이거나 시공하는 BIPV, BAPV는 태생적인 단점. 이게 있으면 좋은 건  BIPV만이 아니라 일광추적식이 아닌 어느 태양전지라도 마찬가지이므로, 소자의 빛-전기 변환효율을 올리는 연구와 함께 빛을 소자쪽으로 모아주는 쪽으로도 물리적으로 미세렌즈구조를만들거나 다른 방식으로 구현하는 연구가 옛날부터 많았음^[각주:3].

2010년대들어서는 수직설치해도 발전효율이 15%에 가깝고 옥외에서 비바람을 맞아도 건자재답게 버틸 것 같은 컬러 자재가 나오기 시작함. 이 기사 자체는 스위스산인 그걸 선전하는 기사기도 함.

 

 

국내업체인 신성이엔지의 "솔라스킨." 반짝반짝 검은 유리같은 태양광패널이란 느낌이 들지 않게 만듬. 

www.inews24.com/view/1321699

건물 일체형 태양광, 도시 건물 외벽에서 전기 만든다

ㅡ 신성이엔지가 유색 태양광 모듈인 솔라스킨의 성능평가와 사업화를 위한 플랫폼 구축을 위해 전문 기업/기관과 합작. 신성이엔지, 코오롱글로벌, 에이비엠, 한국에너지기술연구원.

ㅡ BIPV 태양광모듈에 다양한 색상을 적용하고, 건축물 외부에 오염방지용으로 사용하는 불소수지필름(ETFE)을 적용해 건자재로서의 내구성 충족, 유색 나노필름을 사용해 건자재다운 미관을 만든, 태양광발전가능한 건축외장재.

ㅡ 빛반사가 많을 흰색인 모듈도 발전효율이 10%이상 나온다고 합니다.

 

ㅡ 태양광모듈 24장으로 설비용량 4.8kW를 만들어 시험건물의 수직 외벽에 설치했는데, peak출력이 4.4kW가 나왔다고 합니다.

(이 아래 조금 적었던 문단은 지웠습니다. 제가 계산을 잘못 했어요)

 

 

창문형 태양전지기술 어디까지 왔나? - 2020.10.8

www.windownews.co.kr/detail.php?number=2682&thread=11

• SK건설, 국영지앤엠, 알루이엔씨와 함께 공동주택과 사무용 건물 외장으로 쓸 수 있는 창문형 태양광 발전시스템 개발성공 발표. 박막형 태양광패널에 적용, 창문이 설치되는 위치에 따라 투과율 10~30% 적용. 여닫는 가동부가 있는 창호에서 섀시 프레임으로 회로를 잇는 Operable BIPV 시스템 공동 개발.
  => 공동주택에 적용하면 입주자 전기요금절감효과
• 거광기업(알미늄창호전문업체)도 국책과제로 개발한, 여닫을 수 있는 태양광발전 창호 발표. 미닫이가 아니라 바깥으로 여닫이로 열어 열었을 때 보다 최적각에 가깝게 태양광을 받아 발전효율을 높일 수 있음. 
  => 가동부가 있는 창호형은 A/S소요발생시 건물일체형보다 교체하기도 쉬움.
• 한국전력은 페로브스카이트형 태양전지를 사용하는 연구 중. 실리콘잉곳 공정은 1000도 이상이 필요한 공정이 있지만, 페로브스카이트형은 200도 정도만 필요해서 적어도 그 부분에서는 생산비를 덜 쓰고 더 친환경적이지 않겠냐는 발상. (페로브스카이트형은 여러 가지 장점이 있어 계속 개발 중이다) 이걸 건물외벽에 사용하면 탄소중립에 가까운 건물을 만드는 데 도움.
• 한구전자기술원은 고효율 투명 발광 태양집광판(Luminescent Solar Concentrator, LSC)가 적용된 창호형 태양광 모듈 개발. 태양광패널 표면에 나노입자 형광체를 코팅하면, 수직방향에서 입사한 태양광을 일부분은 투과시키고 일부분은 수평면으로 집광시켜 보낸다나.. (더 알아볼 것. 기사 속 사진은 그냥 썬글래스용 재료같은 느낌). 가시성 + 전력생산 + 열에너지 보전.  "양자효율 90%이상인 파장선택성 양자점 및 이와 파장이 매칭되는 GaAs 태양전지가 결합된 고투명 LSC모듈 개발."
• 한국에너지기술연구원, 유연 반투명 CIGS 박막 태양전지술을 이용, 양방향 수광이 가능한 특성에 착안한, 양면수광형 박막태양전지 개발
• 한국과학기술연구원은 고효율 용액공정 태양전지개발. 건물 외벽이나 자동차 겉에 칠하는 것만으로 전력생산가능한 모듈이 된다나..

