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VOL 01
2020 AUTUMN

KCL LIFE, 당신의 삶에 안전함의 점을 찍다

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KCL, 한국건설생활환경시험연구원

태양광 미래 이끄는 BIPV,
성장의 밑바탕에는 KCL이 있다!

태양광 분야 최초 국제표준 제안
학교 BIPV 보급 활성화 앞장서

글 김규진 KCL 태양광센터 책임연구원 사진 KCL 홍보실

최근 제로에너지 확대 방안 중 하나로 건물일체형태양광모듈(BIPV)이 주목받고 있다. 미세먼지 걱정 없는 친환경 에너지이자 도시 미관까지 살릴 수 있는 발전시스템으로서 태양광 산업의 한 축을 담당하게 된 것. BIPV 특성화 시험인증기관인 한국건설생활환경시험연구원은 관련 시장 확대에 대한 기대감 속에서 BIPV 시험인증 기반으로 제품들의 성능 및 신뢰성을 평가하는데 앞장서고 있다.

김규진 책임연구원 KCL 융합전기본부 태양광센터

Q. 건물일체형태양광모듈(BIPV)이란 무엇인가?

BIPV는 태양광모듈을 건축물의 에너지자립을 위해 건물 지붕이나 외벽, 유리창에 설치해 건축 부자재의 역할, 기능과 전력생산을 동시에 할 수 있는 태양광 설비를 말합니다. 기존 태양광은 건물에 단순 부착하거나 건물 옥상, 대지 위에 별도의 구조물을 세운 후 태양전지를 설치해야 하는 방식이어서 한정된 공간에만 설치해야 하는 제약이 따랐습니다. 그러나 BIPV는 별도의 설치 장소 없이도 건물 외관에 장착할 수 있어 설치 부지를 확대할 수 있고, 건축외장재 대체에 따른 경제적 이득을 볼 수 있어 지붕재, 외벽, 커튼월, 창호 등의 다양한 형태로 개발되고 있습니다.



Q. 건물일체형태양광모듈(BIPV)의 시장 현황은 어떠한가?

최근 건물의 디자인을 활용해 도시미관을 살리고 태양광을 이용한 전기생산까지 가능한 BIPV에 대한 관심이 늘고 있습니다. BIPV가 정부의 한국형 그린뉴딜사업과 관련한 공공건축태양광센터물 제로에너지의무화 로드맵 조기확대, ‘재생에너지 3020’ 이행계획 등을 위한 필수요소 중 하나로 자리 잡았기 때문입니다. BIPV 산업이 확장되면서 여러 태양광 제조기업들이 BIPV 사업을 수행하거나 준비하고 있습니다. 중기부에 따르면 2017년 세계 BIPV 시장은 10억 달러 규모에서 2022년 34억 달러, 2026년에는 76억 달러까지 성장할 것으로 보입니다.

Q. 다양한 제품이 시장 내로 유입됨에 따라 건물일체형태양광모듈(BIPV)에 대한 성능평가도 중요해졌을 텐데, 이에 대한 성능을 평가하는 인증제도로는 무엇이 있나?

BIPV에 대한 성능과 안전성은 물론 디자인을 구현한 소재의 신뢰성 평가도 중요해졌습니다. 현재 대부분의 새로운 BIPV 제품들은 KCL의 성능평가를 통하여 건물에 적용되고 있습니다. BIPV에 관한 KS인증인 KS C 8577 ‘건물일체형 태양광 모듈-성능’이 바로 그것입니다. 이는 KCL에서 제안한 표준(안)으로, 기업이 표준화된 제품을 생산하고 있는지를 검사해 제품의 품질을 평가하고 일정한 수준에 이른 제품에만 부여되고 있습니다. KS C 8577은 2017년 한국에너지공단 신재생에너지설비보급 인증에 포함해 운영되고 있습니다. KCL의 일반 태양광 모듈 시험·인증사업은 타 시험기관에 비해 늦게 진입했으나 BIPV 분야에서만큼은 가장 먼저, 적극적으로 시작했습니다. 다양한 BIPV 제품의 신뢰성 관련 R&D를 바탕으로 BIPV 국가표준 제정을 주도했고, 태양광 분야에서는 국내최초로 IEC에 국제표준을 제안하여 현재 FDIS 단계까지 진행되고 있습니다.

Q. KS C 8577의 시험항목은 어떻게 구성돼 있나?

KS C 8577은 기본적인 태양광모듈의 성능 요구조건과 건물에 적용되어 발생할 수 있는 건축적·전기적 안전성을 검토합니다. 시험평가는 육안검사, 최대출력 결정시험, 내화시험 등을 포함하여 총 22종의 시험을 수행하며 발전성능평가, 건축물에 적용하기 위한 구조적 성능평가, 전기·구조 안전성 평가로 구성되어 있습니다.

