지난 10월28일부터 30일까지 보령 비체팰리스에서 개최한 ‘2024 한국태양에너지학회 추계학술발표대회’에서는 태양열융합특별세션의 일환으로 ‘신재생에너지 정책·PVT현황’이 진행됐다.

 

이번 특별세션은 한국태양에너지학회 태양열전문위원회와 한국태양열융합협회가 공동으로 마련했으며 국내 신재생에너지 정책동향과 PVT현황에 대해 공유했다.

 

권영호 태양열융합협회 회장은 인사말을 통해 “최근 열린 재생에너지 기념행사 등을 통해 정부나 지자체에서 신재생에너지에 대한 관심도가 높다는 것을 느꼈다”라며 “학회를 통해 전문가들이 한마음으로 뭉쳐 새로운 기술을 개발한다면 열에너지시장에도 긍정적인 영향이 있을 것”이라고 말했다.

 

산업부·에공, 재생E 보급확대 노력 ‘지속’
구자천 한국에너지공단 팀장은 2024년 신재생에너지 정책방향에 대해 발표했다. 

 

그간 발표된 국제에너지보고서에 따르면 태양광, 풍력 등 재생에너지 기술개발 속도나 보급량이 가파르게 증가 중이다. 우리나라도 발전차액지원제도, RPS 등 재생에너지 보급기반을 구축하고 있으며 재생에너지3020 이행계획 등을 계기로 재생에너지 보급확대 속도를 높이고 있다. 

 

올해 발표된 ‘제11차 전력수급기본계획’ 실무안에 따르면 산업단지 태양광 활성화 등 다양한 정책수단을 종합적으로 반영할 예정이며 2038년까지 태양광, 풍력 중심 재생에너지 보급을 꾸준히 증가시킬 방침이다.

 

산업통상자원부는 지난 5월 재생에너지 보급확대 및 공급망 강화전략을 발표해 정부주도하에 신재생에너지를 체계적으로 보급하며 공급망을 강화해 시장확대에 선제적으로 대응하겠다고 밝힌 바 있다.

 

구자천 팀장은 “산업부는 지속가능한 재생에너지 보급환경 조성에도 집중할 것이라고 발표했다”라며 “이에 따라 정부, 산업부 등과 재생에너지 확대를 위한 시장활성화전략을 발표했다”고 말했다.

 

전략의 주요 내용은 △건강한 해상풍력 산업생태계 조성 △질서있는 태양광 확산 △계통부담 완화 △새로운 시장에 맞는 제도개편 △의무시장 △자발적시장 △해외시장 진출지원 등이다.

 

정부는 정부주도 보급을 진행하며 공급망을 강화해 안정적 운영을 이어갈 예정이며 태양광은 전력계통, 주민수용성 양호 산업단지, 영농형중심 공공시범사업 등을 중심으로 입지발굴, 규제개선 등을 추진할 예정이다.

 

RPS제도 개선을 통해 정부재생에너지 공급역할을 강화할 예정이며 국민부담 낮추는 방안을 추진할 예정이며 시장별 강점 강화를 위한 제도개편도 진행한다. 또한 △직접전력구매계약(PPA) 지원 △기업의 해외진출 지원 △지역특성 고려 맞춤형 지원 등을 추진할 방침이다.

 

한편 산업부는 지난 7월 산단태양광 활성화방안을 통해 2030년까지 산단태양광 6GW 보급을 목표로 △전주기 맞춤형 지원강화 △공공부문 역할 강화 △보급활성화 기반조성 등을 이어갈 것이라고 발표했다.

 

이에 따라 에너지공단은 산업단지별 협의체 대상설명회 열어 참여를 유도하며 설비운영단계에서 체계적인 유지보수 정책과 시스템 안정성을 확보할 방침이며 정부, 지자체, 유관기관 협업체를 중심으로 입지발굴, 공공사업 진행을 통해 240MW규모 산단태양광 시범사업을 추진할 예정이다. 

 

구자천 팀장은 “에너지공단은 재생에너지 활성화를 위한 제도적 노력을 지속추진할 것”이라며 “산업단지 사업수요를 유도하며 공장주 참여확대를 위한 제도도 마련할 예정”이라고 강조했다.

 

신재생E 보급정책 현황 공유

정진원 에너지공단 실장은 에너지공단에서 실시하고 있는 신재생에너지 보급정책 현황을 공유했다. 에너지공단이 진행하고 있는 보급지원사업은 △공공 △민간 △금융 등으로 구분할 수 있다.

 

공공보급사업인 융복합지원사업을 통해 등급별 비율을 상이하게 진행하고 있으며 공공기관 설치의무화를 통해 건축물에 일정비율 이상 신재생설비 설치를 진행하고 있다.

 

민간보급사업은 주택지원사업, 건물지원사업으로 신재생에너지 금융지원사업(융자사업)을 통해 중소, 중견기업과 RE100 대기업에 대해 지원하고 있다.