현 시점에서 필요한 점.

ㅡ 투광성 개선 필요. 아직 어두움. 

ㅡ 기사에 언급된 예시 중 특히 갓 개발했다는 것들은 이제 구현한 것이라, 건축외장에 사용하려면 미흡. 건축관련 법규를 완전히 충족해 시판가능한 기준과는 거리가 있음.

ㅡ 내구성강화, 단가인하, 설치비용인하, 대면적화 등.

ㅡ 건축비를 너무 올려 채택되기 어려우면 대중화활 수 없음. (차라리 그냥 보통 패널을 달고 건축법을 고쳐달라는 쪽이)

ㅡ 아직까지 BIPV는 특수목적이나 정부자금이 들어간 시범사업에 사용되는 게 대부분. 모든 건물을 남향으로 짓지도 못하고, 건물 사면 중 남향은 한 면뿐이다. 반사광을 쓸 수는 있겠지만.

 

하지만 건물 자체가 태양에너지를 능동적으로 흡수한다는 점에서 매력적이다. 기술만 있으면 미관상 불평^[각주:4]만 없으면 효율적이기는 할 것.

 

 

멋과 에너지, 둘 다 살린 한화 사옥 - 2020.04.28

www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=221538

• 사옥을 리모델링하면서 BIPV패널을 북쪽을 제외한 삼면에서 볕을 잘 받는 곳을 골라 시공. 지나가며 보면 태양광발전패널이 있다는 사실을 모르고 그냥 썬팅했다고 알 정도. 덕지덕지 매단 것보다 아름다움.
• 건물일체형 태양광 건물일체형 태양광(BIPV. Building Integrated Photovoltaic System)을 적용한 한화그룹 본사 사옥, 자체전력 생산 가능. 9층부터 옥상까지, 건물 외벽을 겸하는 유리자재에 투광성 발전패널 사용.
• 건물 전력소비량의 3%이상을 자체발전으로 충당할 계획. 2021년 중 연간 발전량 집계가 나올 것.

정부는 별도의 설치부지가 필요없고 특히 도심 건물숲에서 대안이 되는 BIPV, BAPV 건물형 태양광 보급 설치비 일부 지원사업을 발표.

"제로에너지 건축 의무화"계획도 BIPV, BAPV 기술에 유리한 상황을 만듬.

"2020년부터 1000㎡ 이상 공공건축물에 제로에너지 건축 의무가 적용

2025년에는 500㎡ 이상의 공공건축물과 1000㎡ 이상의 민간건축물이 의무 대상에 포함.

2030년에는 500㎡ 이상 건물이 의무화 대상"

 

민간건축물 의무화시기가 너무 늦다며 비판하는 기사도 나왔습니다.

 

아파트도 공장에서 만들어나와 쌓는 요즘이니^[각주:5] 건축업에 널리 적용하려면 산업표준규격이 나오면 좋은데, 만드는 곳이 적어서인지 기사가 씌어진 2020년 봄까지는 아직 그게 없다고 하네요.

