공주대 산학협력단 그린에너지기술연구소는 에너지저감기술 연구를 위해 △에너지소재 △에너지통합모듈 △에너지관리시스템 원천기술 연구 △전문적인 고급 연구인력 육성 등을 위해 설립됐다.
김진희 공주대 건축학과 연구교수는 △고효율 PVT상용화유닛 개발 △모듈러방식 공기식 건물일체형 PVT(BIPVT)시스템 개발(국제공동) △BIPVT와 히트펌프시스템이 연계된 스마트그리드 기술개발(국제공동) △PVT 성능평가 기반구축(표준화)을 위한 기초연구 등을 진행했다. 김진희 교수를 만나 PVT연구배경, PVT성능표준화 용역수행 배경 등을 들었다.
■ 국내·외 PVT시장 동향은
해외 PVT시장은 20년 전부터 시작돼 최근 몇 년 사이 상용화가 이뤄져 시장에 보급되고 있다. 국내 PVT시장은 최근 몇 년 사이 상용화를 위한 연구가 시작됐으며 열매체를 액체로 하는 온수를 생산하는 PVT집열기에 대한 상용화가 이뤄지고 있다.
■ PVT 연구성과는
2006년부터 액체식 PVT 연구개발을 시작으로 공기식 PVT에 이어 BIPVT시스템에 대한 수 개의 특허를 보유하고 있다. 국제공동연구를 통해 △PVT컬렉터 성능 표준화와 시스템연계 연구 △국내 액체식 PVT표준화를 위한 성능평가 기반구축 연구 등을 진행했으며 지난 몇 년간 기업에 PVT 기술이전을 통한 사업화를 진행했다.
■ PVT연구에서 중점적으로 다루고 있는 부분은
오랜기간 건축에서 신재생에너지를 활용하기 위해 PVT를 연구하는 과정에서 액체식 PVT는 누수와 유지보수 우려가 있어 지난 10여 년 동안은 공기식 PVT연구를 진행했으며 기존 건물·시스템과 연결할 수 있는 실증연구까지 마무리했다.
PVT는 건물에서 단독으로 이용하는 태양광발전설비와 태양열집열기설비에 비해 가격경쟁력이 중요하다고 생각해 경제성을 확보하기 위한 집열기설계 최적화에 중점을 두며 연구를 진행했다.
또한 건물과 조화롭게 시공되며 유지보수가 쉽도록 BIPVT 집열기 디자인과 함께 기존 건물설비와 연계할 수 있는 BIPVT시스템에 중점을 두고 있다.
BIPV 열원을 공기로 사용하면 성능계수(COP)가 증가하기 때문에 공기식 PVT와 BIPV가 융합되면 시너지효과가 나타날 수 있다.
■ 연구를 진행하는 데 애로사항이 있었다면
액체식 PVT기술은 전혀 다른 두 기술(태양광발전은 반도체, 태양열은 기계)이 융합된 기술로 기술융합을 위한 제작이 어렵고 전기를 생산하는 태양광발전과 결합하는 만큼 누수가 발생하지 않도록 하기 위한 발전된 기술이 요구된다. 학문·기술적으로 다른 두 영역에서 높은 전문지식이 요구되는 만큼 기술융합과정이 가장 어려웠다.
■ PVT 성능표준화(KS) 용역수행 배경과 중점추진사항은
지난 몇 년간 태양열집열기로 사업하던 기업들은 새로운 먹거리를 찾기 위해 PVT시장에 뛰어들기 시작했다. 이에 따라 액체식 PVT집열기에 대한 KS제정이 요구됐는데 ‘ISO 9806’ 태양열집열기 표준에서는 2017년 이미 융합제품으로 다른 유형의 집열기 성능표준화를 위한 시험방법이 제시된 바 있다.
이를 기반으로 PVT 성능표준화를 추진했으며 한국산업기술시험원(KTL)과 함께 기반구축 연구를 수행했다. 열과 전기를 동시에 생산하는 PVT 성능측정 방법과 내구성을 보증하는 품질시험방법에 대해 중점적으로 다뤘다.
KS인증은 현재 전문위원회 절차가 남아있는 것으로 알고 있다. 공청회를 거쳐 전문위원회에서 문제가 없다고 판단되면 이르면 내년 최종 발간될 것으로 예상된다.
정부에서 인증하는 PVT제품 KS가 제정돼 표준을 기반으로 PVT가 개발되면 시장에 보급이 용이해져 당분간 새로운 신재생에너지로서 PVT시장이 확대될 것으로 판단한다.
■ PVT성능 고도화를 위해 추가로 필요한 R&D는
액체식 PVT는 태양광발전 이후 남은 에너지를 열로 이용하기 위한 것으로 열전달이 잘되도록 하며 안정적으로 작동되도록 하는 연구와 기존 건축시장에서 쉽게 적용이 가능하도록 시스템 관점에서 높은 수준의 기술이 요구되고 있다.
■ PVT시장을 위해 개선해야 하는 부분을 제언한다면
PVT는 융합제품으로 설치면적이 적게 드는 장점이 있지만 생산에너지대비 가격경쟁력을 갖춰 고장없이 안정적으로 동작해야 하며 배관·저장탱크 등의 시스템이 단순화돼야 한다.
액체식 PVT는 기존 BIPV에 비해 무게와 시공성 측면에서 고도화된 집열기 디자인기술이 필요하며 시스템이 고장없이 안정적으로 동작하도록 제품 안정성을 높이는 기술개발이 지속적으로 진행돼야 한다.
또한 한국에너지공단에서 준비하고 있는 신재생에너지의무화 품목으로서 PVT를 위한 보정계수가 만들어져야 하며 KS인증이 진행돼도 제로에너지건축을 위해 에너지절약설계기준에 따른 건물에너지소요량 평가프로그램인 ECO2에 PVT제품이 반영돼야 제로에너지건축산업에 PVT가 보급될 수 있다. 향후 KS제정이 이뤄지면 KS를 근거로 ECO2평가에도 PVT가 반영될 것으로 기대된다.
■ 마지막으로 하고싶은 말이 있다면
현재 국내 PVT기술 수준은 걸음마 단계라고 판단된다. 액체식 PVT는 성급하게 시장에 무분별하게 보급한 뒤 사후관리를 철저히 하지 않으면 태양열산업과 같이 부정적인 인식과 함께 시장 자체가 사라질 우려도 있다. 시장이 사장되지 않게 사후관리를 철저히 진행하길 바란다.
PVT와 같은 융합제품 발전을 위해서는 꾸준한 기술개발이 중요하다. KS가 제정된 이후에도 품질을 높이기 위한 양산 및 제조기술 연구가 이뤄져야 할 것이다.
건물에서 안정적으로 동작하도록 PVT제품 수준을 발전시켜 시장에 보급 시 지속적으로 감독하고 사후관리에 대응할 수 있도록 충분히 준비해 시장진출을 신중히 해야 한다. 관리와 운영문제를 해결하고 건물에서도 쉽게 설치될 수 있도록 설계를 진행한다면 PVT시장이 성장할 것으로 생각한다.
