ZEB 제로에너지 빌딩의 핵심, BIPV 태양광 발전 시스템

이전 글에서는 ZEB 즉, 제로 에너지 빌딩의 내용과 ZEB 인증제에 대한 내용을 다루어보았습니다. ZEB를 구축하는데 있어, 가장 중요한 사항은 빌딩에서 가장 에너지를 많이 소모하는 냉방과 난방에 있어서 얼마나 많은 1차 에너지를 덜 소모하며, 이에 필요한 1차 에너지를 자체적으로 어떻게 생산하느냐가 핵심이라고 할 수 있는데요.

2021.11.02 - [투자 아이디어] - ZEB 제로에너지 건축이란

2021.11.03 - [투자 아이디어] - ZEB 인증제도

이번 글에서는 ZEB, 제로 에너지 빌딩에서 자체적으로 에너지를 생산하는 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

ZEB에서의 에너지 소모 및 생산의 최적화

앞에서도 언급하였지만 제로에너지 건축물에서 중요한 개념은 바로 건물에서 사용하는 에너지량을 줄이는 것과
건물에서 사용하는 에너지를 생산하는 것입니다.

건물에서 사용하는 에너지를 줄이는 것을 '패시브(Passive)'라하여 건물 에너지 소모 비율이 높은 냉방이나 난방에

있어 단열성능을 강화하는 방법등을 통하여 에너지 사용량을 최소화하는 것을 뜻합니다.

이와 대조적으로 건물에서 사용하는 에너지를 자체적으로 생산하는 것은 '액티브(Active)'라 하여 태양광이나 지열 등과 같은 신재생에너지를 이용한 발전을 통해 석탄 또는 LNG 등과 같은 화력발전소로부터 공급되는 에너지의 사용을 최소화하는 것을 뜻합니다.

이 중, 신재생에너지를 통해 건물 자체적으로 필요한 에너지를 생산하는 액티브 기술에서 가장 주목받고 있는 것이 바로
BIPV라 불리는 태양광 발전입니다.

BIPV 태양광 발전 시스템의 대두

현재 우리가 주변에서 흔히 볼 수 있는 태양광 발전기는 PV모듈이라고 불리는 것으로 주로 아파트 옥상 및 지붕등에 설치되는 것들인데요. 이러한 태양광 PV 모듈은 그동안 주로 건축물 옥상과 지하 주차장 등 유휴공간에 주로 설치가 많이 되었습니다.

그래서 이제껏 제로에너지건축물 인증(EZB 인증)을 받은 건축물들은 에너지 자립률을 맞추기 위해 건축물 옥상과 지상 주차장 등을 활용해 태양광 PV모듈을 많이 설치하였습니다.

옥상 고정형 태양광 설비(PV)모듈의 일반적인 모습 공간을 많이 차지하며 차양효과로 인한 단점이 있다.

하지만 이러한 유휴부지를 활용한 태양광 PV 모듈의 경우, 서울과 같은 대도시의 경우에는 대규모의 태양광을 설치할 수 있는 유휴부지가 많지 않으며, 결국 태양광 PV 모듈만으로는 제로에너지 건축물의 궁극적인 목표인 에너지 자립을 이룰 수 없었으며, 태양광 PV모듈이 설치된 장소에는 햇빛이 들지 않는 차양 효과라는 단점까지 지니게 되면서 이러한 기존 태양광 PV모듈의 단점을 극복할 수 있는 차세대 태양광 발전기술에 대한 수요가 있었는데요. 이러한 태양광 발전 설비의 공간에 대한 제약 한계와 제로 에너지 건축물 구현이라는 2가지 시장 수요를 한 번에 극복한 태양광 기술이 바로 BIPV 태양광 기술입니다.

BIPV 태양광 발전시스템의 목적

BIPV 태양광은 Building Intergrated Photo Voltaic system의 영문명의 줄임말로써, 직역하면 말 그대로 건물 일체형 태양광 발전의 줄임말입니다.

BIPV 태양광 발전은 흔히 건축물의 외피 마감재료로 태양광 모듈을 적용한 발전 시스템이지만, 근래에 들어서는 이러한 건축물 외피용 건축부자재로써 뿐만 아니라 창호, 커튼월, 이중 파사드, 지붕, 커튼월의 역할까지 할 수 있도록 제품이 상용화되는 등 전기 생산과 기존 건축자재의 기능을 동시에 수행 가능한 태양광 발전 시스템이라고 할 수 있습니다.

BIPV 태양광 발전시스템 적용

1. 컬러 외장재 모듈

기존 건축물의 외장에 설치되던 태양광 발전의 경우, 태양전지 셀이 그대로 노출되어, 미관상 좋지 않을 뿐더러, 태양 반사효과로 인해 주변 건물 거주민 및 일반인들로부터의 민원제기가 있는 등의 단점이 있으나, BIPV 컬러 외장재 모듈의 경우, 아래 사진과 같이 다양한 색상으로 이루어져 있기 때문에 건물 미관상에도 보기 좋을 뿐만 아니라, 실제 태양광 발전 효율도 기존의 PV 모듈과 큰 차이가 없다고 알려져 있습니다.

실제로 이러한 BIPV 태양광 발전 건축물 외장재 모듈은 우리에게도 유명한 YG엔터테인먼트 건물에도 시공된 것으로 알려져 있는데요. 뉴스에서 보도된 바에 따르면, YG엔터테인먼트에 설치된 BIPV 태양광 발전 건축물 외장재 모듈은 1㎡의 태양광패널이 약 180W의 전력을 생산하는데, 10개의 패널로 생산할 경우에는 생산 전력은 약 1.8kW로 대형 에어컨 1대 기준 약 3.6시간을 사용할 수 있다고 합니다.

YG엔터테인먼트 신사옥에 설치된 BIPV 태양광 발전 시스템(출처 : KBS)

2. BIPV 루버

본래 루버(Louver)는 창호에 직상광이나 비를 막아주고, 통풍이나 환기를 목적으로 하는 전형적인 건축자재로써, 일명 미늘창살이라고도 불리는데요. 이러한 루버에 BIPV 태양광 모듈을 설치하여 집안 창호 또는 아파트 에어컨 실외기 공간 등에 부착하여 태양광 발전을 할 수 있는 BIPV 적용 대상 중 하나입니다.

3. BIPV 루프

기존의 고정형 태양광 PV 모듈의 경우, 태양전지를 고정시켜야하는 구조물이 반드시 필요하고, 태풍 등의 자연재해시, 패널이 떨어져 나가거나 구조물이 붕괴되는 등의 안전사고의 위험성이 내재되어 있으나, BIPV 루프의 경우에는 기존의 지붕과 일체형으로 시공되기 때문에, 구조물이 불필요하다는 장점과 함께 건물과 일체형으로 자연스러운 일체감을 가지기 때문에 근래 들어 테슬라의 솔라루프에서도 본 사업에 진출한다는 언론보도가 있을 만큼 향후 미래 성장 잠재력이 큰 BIPV 분야라고 할 수 있습니다.

현재 BIPV 루프 사업을 진행하고 있는 업체 홈페이지 자료를 보면, 본 BIPV 루프의 성능은 21.2㎡(약 6.5평)기준으로 태양전지 셀이 약 46장이 들어가는데 최대 출력은 65W이며 모듈 효율은 약 17.7%입니다.