 

보도와 차도면적비율이 높은 도시용 노면 태양광발전. 패널에 집광렌즈구조를 적용해서 효율문제를 보완함. 재활용쓰레기를 이용해 내구성 강화. - 에너지신문 2020.12월.

www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=74543

동서발전, 국내최초 ‘노면 블록형 태양광’ 상용화 - 에너지신문

그런데 이건 외국 시범사업뉴스를 보면, 태양광 축복받은 캘리포니아같은 데랑, 시챗말로 "날씨 더러운" 다른 나라는 사정이 좀 다르다는 말도. 그냥 포장도로보다는 설비비도 비싸고.. 보도는 차도와 달리 큰 과적피해를 입지는 않을 것 같지만 어떨까요. 울산시 중구청 앞마당에 실증섧비를 지어놨다고 합니다(사진).

 

 

그렇게 트렌드이기는 한데, 가장 큰 문제는 비용과 발전효율인 듯. BIPV모듈은 일반 모듈의 반 미만밖에 효율이 안 나온다고.^[각주:6]

news.kmib.co.kr/article/view.asp?arcid=0924185961

불평은 건설업계, 반대로 규정을 더 빨리 의무화하자는 것은 이쪽 기술을 상품화 중인 태양광발전시스템/창호생산업체들.

 

산업부의 2021년 건물형태양광 지원사업 보도자료(‘2021년 신재생에너지 보급지원사업’)

www.kharn.kr/news/article.html?no=15707

 

 

 

그리고, 겉에는 BIPV를 시공했는데, 막상 건물 자체가 단열기준미달이라 밑빠진 독같은 데가 여럿 된다나.. 제로에너지나 패시브하우스는 단열이 먼저인데.

 

외관은 BIPV, 내부는 미단열…태양광발전, 곳곳서 허점 속출 - 아시아투데이 2020. 12. 11.
정부 그린뉴딜 핵심 신재생에너지 확산기반 공허한 메아리
규정상 단열을 해야 하는 규정이 있음에도 잇단 미준수.. 보여주기 행정
산업부 "확인 하려고 한다…대책 준비 중"

ㅡ 지역난방공사, 제주 웰컴센터, 전남교육청사 등.

 

1. 둘은 완전히 별개는 아닌 듯. 예를 들어 반투명이든 불투명이든 베란다 통창호의 허리 아래 절반에 발전패널 자재를 쓰거나 지붕수리하며 슁글대신 패널로 덮어버리면 BIPV고, 통창호의 난간 바깥에 태양광패널을 달거나 지붕수리하며 지붕위에 패널을 붙이면 BAPV아닐까 상상해본다. [본문으로]
2. 서울시가 개발하고 시공하진 않았겠지만 시의 보도자료인지 업체이름은 나오지 않았다. 일단 그때 사업을 해서 설치됐다는 정도. [본문으로]
3. 당연하지만, 일반인이 신문기사보고 해본 생각은 그 분야 사람들은 길면 수백 년 전, 짧으면 수십 년 전에 이미 해본 발상인 게 보통. 만약 안 그렇다면 당장 그걸 '내 것'으로 만들어라! [본문으로]
4. 태양광에너지 흡수율이 높아 반사광이 적으면, 영국의 어느 사례같이 유리건물의 반사광때문에 길거리에서 계란프라이가 되는 일은 안 생기겠지만, "유리궁전"에 대한 기호차이는 매우 큽니다. [본문으로]
5. 그래서 3D프린터 건축은 우리나라 국내에선 건축단가를 내리는 데는 큰 의미없을 것 같습니다. [본문으로]
6. 앞서 적었듯이, 미관을 고려해 인간공학적으로 사람친화적인 색과 질감을 주면 그만큼 발전효율이 떨어짐. 태양광 입사각도, BAPV면 입사각을 조절해 효율을 올릴 수 있지만 BIPV는 그냥 수직면이라서 효율이 더 떨어짐. (이건 아파트 미니태광해본 사람이면 알 듯. [본문으로]