초록 ▼

이 연구의 목표는 국내 기후환경에 적합한 Building Integrated Photovoltaic/ Thermal (BIPVT) Solar Collector 디자인 요소들을 추출하여 분류하고, 이들 중에서 국내 건물 환경에 맞는 디자인 요소들을 구분하여 개발 및 적용하는 것이다. 지구 온난화로 인한 시대적 요구에 국내에서 가장 먼저 할 수 있는 방법들 중의 하나는, 충분히 활용한다면 무한한 에너지원이 될 수 있는 태양에너지에서 전기에너지를 생산하는 방법인 태양전지(Photovoltaics)와 그 단점인 낮은 효율로 인해 낭비되는

이 연구의 목표는 국내 기후환경에 적합한 Building Integrated Photovoltaic/ Thermal (BIPVT) Solar Collector 디자인 요소들을 추출하여 분류하고, 이들 중에서 국내 건물 환경에 맞는 디자인 요소들을 구분하여 개발 및 적용하는 것이다. 지구 온난화로 인한 시대적 요구에 국내에서 가장 먼저 할 수 있는 방법들 중의 하나는, 충분히 활용한다면 무한한 에너지원이 될 수 있는 태양에너지에서 전기에너지를 생산하는 방법인 태양전지(Photovoltaics)와 그 단점인 낮은 효율로 인해 낭비되는 열을 다시 활용하는 태양열 (Solar Thermal)을 결합하는 방법이다. 그러므로 세계적으로 연구되고 있는 건물일체형 PVT 사례 분석을 통해 국내 기후환경에 맞는 건물일체형 PVT 디자인 요소들 개발과 그 적용을 모색하는 것이다.
태양광열 복합 (Photovoltaic / Thermal hybrid solar system, PVT) 시스템은 태양광 모듈 및 태양열 집열판의 단일화를 통한 전기 및 열에너지의 동시 생산이 가능한 장치로 기존 태양에너지 단일 발전 시스템의 문제점 보완 및 효율 향상을 목적으로 개발되었다. 청정·대체에너지 개발의 필요성이 점차 부각되는 시점에서, 선진국을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있으며, 에너지 수급의 핵심적 역할을 수행할 수 있는 시스템으로 주목받고 있다.
본 연구에서는 총 3단계의 연구수행을 통해 문헌조사 및 시작품제작을 통한 건물일체형 PVT (Photovoltaics/ Thermal) 집열기(solar collector)의 디자인 요소를 도출하려고 하였다.
1단계에서는 문헌조사 및 시작품제작을 통한 건물일체형 태양전지(Photovoltaics) 집열기(solar collector)의 디자인 요소 도출을 목표로 하였다. 태양전지 시제품 개략도와 같이 태양전지패널 후면 배기에 따른 총 4개의 타입의 목재박스를 제작하고, 태양전지 패널이 태양광을 받아 발전전력을 생산하기 시작하는 일출시부터 일몰시까지 각각 특정한 측정 시간마다 일사계와 풍속계를 이용하여 일사량과 외기의 풍속을 측정하여 외부환경요인을 기록함과 동시에 4개 타입의 태양전지 패널로부터 발생되는 직류전압과 직류전류를 측정하여 그 값을 기록하였다.
2단계에서는 문헌조사 및 시작품제작을 통한 태양열(Solar Thermal) 집열기(solar collector)의 디자인 요소를 도출하고자 하였다. 순환 방식에 따라 자연대류 태양열 집열기, 강제 순환형 (펌프 삽입형) 태양열 집열기 두 유형을 만들어 실험한다. 태양열 집열기는 제작해 놓은 태양전지 시제품과의 결합이 가능하도록 900X900X180(mm)의 크기로 제작하였다. 그리하여 제작한 태양전지 시제품에 대하여 전력과 풍속,일사량 값을 측정하고 자연대류와 강제 순환형 태양열 집열기 온도, 물탱크 온도, 집열기 유속, 집열기 유량을 측정하였다.
3단계에서는 문헌조사 및 시작품제작을 통한 건물일체형 PVT(Photovoltaics/ Thermal) 집열기(solar collector)의 디자인 요소 도출하고자 하였다. 건물일체형 PVT(Photovoltaics/ Thermal) 집열기(solar collector) 시작품 제작을 위해, 관련 문헌조사와 건물일체형 태양전지(Photovoltaics) 집열기(solar collector) 및 태양열(Solar Thermal) 집열기(solar collector) 시작품제작을 통해 물리적 특성들을 도출하였다. 이외에도 1과 2단계의 시작품 제작에서의 경험 및 국내의 기후환경 요소도 반영하고, 건물일체형이 되기 위해 기존 구조물의 부착형 또는 구조일체형이 가능한지 확인하기 위해 동파 및 두께 등의 요인들도 확인했다.
측정결과를 요약하면 아래와 같다.
• 외기 기온이 높은 여름철보다 외기 기온이 낮은 겨울철의 발전량이 높다.
• 4가지 타입의 실험박스의 전력생산량이 높은 순서대로 나열하면 벽체없음 > 10%전면개구부 > 10%상 부개구부 > 개구부 없음의 순서로 측정이 되었다. PV모듈 후면 배기를 통해 온도강하 효과 및 이에 따라 발전성능 상승효과가 있음을 입증하였다.
• 전면 배기구는 상부 배기구보다 냉각효과를 개선하여 PV발전량이 더 높게 나타났다.
• 강제순환형 집열기의 경우 PV모듈 후면에서 발생되는 열을 자연대류형 집열기보다 더 적극적으로 회수함으로써 전력생산량이 더 높게 나타난다.
• PV와 집열기가 결합한 태양전지 집열기는 PV 발전시 발생되는 열을 이용하여 온수난방에 기여하며, PV모듈만 있는 경우 전력생산량 대비 98%의 발전 효율이 있음을 알 수 있다.