2021년 7월 출간된 이 책은 제가 대표저자로서 총 12명의 집필진이 수고하셨으며 총 600쪽에 해당되는 책입니다.
우리나라는 최근 몇 년 동안 앞으로 어떠한 에너지미래를 만들 것인지에 대하여 사회적인 논의가 진행 중이다. 기후변화에 대한 위기의식은 전 세계가 공감하고 있으며 대부분의 국가에서는 화석연료 사용을 줄이고 원자력발전 의존도도 줄이면서 신재생에너지 보급을 촉진시키는 정책을 추진하고 있다. 영국의 경우 2008년 제정된 탄소중립법안을 2019년에 개정하여 2050년까지 탄소중립국가가 되는 것을 명시하는 등 2020년 11월 현재 탄소중립을 법제화한 나라가 총 6개국에 이르고 있으며 앞으로 더욱 확산될 전망이다. 2019년에는 EU가, 2020년에는 우리나라와 일본이 2050년까지 탄소중립국이 되겠다고 선언하였고 중국까지도 2060년까지 탄소중립국가 달성을 선언할 정도로 이젠 전세계적인 추세가 되었다.
이와 같은 탄소중립국이 되기 위해서는 거의 모든 에너지를 신재생에너지원으로 해야 하는데 우리나라의 경우 태양에너지와 풍력 이외에는 뚜렸한 대안이 없는 상태이다. 현 정부의 출범과 함께 원자력발전을 줄이는 대신 신재생에너지사용을 늘리는 탈원전정책을 추진하고 있지만 탈원전속도에 대한 논란이 계속되고 있으며 태양광발전 등에 대해서는 국토훼손 등의 문제가 끊임없이 제기되고 있는 상황이다.
이러한 사정으로 인해 건물이나 도시 구조물 등에 태양광발전시설을 설치하는 경우 산이나 지상에 직접 설치하는 것에 비해서 태양광발전시설을 설치하기 위한 별도의 토지가 불필요하다는 장점이 있다. 이 책에서 다루고자 하는 내용은 건물일체형 태양광발전 시스템에 관한 것으로서 국제적으로는 「BIPV(Building Integrated Photovoltaic)」라는 용어를 사용하고 있으며 「태양광모듈을 건축물에 설치하여 건축 부자재의 역할 및 기능과 전력생산을 동시에 할 수 있는 태양광설비로 모듈이 제거될 경우 외벽, 창호, 지붕 등으로 이루어지는 건물 외피의 핵심기능이 상실 또는 훼손될 수 있어 다른 건축자재로 대체되어야 하는 구조물」이다. 즉 건물일체형 태양광발전 구조물은 건물외피의 일부로서 건물의 실내외를 구분하는 경계 구조물로서 발전기능을 가지는 것이다. 따라서 BIPV를 채택하면 건물은 태양광발전소의 역할을 하게 되는 것이다. 이 책에서는 「건물일체형 태양광발전」이라는 용어를 「BIPV」라는 용어로 사용하기로 한다.
EU에서는 2010년 EU 27개국이 공동으로 합의한 EPBD 2010에 의해 2020년 12월 31일 이후 신축되는 모든 신축건물을 준제로에너지빌딩인 nZEB(nearly zero energy building)로 건설하기로 합의하고 이 합의를 실현시키기 위해 EU공동연구기금에서 “Horizon 2020 Program"을 추진하게 되었는데 이 프로그램의 핵심은 BIPV와 같이 건물 자체를 태양광발전소로 활용하는 것으로서 2019년 6월 경 1단계 연구를 마치고 연구결과 개발된 BIPV 기술을 공동으로 보급하고 있는 중이다. EU에서 BIPV 기술을 공동으로 개발한 근본적인 이유는 건물을 제로에너지건물로 건설하기 위한 가장 핵심적인 기술로서 시공가격을 낮추어서 어디서든 적용이 가능하도록 하자는 목적 때문이였으며 향후 이 목적을 무난히 달성할 수 있을 것으로 보인다. 즉 BIPV라는 구조물 자체가 가까운 미래에는 어떠한 건물에도 쉽게 사용될 수 있는 일반적인 건축기자재의 하나가 된다고 할 수 있을 것이며 전세계적으로 건립되는 모든 건물에 BIPV를 적용해야 하는 시기가 오면 BIPV의 시장규모는 상상을 불허할 정도로 커질 것이다.
