시급한 기존 건물 창호의 태양광발전소화 개발

[사무국]

화학·화공·섬유분과 · 변선호

 건물은 국가 에너지 소비의 약절반을 점하여 국가에너지 정책의 근간이 된다. 2020년 국내 건축 시장의 제로에너지건물(ZEB) 의무화 30%가 개시되었다. 이 해또한 환경부의 그린뉴딜 정책에 의한 제9차 전력수급기본계획에 따라 건물 일체형 태양전지(BIPV)의 탈바꿈이 활발해졌다

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제로에너지건물(ZEB) 국가 로드맵(2014~2030년)
 2020년 건물 연면적 1,000평 이상 공공빌딩의 예상 사용 에너지에 대한 신재생에너지 의무 사용 비율 30%가 건축물의 신,증축 및 개축시 적용된다. 의무화 대상은 2025 년 500㎡ 이상 공공건축물, 1,000㎡ 이상 민간건축물 및 30세대 이상 공동주택이고, 2030년엔 연면적 500㎡ 이상 민간 및 공공 모든 신축 건축물로 확대된다.

그린뉴딜정책과 제9차전력수급기본계획(2020~2034년)
 2020년 말 확정된 실행 15개년의(2020~2034) 이 계획은 2034년 재생에너지 발전량 비중이 기존 3020 계획의 2030년 목표(22%)와 동일하지만 재생에너지 보급속도를 가속시키는 것이다. 태양광 발전에서는 2025년 누적 보급목표가 21.4 GW에서 33.5GW로 12.1GW의 큰 증가를 보인다. 이는 최근 연간 보급 실적(약 2GW)의 6년 치에 해당한다. 실행계획 중 새만금 태양광발전 3GW는 주수요지까지의 송전망 확충이 5년 이내는 어렵다. 2030년까지 태양광발전 효율 목표 세계 최고 35%는 진취적이다.

계획 달성과 BIPV 시장 전망
 건축물 외피의 세 요소는 크게 지붕, 창호, 외벽인데 이들의 면적비는 사무용과 주거용에 따라 다르지만 합쳐 1;4:5 비율이라고 하지만 창호가 증가하고 있다. 신재생 의무 사용 비율 30% 충족은 크게 두 단계이다. (1)단계(지붕 및 외벽)는 불투명 태양전지 모듈이 가능하다. 장수명의 결정질 실리콘 태양전지 모듈(통상의 웨이퍼형 외 널빤지형, 반유연성, 내진형, 박막 강판일체형의 각종 경량형 포함), 또는 유연성 박막 CIGS가 있다. (2)단계(창호의 신축 및 개축)는 건물 내 에너지 손실이 최대이므로 대책이 가장 시급하나, 정부의 제로에너지주택 적용기술개념도에 BIPV 창호가 빠졌다(2020년 10월). 최적 태양전지가 없는 것이다. 경제적 반투명, 심미성, 내구성의 동시 충족이 어렵다. 최적 태양전지 모듈 개발이 늦지만 ZEB 의무 사용 30% 충족에 창호는 필수이므로 2025년경 수요가 확대된다. 창호는 불경기에 신축보다 개축(기존 창호에 부착) 수요가 엄청나, 페로브스카이트 태양전지 모듈의 파일롯트 단계 개발에 EMC, Toshiba, Saule T., Panasonic이 있고 극박막 유리 기판이 이용된다. 한국시장은 이들의 각축장이 될 것 같다.

제9차 전력수급 기본계획 달성(BIPV 활성책)
 이 계획 달성에는 송전망 확충이 주민 설득/건설에 장기간 예상되어 전력을 자가 생산하는 BIPV의 활성화가 최선이고, 이에는 건축기술과 전기기술의 상호 소통이 필수이다. 일례로 그림 1의 BIPV와 BAPV의 열효율 차이가 분명하여 차별적 국가지원이 긴요하다. KS C 8577 (2017.02.01.제정) ‘건물일체형 태양광 모듈(BIPV) 인증심사 기준’ 만족 제품이 국내에 아직(2020.10) 없어 인증획득이 어렵다. 페로브스카이트-실리콘 탠덤 개발 거대 기업은 단품종 대량생산 목표가 다품종 소량 맞춤형 반투명 BIPV 창호 개발보다 우선이다. 제품특성이 판이하므로 창호용 태양전지 개발에 민간투자 활성책이 시급하다. 일례로 약 3년 전부터 페로브스카이트 태양전지의 IEC 안전성 합격에 사용되어 온 Cs를 필요 없게 만든 한국의 금년초 세계적 발명에 기초 연구와 차원 다른 파일럿 생산 연구 투자가 필요한 것이다.

필자 소개
서울대학교 공과대학 화학공학과 졸업 

연세대 공학대학원 화학공학과 석사 

금성전선(주) 공장장, 연구소장, CTO, 연구위원 

한국과학기술정보연구원 ReSEAT 전문연구위원 

현재 한국시니어과협 화학·화공·섬유분과 연구위원