초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
전기-열 복합 생산이 가능하고, 발전 성능 및 방음 성능을 향상시키는 다기능성 PVT 방음 패널을 개발함. 또한 이 다기능성 PVT 방음 패널을 이용한 방음벽 시스템 시공 기법 및 실증 적용을 통한 사업화 모델을 제시함.

◼ 전체 내용
o PV와 태양열 집열기를 통합한 형태의 최적 전열 구조 개발
o 흡음과 차음 성능을 확보하는 다기능 방음 패널 구조 개발
o 전기-열 복합 생산 다기능성 PVT 방음 패널 시제품 개발
o 다기능성 PVT 패널의 전

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
전기-열 복합 생산이 가능하고, 발전 성능 및 방음 성능을 향상시키는 다기능성 PVT 방음 패널을 개발함. 또한 이 다기능성 PVT 방음 패널을 이용한 방음벽 시스템 시공 기법 및 실증 적용을 통한 사업화 모델을 제시함.

◼ 전체 내용
o PV와 태양열 집열기를 통합한 형태의 최적 전열 구조 개발
o 흡음과 차음 성능을 확보하는 다기능 방음 패널 구조 개발
o 전기-열 복합 생산 다기능성 PVT 방음 패널 시제품 개발
o 다기능성 PVT 패널의 전기, 온열 생산 및 방음 성능 시험
o PVT 방음 패널 직렬 연계 방식의 방음벽 시스템 시공 기법 개발
o 다기능성 PVT 패널을 적용한 실증 기술 및 사업화 모델 개발

◼ 1년차
❏ 목표
o 다기능성 PVT 방음 패널 요소 기술 개발
❏ 내용
o 국내외 PVT 기술 연구 현황 및 PV 방음벽 적용사례 조사
o PVT 전열 구조 설계 및 베플 형상 검토, PVT 방음벽 시작품 예비 성능 평가 수행
o PVT 방음 패널의 흡음, 차음 기능 검토 및 PVT 방음 시스템 특성(온열 생산, 발전 용량 향상, 방음성능 향상) 검토, 시스템 적용성 검토(설치 방법, 경사각에 따른 경제성 분석)
o 방음(흡음, 차음) 성능 평가 기준 검토 및 시스템 적용 방안 제시

◼ 2년차
❏ 목표
o 다기능성 PVT 방음 패널 요소 기술 평가 및 개선
❏ 내용
o 현장 적용성을 위해 PVT 방음 패널의 두께를 150 mm에서 120 mm로 개선하였고, 이에 따른 PVT 전열 구조를 재설계하였음. 또한 발전효율을 높이기 위한 경사형 PV 방음 패널 시제품을 제작함.
o PVT 시스템 적용성을 위해 방음 패널의 양쪽 상부에 공기출입구를 확보함. 5개의 PVT 패널을 직렬로 연계하여 열생산성을 높였음. 3kWe급 실증을 위해서 상부와 하부에 각각 5개의 패널을 직렬로 연계하도록 시스템을 설계함.
o 당해연도 개발된 PVT 방음 패널에 대한 에너지 성능 시험을 수행함. (열성능 534W/m², 모듈 온도 16.4℃ 감소, 발전효율 7.2% 향상)
o 방음벽의 흡음 성능 적정성은 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz의 4가지 소음조건에서 평균 0.7이상임. 흡음 성능 시험 결과 평균 0.83을 달성함. 차음 성능은 500Hz에서 25dB이상, 1000Hz에서 30dB이상임. 차음 성능 시험 결과 500Hz에서 29.9dB, 1000Hz에서 37.1dB의 차음 성능 달성함.

◼ 3년차
❏ 목표
o 다기능성 PVT 방음벽 시스템 Bench 구축
❏ 내용
o 실증 현장에 적용을 위한 PV 패널 및 PVT 모듈 제작 (2.0m×1.0m×0.15m)
- 방음벽 구조물에 적용 가능한 PV 패널 설계/제작(용량: 350We급, Cell 수: 11×6)
- PVT 패널 제작 → 열회수 장치 반영 → PVT 모듈 제작 → 단열 및 공기 입출구덕트 제작
o 다기능성 PVT 방음벽 시스템 적용 현장 확보 및 실증형 테스트배드 구축 완료
- COVID19 장기화로 당초 실증 예정 현장에서 현재의 실증 현장으로 변경
- 실증 현장(충청남도 계룡시 두마면)에 약 3.5 kWe급 다기능성 PVT 방음벽 시스템 구축 완료 및 안정적으로 시스템이 가동 중임.
- 실증 현장의 구조물 안전성을 확보하기 위하여 안전 내구성 평가를 수행하였음.(풍속 30 m/s 기준, 휨모멘트 12.5 kN·m, 최대변위 3.5 mm)
- 다기능성 PVT 방음벽 시스템에 대한 경제성 평가 수행 완료(투자환수 기간 : 3 kWe급 - 9.9년, 30 kWe급 - 8.8년)
o 다기능성 PVT 방음벽 시공 기법을 개발하여 실증 현장에서 직접 시범 적용함.
- 적용 현장 기반 구축 → H빔 프레임 설치 → 1단 PVT 모듈 설치 → 2단 PVT 모듈 설치 → PVT 덕트 배관 설치 → PV 패널 전선 연결 → 부하공간 에너지 공급
- 개별 PVT 모듈 설치가 가능하여 특정 모듈 고장시 보수가 용이하도록 하였음.
o 다기능성 PVT 방음벽 기술에 대한 사업화 모델 제시
- 기본 비즈니스 모델 : PVT 방음 모듈, 3 kWe급 PVT 방음벽 시스템
- 제품의 판매 가격 : PVT 방음 모듈 (0.7백만원/장), 3 kWe급 시스템 (6백만원/건)
- 신재생에너지 보급 사업, 제로에너지타운, 친환경 도시 구축 공공인프라 사업 등
- 도로공사, 철도공사 등 공공기관을 대상으로 판매 판로 확충