Q. 현재 KCL은 BIPV 관련 어떤 과업을 수행하고 있나?

먼저 KCL은 2018년 산업통상자원부 에너지기술개발사업으로 ‘학교 건물일체형 태양광 제품 개발 및 융합시스템 개발’ 사업을 주관기관으로서 수주한 바 있습니다. 현재 국내 1,300여 개에 달하는 학교의 BIPV 보급 활성화를 위하여 설계-제품-시공기술을 개발하고 3개 학교의 실증을 통한 성능검증 및 경제성 분석 과업을 수행 중입니다. 대표적인 일례로 컬러태양광모듈제품개발과 디자인설계를 통하여 서울시 월계중학교, 충북 진천고등학교 2개교에 실증을 완료하고 성능 및 경제성 분석을 수행하고 있으며 추가 1개교 실증을 계획하고 있습니다. KCL은 본 사업의 실증결과를 바탕으로 학교 건물에 대한 디자인 콘셉트 및 설계·시공 가이드라인을 제시함으로써 학교 리모델링 등에 BIPV가 적용될 수 있는 대표모델을 구축할 방침입니다.

<그림 2> 시험 주요 장비

복합가속시험기. 온도사이클시험, 고온고습시험, 자외선 시험을 진행하는 장비
육안검사장비. 1000lux 이상의 조도에서 태양광모듈을 육안으로 검사하여 결함을 검사하는 장비

Q. 태양광모듈을 시험하는 대표 장비로는 무엇이 있나?

‘솔라 시뮬레이터’가 있습니다. 태양광모듈은 태양광원의 에너지 대비 전기에너지 생산량(발전량)을 측정하는 작업이 가장 중요한데, 바로 이러한 성능을 측정하는 장비가 솔라 시뮬레이터입니다. KCL은 각종 태양광모듈 제품의 효율을 시험·평가하는 검사 장비 솔라 시뮬레이터를 갖추고 있어 기업이 의뢰한 제품의 성능이 어떤 규격에 해당하는지 확인하고 있습니다.
솔라 시뮬레이터는 말 그대로 태양광을 시뮬레이션한 장비를 말합니다. 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 국내 태양광모듈은 솔라 시뮬레이터를 통해 측정된 발전량을 기준으로 제품의 사양이 결정되며 이는 인버터, 접속함 등의 태양광 발전 시스템의 설계용량의 기준이 됩니다.

기계적하중시험기. 태양광모듈의 기계적 강도를 시험하는 장비, 태양광모듈은 일반하중에서 2400Pa, 설하중에서 5400Pa 이상의 강도에서 깨짐 등의 이상이 없어야 한다.
최대출력결정장비(솔라 시뮬레이터). STC조건에서 1Sun의 태양광원에 대한 발전량을 평가하는 장비

Q. 솔라 시뮬레이터가 태양광모듈의 성능을 어떻게 측정하는가?

태양광모듈의 성능을 측정하는 방법은 다음과 같습니다. 우선 자연 상태에서 지표면으로 들어오는 태양광원의 파장 스펙트럼을 최대한 유사하게 모사하여 태양광모듈의 발전량을 측정해야 합니다. 이때는 일반적으로 태양광원과 방사파장이 유사한 제논램프를 사용합니다. 태양광원은 스펙트럼 오차율(Spectral mismatch)과 측정면에서의 광에너지의 균일성(Uniformity), 광원방사의 안정성(Stability)에 따라 광원 정확도의 등급을 A~C로 구분하는데, 시험인증을 위한 광원의 요구조건은 각 항목에서 A등급을 유지해야 합니다. 이로 인해 흔히 솔라 시뮬레이터의 등급을 AAA 혹은 트리플 A라고 부릅니다. 태양광모듈의 최대전력을 측정하기 위해서는 표준시험조건(STC, Standard Test Condition)인 1000W/m2의 일사강도와 모듈표면온도가 25℃인 조건에서 측정합니다. 이때 측정되는 발전량은 태양광모듈의 정격 발전량이 됩니다. 예를 들어 태양광모듈의 크기가 1㎡라면 ‘발전량/1000(일사강도)’가 태양광모듈의 효율이 되는 것입니다.
KCL은 솔라 시뮬레이터뿐만 아니라 다양한 태양광 성능평가 장비를 통해 기업의 모듈 사업화를 위한 예비 인증시험, 각종 신뢰성 검사 등을 수행할 계획입니다.

문의 KCL KCL 태양광센터 041-419-3200