[논문]태양전지를 활용한 도시디자인 사례분석 연구 : CIGS 박막 태양전지의 활용을 중심으로

박지훈; 남원석; 장중식

doi:10.15207/jkcs.2020.11.3.163

태양전지를 활용한 도시디자인 사례분석 연구 : CIGS 박막 태양전지의 활용을 중심으로
Urban Design cases study analysis using solar cell : Focusing on the use CIGS Thin Film Solar cell 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.11 no.3, 2020년, pp.163 - 170

박지훈 (국민대학교 테크노디자인대학원 제품이노베이션학과) , 남원석 (국민대학교 조형대학 공업디자인학과) , 장중식 (국민대학교 조형대학 공업디자인학과)

초록
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본 연구는 최근 급속도로 성장하고 있는 태양전지를 활용한 국내외 도시 디자인의 현황과 동향을 파악하고, 사례 분석을 토대로 향후 진행할 연구과제인 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인 제안의 긍정적인 측면과 시사점을 파악하고자 하였다. 연구 방법은 문헌연구를 통하여 이론적 고찰을 진행하였고, 이후에 국내외 태양전지를 활용한 도시 디자인의 현황과 동향을 파악하여 사례를 조사·분석하였다. 그 결과 태양전지를 활용한 도시 디자인은 꾸준히 증가하고 있음을 확인하였으며, 주변 환경과의 조화, 실내외 동반 미관창출, 색상의 활용 등의 시각적인 변화를 통하여 심미적 도시 미관창출의 긍정적 효과가 있는 것을 알 수 있었다. 이러한 시사점을 바탕으로 CIGS 박막 태양전지를 도시 디자인에 활용하였을 때 올 수 있는 기대효과를 제시하고, 향후 진행할 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인 제안에 대한 방향성과 의의를 확인하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research was to understand the current situation and trends of urban design using rapidly growing solar cells at home and abroad, and to understand the positive aspects and implications of urban design proposals using CIGS thin film solar cells, a research project to be conducted based on case analysis. The research method was conducted through a literature study and the case was investigated and analyzed after identifying the present situation and trends of urban design using solar cells from home and abroad. As a result, it was confirmed that urban design using solar cells was steadily increasing, and through visual changes such as harmony with the surrounding environment, indoor and outdoor visualization, and the use of color, urban aesthetic beauty creation was positive. Based on these implications, we will present the expected effects of CIGS thin film solar cells being utilized in urban design, and confirm the direction and significance of the urban design proposal using CIGS thin film solar cells in the future.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Application Case of CIGS Thin Film Solar Cell
그림 Fig. 2. Seoul Square's Facade Design
그림 Fig. 3. Solar Street Furniture of New York
그림 Fig. 4. Inside of SwissTech Convention Center
그림 Fig. 5. Facade of SwissTech Convention Center
그림 Fig. 6. A new hall for the Federation of Korean Industries
그림 Fig. 7. Route 66 Solar Roadways of Missouri
그림 Fig. 8. Incheon Solar road of energy park
그림 Fig. 9. Solar-Clad Housing Project in Paris
그림 Fig. 10. Catholic University of Korea Eunpyeong St. Mary's Hospital
그림 Fig. 11. Steora Solar Smart Bench
그림 Fig. 12. Seoul Smart Trash
표 Table 1. Case Analysis result