□ 연구개발성과
< 정량적 기술개발 목표 대비 달성 >
1. 흡음성능 목표 0.7 이상 → 0.83 달성
2. 차음성능(감쇠) 목표 35 dB 이상 → 37.1 dB 달성
3-1. 발전효율 향상 6% 이상 → 7.2% 달성
3-2. 온도감소 15℃ 이상 → 16.4℃ 달성
4. 열생산량 400 Wt/m² 이상 → 534 Wt/m² 달성
5. 안전 내구성 평가(휨모멘트) 15 kN·m 이내 → 12.54 kN·m 달성
6. 안전 내구성 평가(최대변위) 8 mm 이내 → 3.5 mm 달성
7. 실증 평가 기간 6개월 → 12/03일부터 평가 진행 중
8. 경제성 평가 (ROI) 10년 → 9.9년 달성 (3 kWe급 PVT 방음벽 시스템 기준)

< 정량적 연구성과 목표 대비 달성 >
o 국외논문 게재 1건 목표 → Renewable Energy (SCI) 1건 심사 중
o 국내논문 게재 2건 목표 → 2건 달성
o 특허출원 국내 4건 목표 → 5건 달성
o 특허등록 국내 3건 목표 → 2건 달성 (3건 심사 중)
o 기술이전 1건(20,000천원) → 1건(20,000천원) 확약되어 1월중 체결
o 보고서 원문 1건 목표 → 1건 달성
o 실증 설비 1건 목표 → 1건 달성 (실증 적용 3 kWe급 PVT 방음벽 시스템)
o 시제품 2건 목표 → 2건 달성
o 성과 홍보 1건 목표 → 성과 홍보용 기사 3건 이상 보도 예정 (1월 중)
o 일자리 창출 1건 목표 → 1건 달성

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
o 국가 신재생에너지 보급 시범 사업, 친환경 도시 구축 공공 인프라 사업에 활용
o 제로에너지타운, 친환경에너지타운, 친환경녹색마을 등에 에너지 자립형 공공휴게시설 적용
o 도로공사, 철도공사 등 공공기관의 신재생에너지설비의무화 기술로써 활용
o 국내 온실가스 감축 목표 및 재생에너지 3020 계획 국가 정책 달성에 활용
o 태양에너지와 방음기술의 융합과 더불어 태양에너지 이용률을 극대화 기술임
o 국내 신규 방음벽 및 노후 방음벽 대체용 친환경 기술로 활용
o Bench Scale 실증을 통한 PVT 방음벽 시스템 사업화 기술로 활용
o PV 시스템의 발전성능을 향상시키고, 난방열을 생산/공급하는 에너지 절감 기술로써, 두 기술의 융합은 2+α의 획기적인 시너지 효과 기대
o 태양광, 태양열, 흡음, 차음 기술을 융합함으로써 기존 단위 기술의 단점을 보완하여 교통소음 방음벽의 보급을 획기적으로 증가시킬 것으로 기대
o 신재생에너지와 타 산업간의 융합으로 신시장 창출 및 신규 일자리 증가 기대

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 7
• 2) 연구개발과제의 년차별 목표 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 가. 연구개발 추진전략·방법 ... 8
• 나. 연구개발 추진체계 ... 8
• 다. 연구개발 추진일정 ... 9
• 라. 연구수행 내용 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 57
• 1) 연구수행 결과 ... 57
• 2) 목표 달성 수준 ... 64
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 65
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 65
• 2) 자체 보완활동 ... 65
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 65
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 66
• 6. 연구개발성과 관리 및 활용 계획 ... 67
• 별첨 참고문헌 ... 68
• 끝페이지 ... 70