 

정진원 실장은 “내년 지원사업 추진방향에 따르면 주택지원은 20% 이상 감액됐으며 △건물지원 12% △융복합지원예산 2.8% 등 삭감됐다”라며 “반면 보증사업은 무탄소에너지보증부문에 420억원이 신규편성됐다”고 말했다.

 

에너지공단 보급지원사업 추진방향은 크게 △저탄소모듈 의무화 △비용효율화 △산단기업 우대 등으로 구분할 수 있다. 

 

저탄소모듈의무화도입, 탄소배출량 기준상향을 통해 친환경모듈을 확대할 방침이며 보조율 조정을 통해 태양광기술·시장 성숙 및 수익성 향상 등을 고려해 민간부담비율을 상향 검토할 예정이다.

 

무탄소보증은 420억원 규모로 재생에너지 발전사업자 등 무탄소밸류체인 전반 중소기업을 대상으로 부족한 신용도와 담보능력 보완할 수 있도록 보증을 지원한다.

 

시스템 편리성 강화를 위해 주택지원사업 접수시스템·건물지원사업 평가방식 개선 등 공정성을 확대할 예정이며 신재생에너지의 기술·단기·여건변화 등 고려해 단위에너지생산량 및 원별 보정계수를 재산정할 방침이다.

 

또한 BIPV·금융지원 단가를 신규 마련하며 재료비·노무비 등을 고려해 지원단가를 조정한다. 또한 예산효율화 위한 지원비율 일부 하향 조정을 검토하며 접수기간 개선 및 접수대상 추가 등과 사후관리를 강화할 예정이다.

 

정진원 실장은 “신재생에너지 시장은 성숙단계로 지역·민간역할이 중요하며 제도효율화가 필요한 상황”이라며 “이에 따라 기존 개별설비보급위주 정부지원방식에서 벗어나 효율적이며 체계적 신재생에너지지원사업으로 패러다임 전환이 필요하다”고 강조했다.

 

태양열설비 성능표준 동향공유

이경호 한국에너지기술연구원 박사는 국내·외 태양열설비 열성능평가 및 점검동향 등을 공유했다.

 

태양열시험방법 국제표준은 △ISO 9806와 △ISO 24194로 구분할 수 있다. ISO 9806은 단일집열기 열성능 시험표준으로 집열기 열출력모델을 평가할 수 있으며 ISO 24194는 현장설치 태양열 집열설비 성능확인 표준이다.

 

국내는 단일집열기모듈에 대해 KS B8295에 따른 성능시험을 진행하고 있지만 현장에 설치된 태양열설비에 대한 열성능 점검방법이 부재한 상황이다.

 

이에 따라 현장설치된 태양열 집열설비 성능을 확인하기 위한 2가지 방법을 기반으로 현장설치 태양열 집열설비의 열출력과 일간집열량 성능을 확인해 국내적용 가능성을 분석했다.

 

단일집열기의 경우 현장설비 열성능 추정을 진행하는데 이때 집열설비 열출력 평균값이 추정한 열출력보다 커야 적절한 설비라는 것을 증명할 수 있으며 일간집열량은 현장측정한 하루 집열량보다 추정한 일간집열량 평균이 더 작아야한다.
 
연구진들은 실증장소에 모니터링, 센서 등을 설치해 정확한 열량값을 산정하며 열교환기 중심으로 △온도 △유량 △1·2차측 데이터 등을 측정했다,

 

현장실증을 통해 ISO 24194적용분석과 일사추정기법 적용성 분석을 진행 중이며 1차측 집열펌프사양과 실제유량이 각각 300LPM과 131LPM이며 2차측 온수순환펌프의 경우 약 136LPM과 121LPM임을 알아냈다.

 

이경호 박사는 “집열기성능 검증실험을 통해 모델을 분석해 국제표준을 국내에 적용하기 위해 필요한 사안을 연구했다”라며 “향후 단열집열기 열성능평가를 통해 국제표준에 제대로 적용할 수 있는 방안을 발표할 계획이다”라고 말했다.

 

PVT 기술동향·적용사례 소개

PVT는 한 모듈로 열과 전기 생산하는 것으로 비용절감효과와 공간활용성 측면에서 유리하다. 

 

주홍진 한국에너지기술연구원 박사는 PVT 국내·외 기술동향에 대해 강연을 진행했다. 전 세계적으로 PVT가 상업화돼 설치된 면적은 160만㎡이며 2023년을 기준으로 액체식 PVT만 100% 사용되고 있다.

 

주홍진 박사는 “PVT는 히트펌프의 보조열원으로 활용해야 가장 성공적이다”라며 “PVT와 HP 연결 시 직접적으로 냉매를 적용하는 방안이 있지만 실현이 어려워 간접식으로 히트펌프의 열원으로 활용하는 방안이 주로 사용된다”고 말했다.