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 태양전지를 활용한 도시 디자인의 국내외 동향 및 현황과 사례 조사를 진행하였고, CIGS 박막 태양전지를 도시 디자인에 활용하였을 때 올 수 있는 긍정적인 점을 토대로 미래 도시 디자인에서 주목해야 할 측면을 알아보고자 한다. 2013년에 개정된 경관법과 2012년부터 시행되고 있는 신재생에너지 공급 의무화(RPS) 사업에 따라 태양전지 활용의 중요도가 확대되었다.
본 연구는 태양전지를 활용한 도시 디자인의 국내외 사례 연구를 토대로 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인의 유효성을 확인하였고, 향후에 진행할 도시 생활구조물 활용을 위한 CIGS 박막 태양전지 심미성 향상 디자인 기술 개발의 방향성을 모색하고자 하였다. 향후의 연구과제는 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인 제안에 관하여 실증연구를 진행할 예정이고, 지역과 도시별로 연구 대상을 세분화하여 더욱 실효성 있는 연구를 진행하고자 한다.
CIGS 박막 태양전지는 플렉시블(Flexible) 하고, 색상의 구현과 반투명 제작도 가능해 도시미관 창출에 효과적인 활용이 가능할 것이다. 이에 본 연구는 태양전지를 활용한 도시 디자인의 사례와 CIGS 박막 태양전지를 활용하였을 때 기대할 수 있는 긍정적인 측면을 확인하고 이를 토대로 향후 진행할 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인 제안에 있어 주목해야 할 요소를 검토하고자 한다.

제안 방법

Catherine Bolle이 디자인 한 색상 배열은 혼합되어 독특한 외관에 기여하고 역동적이며 부드러운 색조를 제공한다. 각도, 패널 크기 및 색상이 다르며 이를 보완하기 위해 패널 간 마이크로 컨버터를 부착하였다. 생산된 전기는 AC 전원으로 변환되어 유지 보수를 용이하게 하고 독창적인 디자인을 토대로 건물 외관의 심미성에 기여를 한다.
서울시 은평구 북한산의 자락에 위치한 은평 성모병원은 2019년 4월 개원하였다. 자연 속에 위치하여 건물의 창호에 태양전지 패널을 장착하였다. 국내 대학병원 최초로 건축물 에너지 효율 1등급을 받았으며, 녹색 건축 인증 우수 등급도 보유하고 있다[16].

대상 데이터

본 연구는 태양전지를 활용한 파사드 디자인, 창호 디자인, 스트리트 퍼니처 등 도시 디자인의 국내외 사례 조사를 진행하였으며 미국, 호주, 이탈리아 등 전 세계적으로 44개 이상의 국가에서 시행 중인 신재생에너지의 공급을 의무화하는 제도(RPS)가 시행된 2012년 1월 1일 이후의 사례로 한정하였다.
스위스 테크 컨벤션 센터는 2014년 4월 3일에 Richter Dahl Rocha와 Associes에 의해 설계되었다. 스위스의 Ecublens 시(市)를 대표하는 건축물이다.

성능/효과

사례를 분석한 결과, 도시 디자인에 CIGS 박막 태양전지를 활용하였을 때 올 수 있는 긍정적인 점은 첫째, CIGS 박막 태양전지는 플렉시블(Flexible) 하여 유기적인 형태의 디자인에 활용하면 형태의 제약을 최소화하고, 다양한 형태를 통하여 완성도 높은 디자인이 나올 수 있을 것으로 기대된다. 둘째, CIGS 박막 태양전지는 색상의 활용이 가능하다. 이를 토대로 색상을 조합하여 개인, 브랜드, 도시의 아이덴티티(Identity)를 시각적으로 나타내어 미관창출과 동시에 개성을 나타낼 수 있을 것으로 기대된다.
사례를 분석한 결과, 도시 디자인에 CIGS 박막 태양전지를 활용하였을 때 올 수 있는 긍정적인 점은 첫째, CIGS 박막 태양전지는 플렉시블(Flexible) 하여 유기적인 형태의 디자인에 활용하면 형태의 제약을 최소화하고, 다양한 형태를 통하여 완성도 높은 디자인이 나올 수 있을 것으로 기대된다. 둘째, CIGS 박막 태양전지는 색상의 활용이 가능하다.
7%의 변환효율에 달성하여 세계 최고 효율을 얻었다. 이는 다른 박막 태양전지에 비해서 높을 뿐만 아니라 기존의 실리콘 태양전지의 최고 효율인 21.1%를 뛰어넘는 효율이다. 모듈 또한 14%대에 근접하는 효율을 나타내고 있어 매우 뚜렷한 장점을 가지고 있다고 할 수 있다.
또한 안정성이 우수한 특징을 지니고 있다. 이러한 장점을 토대로 독일의 ZSW 사에서 21.7%의 변환효율에 달성하여 세계 최고 효율을 얻었다. 이는 다른 박막 태양전지에 비해서 높을 뿐만 아니라 기존의 실리콘 태양전지의 최고 효율인 21.
지금까지 조사한 사례와 같이 저탄소 감축을 목표로 태양전지를 활용한 도시 디자인은 활발히 이루어지고 있는 것을 확인할 수 있었다. RPS 사업이 시행된 이래로 매년 1% 이상 의무적으로 신재생에너지 생산을 늘려야하기 때문에 태양에너지를 활용한 태양전지 패널 시장도 매년 성장을 하고 있다[19].