이 책에서도 기술하였지만 우리나라의 건축물을 대상으로 BIPV를 보급하는 경우 설치할 수 있는 면적은 총 375km2 정도가 될 것으로 예측되며 발전용량도 160GW에 해당되는 잠재력을 가지고 있는 것으로 추산될 정도로서 향후 우리나라의 주요 에너지공급원으로 위상을 가질 수 있을 만큼 매우 중요한 것이다.
이러한 사정을 생각해 볼 때 현재 BIPV의 보급상황은 매우 미진한 것이 사실이지만 정부에서 지난 12월 7일 발표한 「2050 탄소중립」 추진전략에 따르면 우리나라도 다른 선진국과 마찬가지로 2050년까지 탄소중립국가달성을 목표로 3대 정책방향과 10대 과제를 제시하였는데 10대 과제의 하나로서 탄소중립도시를 조성하고 국토계획차원의 탄소중립을 도모하는 등 「도시·국토의 저탄소화」를 선정함으로써 탄소중립도시 달성에 핵심적인 BIPV는 향후 건물에너지분야에서 가장 중요하게 보급되어야 할 것은 너무나 당연한 것으로 보인다. 이 책에서는 BIPV에 대한 소개를 자세하게 기술함으로써 향후 BIPV 기술이 우리나라의 모든 건물의 설계에 적용되는데 미력이나마 도움이 되었으면 한다.
먼저 이 책의 제1장에서는 BIPV의 개념과 기술에 대한 분석을 했으며 설계시 유의해야 할 사항에 대하여 기술하였다. 또한 전세계적으로 보급 활성화가 일어나고 있는 현황에 대하여 분석하였으며 세계 시장규모에 대한 분석결과도 소개하였으므로 BIPV에 대한 전반적인 사항을 파악하는데 도움이 될 것으로 생각하고 있다.
이어서 제2장에서는 BIPV제품에 대한 분류와 분류별 주요 제품에 대한 소개를 하였다. 제품의 분류는 여러 가지 방식이 있으나 이 책에서는 시공되는 위치와 용도에 따른 특징을 고려하여 분류하였으며 대표적인 제품과 해당 제품을 참조할 수 있는 웹사이트의 주소를 소개함으로써 더 구체적인 정보를 원하는 독자들이 쉽게 활용할 수 있도록 하였다.
제3장에서는 향후 BIPV에 대한 발전잠재량에 대하여 분석하고 보급 촉진방안에 대하여 기술하였다. BIPV는 건물의 외벽이나 창호 및 지붕 등으로 구성되는 외피 부분에서 태양광발전이 가능한 방향을 가진 부분을 이용하는 것이므로 건물에서 BIPV 발전잠재량을 정확하게 추산하기 위해서는 건물의 외피조건을 파악할 수 있는 통계자료를 이용해야 하지만 대부분의 국가인 경우 이러한 자료가 없기 때문에 취득 가능한 건물의 통계자료로부터 적당한 가정하에서 개략적인 추정치를 산출할 수밖에 없다. 현재 우리나라의 경우 건물외피면적을 추산할 수 있는 통계자료가 부족하기 때문에 이 책에서는 일본에서 연구했던 자료를 소개한 후 일본과 우리나라의 인구, 국민총생산 등에 대한 비교치를 이용하여 우리나라의 BIPV 잠재량을 추정하였으며 최근 서울시에서 작성한 서울지역 건물을 대상으로 한 「서울시 햇빛지도」 와 대전시에서 한국에너지기술연구원에 의뢰하여 작성한 「대전지역의 건물 대상 태양광지도」에 대하여 소개하였다. 우리나라의 BIPV 잠재량에 대한 보다 정밀한 예측은 일본에서 연구했던 방법을 참고로 도출할 수 있는 것으로서 별도의 연구가 필요하지만 이 책에서는 기술하지 못하였는데 이 책에서 소개한 일본 연구를 참고로 하여 후속적인 연구가 이루어질 것으로 기대한다.
