초록 ▼

본 연구는 투명 PV Cell(비결정질)을 적용한 창호형 BIPV시스템을 대상으로 공동주택으로의 설계효율성을 높이기 위해 주요 환경조건과 설계변수들의 효율적인 수용 및 제어방법에 대해 분석하고 이를 통합한 최적 설계안을 제시하는 것을 목표로 하였다. 본 연구목표 하에 수행된 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 1차년도
1차년 도에서는 투명 PV Cell 및 이를 적용한 창호형 BIPV시스템의 관련이론과 제반사항 등을 분석·정립하였다. 또한 토지주택공사에서 설계한 전국 공동주택 22단지(206동)를 대상으로 주변

본 연구는 투명 PV Cell(비결정질)을 적용한 창호형 BIPV시스템을 대상으로 공동주택으로의 설계효율성을 높이기 위해 주요 환경조건과 설계변수들의 효율적인 수용 및 제어방법에 대해 분석하고 이를 통합한 최적 설계안을 제시하는 것을 목표로 하였다. 본 연구목표 하에 수행된 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 1차년도
1차년 도에서는 투명 PV Cell 및 이를 적용한 창호형 BIPV시스템의 관련이론과 제반사항 등을 분석·정립하였다. 또한 토지주택공사에서 설계한 전국 공동주택 22단지(206동)를 대상으로 주변 환경여건의 분석과 대표 평면 Type을 선정하여 창호형 BIPV의 설치가능성을 정량적으로 분석·검토하였다.
● 창호(설치영역)를 대상으로 총 22공동주택 단지에 대한 연간 적산 일사량을 시뮬레이션을 통해 향별 및 층별로 구분·분석하였다. 최대 일사량은 남향 고층부에서 준 156.76Wh/m²로 분석되었다.
● 총 206동에 대한 공동주택 유형(평면)에 대한 설계·적용비율을 분석하고, 주요 평면유형별 창호형 BIPV 시스템의 최대 설치 가능면적을 분석하였다. 가장 설계비율이 높은 84Type의 경우 창호형 BIPV시스템의 최대 설치 가능 면적은 17.99m²로 분석되었다.
● 공동주택의 전력 수요량을 조사(84Type)한 결과 평균 3,541kWh/세대로 나타났으며, 이중 조명 및 기타기기로 구분할 경우 에너지 소비량은 각각 630kWh/세대, 2,911kWh/세대로 분석되었다.
2) 2차년도
2차년 도에서는 1차년도 연구를 바탕으로 투명 PV Cell을 이용한 창호형 BIPV시스템을 설계하고 결정질(불투명) PV창호와의 비교·평가를 수행하였다. 이를 위해 투명 PV Cell을 적용하여 설계된 비결정질 PV창호와 결정질 PV창호에 대한 실험체를 구성하였으며, 각 창호별 일사량 및 발전량, 온도변화, 조도 등 시스템성능과 실내 거주환경으로 미치는 영향 등을 비교·평가하였다.
● 비결정질 PV Cell을 이용한 창호형 BIPV시스템 설계를 위해 조도 시뮬레이션을 수행한 결과 투과율 20%의 투명 PV Cell을 창호 하부에 50% 적용할 경우 자연채광만으로 충분한 실내조도 확보가 가능한 것으로 분석되었다.
● Mock-up Test를 통한 BIPV시스템 발전량을 분석한 결과 일사강도 대비 발전효율은 결정질 PV창호 19.8%, 비결정질 PV창호가 4.1%로 분석되었다.
● Mock-up Test를 통한 비결정질 PV 창호의 접합유리 후면온도 측정결과 창호의 내열 강도를 충족하고, 발열에 의한 실내 냉방부하에 대한 영향은 없는 것으로 분석되었다.
● Mock-up Test를 통한 조도 및 주광률 분석 결과,
· 청천공 조건에서 실내 조도는 비결정질 PV 창호와 결정질 PV 창호 모두 모든 측정 점에서 500lx 이상으로 자연채광설계기준(UDI-a, 500~2,500lx)을 만족하는 것으로 분석되었다.
· 비결정질 PV Cell을 창호의 하부 50%에 적용한 경우(PV 50% 적용)는 모든 측정 점에서 주광률이 최소기준(1.5%이상, BS 8206-2기준) 이상으로 분석되었으며, 투명 PV Cell을 창호 전체에 적용한 경우(PV 100% 적용)는 측정 깊이 1.5m의 일부분과 2.0m 이상에서 주광률이 최소기준 이하로 분석되었다.
3) 3차년도
3차년 도에는 1,2차년도 연구를 바탕으로 주요 설계변수에 따른 성능변화(벽체 돌출길이, 음영각, 반사체 색상 등)를 분석하였으며, 총체적인 시스템의 경제성 평가를 수행하여 창호형 BIPV시스템 최적 설계방향을 도출하였다.
● 비결정질 PV창호에서 창호 부분 벽체 돌출길이가 250mm일 때 돌출길이 0mm일 때 대비 발전효율이 최대 11.9% 감소하였으며, 200mm에서 250mm로 증가할 때 발전효율 감소폭이 6.3%로 가장 크게 분석되었다.
● 비결정질 PV창호 PV Cell과 음영이 이루는 각이 평행한 음영(세로음영)일 경우 발전효율이 일정하게 감소한 반면, PV Cell과 음영이 이루는 각이 수직인 음영(가로음영)일 경우, 음영면적 비율이10%에서 20%로 증가할 때 발전성능 저하가 크게 일어나는 것으로 분석되었다.
● 경제성 분석 결과 비결정질 PV창호의 경우 발전효율이 15%(PV 100%적용), 20%(PV 50%적용)가 확보될 경우 실내 주거환경의 확보와 함께 공동주택으로의 적용을 위한 경제성을 갖출 수 있는 것으로 분석되었다.
본 연구 수행 결과를 종합 분석한 결과, 공동주택의 주거환경에서 요구되는 창호로서의 기능을 고려할 경우 창호형 BIPV시스템의 비결정질 PV Cell 적용비율은 최대 창호 하부 측으로 50%설치가 가장 효율적인 것으로 나타나며, 전력계통은 단위세대 전력소비 부하량과 창호형 BIPV시스템 발전량을 고려할 때 계통연계시스템으로 구성하는 것이 효율적일 것으로 분석되었다. 창호형 BIPV시스템(비결정질 PV Cell)의 발전효율은 주요 환경 및 설계변수의 복합적인 반영을 통해 최대 39%(􌝀)까지 제어 가능한 것으로 분석되었다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10