후속연구

이러한 부작용과 경관법에 대한 한 대응으로 CIGS 박막 태양전지를 활용한 심미성 향상 디자인 개선이 유효할 것으로 생각된다. CIGS 박막 태양전지는 플렉시블(Flexible) 하고, 색상의 구현과 반투명 제작도 가능해 도시미관 창출에 효과적인 활용이 가능할 것이다. 이에 본 연구는 태양전지를 활용한 도시 디자인의 사례와 CIGS 박막 태양전지를 활용하였을 때 기대할 수 있는 긍정적인 측면을 확인하고 이를 토대로 향후 진행할 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인 제안에 있어 주목해야 할 요소를 검토하고자 한다.
셋째, CIGS 박막 태양전지는 반투명으로 제작이 가능하기 때문에 광원과의 결합을 통하여 건물 외관에 미디어파사드(Media Facade)의 구현과 태양전지와 광원의 일체형 가로등 등 광범위하게 활용이 가능할 것으로 기대된다. 넷째, CIGS 박막 태양전지는 구조물이나 프레임이 불필요하여 기존의 건물 또는 사물의 적은 변형을 통하여 간단하게 부착이 가능하므로 저비용을 바탕으로 새로운 디자인의 창출과 경제적인 디자인이 가능할 것으로 기대된다.
이러한 시사점을 바탕으로 도시 디자인에 CIGS 박막 태양전지를 활용할 경우, 플렉시블한 특징을 통해 형태의 제약을 최소화하여 다양한 디자인이 나 올 수 있을 것으로 기대되며, 여러 가지 색상을 활용하여 도시의 정체성 확립과 다채로운 도시 디자인이 가능할 것으로 판단된다. 또한, 반투명함을 토대로 미디어파사드와 태양전지의 광원 일체형 시도 또한 가능할 것이고, 기존의 건물 또는 사물의 최소한의 변형을 통하여 새로운 디자인을 창출하고 경제적인 디자인이 가능할 것으로 판단된다. 기존 태양전지의 단조로움을 보완하고 저렴한 가격을 바탕으로 경제적 효과도 있을 것으로 보인다.
이를 토대로 색상을 조합하여 개인, 브랜드, 도시의 아이덴티티(Identity)를 시각적으로 나타내어 미관창출과 동시에 개성을 나타낼 수 있을 것으로 기대된다. 셋째, CIGS 박막 태양전지는 반투명으로 제작이 가능하기 때문에 광원과의 결합을 통하여 건물 외관에 미디어파사드(Media Facade)의 구현과 태양전지와 광원의 일체형 가로등 등 광범위하게 활용이 가능할 것으로 기대된다. 넷째, CIGS 박막 태양전지는 구조물이나 프레임이 불필요하여 기존의 건물 또는 사물의 적은 변형을 통하여 간단하게 부착이 가능하므로 저비용을 바탕으로 새로운 디자인의 창출과 경제적인 디자인이 가능할 것으로 기대된다.
또한 2013년에 개정된 경관법에는 건축물과 기반 시설물에 대한 경관 조성이 법적으로 요구되며 강화되고 있다. 이러한 부작용과 경관법에 대한 한 대응으로 CIGS 박막 태양전지를 활용한 심미성 향상 디자인 개선이 유효할 것으로 생각된다. CIGS 박막 태양전지는 플렉시블(Flexible) 하고, 색상의 구현과 반투명 제작도 가능해 도시미관 창출에 효과적인 활용이 가능할 것이다.
이를 토대로 도시 디자인에도 변화가 일어나고 있으며, 태양전지를 활용하여 주변 환경과 조화를 이루며 다양한 디자인 시도 또한 일어나고 있다. 이러한 시사점을 바탕으로 도시 디자인에 CIGS 박막 태양전지를 활용할 경우, 플렉시블한 특징을 통해 형태의 제약을 최소화하여 다양한 디자인이 나 올 수 있을 것으로 기대되며, 여러 가지 색상을 활용하여 도시의 정체성 확립과 다채로운 도시 디자인이 가능할 것으로 판단된다. 또한, 반투명함을 토대로 미디어파사드와 태양전지의 광원 일체형 시도 또한 가능할 것이고, 기존의 건물 또는 사물의 최소한의 변형을 통하여 새로운 디자인을 창출하고 경제적인 디자인이 가능할 것으로 판단된다.