한편 제4장에서는 국제에너지기구(IEA;International Energy Agency)의 BIPV 관련 국제공동연구테스크포스인 T-15등이 중심이 되어 추진했던 BIPV 관련 국제표준규격의 제정현황에 대하여 기술하고 우리나라의 BIPV 관련 규정에 대하여 소개하였다. 현재 BIPV라는 제품과 기술은 세게 모든 국가를 대상으로 하는 것으로서 국제표준규격이 가지는 의미가 매우 중요하므로 독자들도 관심을 가지고 우리나라 뿐만 아니라 국제적인 규격현황까지 파악할 필요가 있을 것으로 생각된다.
이어서 제5장에서는 실제 건물에 BIPV를 적용시키기 위한 설계에 앞서서 필요한 BIPV 성능에 대한 예측을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 기법에 대하여 소개하고 실제 평가사례를 중심으로 기술함으로써 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 하였다. 일반적으로 BIPV는 발전을 하는 시설이므로 전기설비 분야에서 취급하는 것이지만 BIPV를 설계하기 위해서는 사전에 BIPV로부터 발전할 수 있는 전력에 대한 예측을 우리나라의 일사량, 외기온도 등과 건물에 시공되는 BIPV의 위치 등의 변수를 고려한 컴퓨터시뮬레이션이 선결해야할 중요한 문제로서 이는 건물에너지시뮬레이션을 전문적으로 수행하는 에너지설비기술자의 협력이 절대적으로 필요한 사항이다. 특히 BIPV인 경우 건물의 외피에 부착시키는 구조물로서 태양광을 받는 경우 태양광패널 부분의 온도가 상승하면서 효율이 저하되고 화재안전 등에 대한 문제도 있을 수 있기 때문에 제5장에서 다루는 내용은 BIPV 기술 중 핵심적인 기술의 하나로서 취급되어야 할 것으로 생각된다.
제6장에서는 최근 우리나라의 탈원자력-신재생에너지강화 정책과 관련하여 많은 논의가 이루어지고 있는 원자력과 신재생에너지 에너지믹스정책에 대한 문제를 객관적인 입장에서 기술할려고 노력하였다. 원자력과 신재생에너지의 조화가 이루어지는 에너지믹스정책에 대한 논의는 여러 가지 관점에서 고찰할 사항이 매우 많기 때문에 논란의 여지가 많을 것이나 제6장을 읽으면서 내릴 수 있는 판단은 독자들의 몫이다.
마지막으로 제7장에서는 BIPV에 대한 대표적인 시공사례에 대하여 소개하였다. 이 책에서는 먼저 BIPV 중 가장 대표적인 사례라고 할 수 있는 애플사가 본관건물인 애플캠퍼스에 완공한 애플파크에 대하여 소개한 후 세계 각국의 대표적인 BIPV 시공사례를 요약해서 소개하면서 해당건물을 설계한 건축회사부터 태양광발전시설설계자 및 건물소유주 등의 웹사이트 주소를 명기하여 독자들이 더욱 구체적인 정보를 쉽게 검색할 수 있도록 하였다.
이 책에서는 앞으로 우리에게 필수적인 설계요소가 될 건물일체형 태양광발전 즉 BIPV에 대하여 기본개념부터 시작하여 시공사례에 이르기까지 소개하기 위하여 노력하였다. 사실 이 책에 대한 집필을 기획한 것은 BIPV가 국제적인 화두로 등장한 2016년부터 이며 현재까지 확보하고 있는 기술적, 정책적 자료가 약 1,500여개에 달하는 방대한 정보를 참고로 하여 작성하였으며 저장되어 있는 정보량도 약 2.5GB이며 향후 적당한 기회에 이들 정보를 독자들과 공유하기 위하여 무료로 이용할 수 있는 포탈정보사이트로 공개하는 것을 검토하고 있는데 이책의 전자서적(e-book)이 출판되는 경우 소개할 예정이다.
마지막으로 이 책에서 다루고 있는 건물일체형 태양광발전은 국토가 좁은 우리나라의 실정을 고려하고 신재생에너지의존도를 높여야 하는 우리나라의 사정을 고려할 때 반드시 적용되어야할 미래 핵심 기술이라고 확신하면서 독자들의 지도 편달을 부탁한다.
2021년 7월
대표저자 서항석