기존 태양전지의 단조로움을 보완하고 저렴한 가격을 바탕으로 경제적 효과도 있을 것으로 보인다. 이를 바탕으로 CIGS 박막 태양전지는 도시 디자인에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
둘째, CIGS 박막 태양전지는 색상의 활용이 가능하다. 이를 토대로 색상을 조합하여 개인, 브랜드, 도시의 아이덴티티(Identity)를 시각적으로 나타내어 미관창출과 동시에 개성을 나타낼 수 있을 것으로 기대된다. 셋째, CIGS 박막 태양전지는 반투명으로 제작이 가능하기 때문에 광원과의 결합을 통하여 건물 외관에 미디어파사드(Media Facade)의 구현과 태양전지와 광원의 일체형 가로등 등 광범위하게 활용이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구는 태양전지를 활용한 도시 디자인의 국내외 사례 연구를 토대로 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인의 유효성을 확인하였고, 향후에 진행할 도시 생활구조물 활용을 위한 CIGS 박막 태양전지 심미성 향상 디자인 기술 개발의 방향성을 모색하고자 하였다. 향후의 연구과제는 CIGS 박막 태양전지를 활용한 도시 디자인 제안에 관하여 실증연구를 진행할 예정이고, 지역과 도시별로 연구 대상을 세분화하여 더욱 실효성 있는 연구를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CIGS 태양전지의 장점은 무엇인가?	CIGS 태양전지는 박막 태양전지 분야에서 가장 높은 변환 효율을 가지고 있다. 또한 안정성이 우수한 특징을 지니고 있다. 이러한 장점을 토대로 독일의 ZSW 사에서 21.
	스트리트 퍼니처란 무엇인가?	스트리트 퍼니처는 다양한 목적을 가지고 거리와 도로, 도시에 설치된 시설물들을 말한다. 보행, 차량 이동, 시설물의 이용 등에 대해 편의를 제공한다.
	넓은 개념의 도시 디자인은 무엇을 말하는가?	도시 디자인의 일반적 정의는 도시의 경관을 보전하거나 개선하기 위해 도시건축물, 공공 공간, 시설물의 형태, 색채, 조명, 조화성 등에 대한 계획이라고 말할 수 있다. 넓은 개념에서 보자면 도시를 보기 좋게 만드는 행위에서 시민들이 도시를 이용하기 용이하게 만드는 행위, 수단, 서비스, 설계 등을 포함하는 개념으로도 볼 수 있다[6]. 재생 가능 에너지 활용의 증가로 대도시를 기점으로 태양전지의 보급이 빠르게 늘어나고 있고 일상 속에서 태양전지를 설치하는 사례가 늘고 있으며 서울시에서 주변 환경과 어우러지는 공공시설 태양광 디자인을 위해 ‘자치구 디자인 태양광 경진대회(2018)’을 개최하기도 하였다.

참고문헌 (20)

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D. K. Kim. (2019. 02. 06). This year's global photovoltaic market exceeds 120GW ... 11% growth expected. News of ECONOMIC REVIEW, P. 1.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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