 

PVT는 △런던대 △스페인 바르셀로나 △네덜란드 수영장 등에서 실증이 활발하게 이뤄져 난방, 온수급탕과 수영장 물을 데우는 용도로 사용되고 있다. 2023년 기준 전세계 가장 큰 PVT시스템인 아보라솔라는 PVT시스템 2,082㎥를 스페인 바르셀로나 리조트단지 내에 조성했다. 

 

주홍진 박사는 “PVT와 히트펌프의 경제성을 알아본 결과 보조금 없이 7~12년 정도면 초기투자비 회수가 가능할 것으로 나타났다”라며 “이에 따라 국내도입 시 적정가격 선정이 중요하다”고 말했다.

 

한편 전 세계에 보급되고 있는 PVT제품 중 국내 추진중인 KS기준에 만족하는 PVT제품을 분석한 결과 무창형은 두 제품, 유창형은 한 제품만 가능한 것으로 나타났다. 

 

국내기준을 만족하기 위한 방안으로는 최고효율을 높여 평균출력을 높이는 방법과 단열을 통해 열손실계수를 낮추는 방법이 등이 있다. 열손실기울기를 낮추는 것이 용이한데 평균출력이 45%에서 열손실계수 –7.5 제품이면 가능할 것으로 분석되고 있다.

 

주홍진 박사는 “내년 PVT 보급이 활성화될 것으로 예측되는데 당장 값싸고 저렴한 제품을 수입해서 국내 보급을 하면 안된다”라며 “저가형 모듈을 수입해 판매하면 기준 만족이 어려울 것”이라고 강조했다.

 

태양에너지설비 KS 제·개정동향, 향후계획

에너지공단은 KS 제·개정 업무를 담당하고 있으며 서류접수 검토와 공장심사 등을 진행 중이다. 이윤철 에너지공단 과장은 태양에너지설비 KS인증 제·개정 동향을 공유했다.

 

KS표준 제·개정 현황에 따르면 스마트인버터가 도입될 예정으로 태양광 일체형 인버터 KS와 양면형 모듈 표준개정 KS고시가 완료된 상황이다. PVT는 현재 COSD 사업 진행 중으로 전문가 검토, 제조사 간담회 등 의견수렴단계를 거치고 있다. 

 

태양열분야 KS부합화 현황에 따르면 지난해 12월 기준 약 134개 표준이 관리되고 있는데 그중 태양열 68%가 부합한다.

 

이윤철 과장은 “태양열에너지분야 KS부합화지수를 보면 PVT표준제정, 스마트인버터 위주로 움직이고 있다”라며 “부합화지수 심사기준을 기반으로 재·개정작업을 매년 수행 중”이라고 말했다.

 

한편 보급사업 시공기준 개정은 담당자에 따라 다르게 변하기 때문에 △기업 △조합 △협회 등이 시공기준과 보급사업 속도에 맞춰 움직여야 한다.

 

PVT부문 KS인증은 내년 상반기 제정될 것으로 예측되지만 인증품목·기관 지정도 함께 이뤄져야 하며 시공기준 개정을 진행해야 한다.

 

이윤철 과장은 “내년 중 PVT KS인증이 제정될 것으로 예상한다”라며 “국가표준원의 에너지기술심의 등 인증기관심사까지 포함해 시간이 걸릴 것으로 보이는데 과정 사이에서 시장성 등 자료요구 요청 등이 있을 때 협조를 부탁한다”고 말했다.

 

신광이앤에스, 액체식PVT 기술개발

신광이앤에스는 2013년 PVT 기술개발을 시작했으며 2015년부터 무창형PVT를 만들어왔다. 김태우 신광이앤에스 대표는 PVT응용시스템을 설명했다. 

 

PVT는 유창형, 무창형, 진공관형 등으로 나눌 수 있다. 유창형은 투과체와 프레임으로 이뤄져 있으며 무창형은 단순프레임 형태다. 진공관형은 진공관 내 PV모듈이 있는 구조다.

 

무창형PVT는 △모듈 △흡열부 △바디 △보온재 등으로 구성되는데 신광이앤에스는 보온성능을 더욱 높이기 위해 특수보온재를 개발했다.

 

신광이앤애스의 PVT ‘SKSP PVT 400 KR’은 액체식 PVT로 축열탱크를 내장형열교환기로 사용하고 있으며 열교환면적을 최대한 늘려야만 온도를 원하는만큼 상승시킬 수 있다.

 

김태우 대표는 “태양광모듈 포준온도를 25℃라고 봤을 때 온도가 1℃ 상승 시 발전효율이  0.4 하락한다”라며 “이에 따라 PVT와 히트펌프시스템과의 융합이 필요하다”고 말했다.

 

신광이앤애스의 PVT와 적용되는 히트펌프는 일체형 전기식 히트펌프시스템으로 PVT와 공기열히트펌프 형태며 8~50kW까지 적용가능하다.

 

김태우 대표는 “PVT설치 시 시공성부분과 시공편의성 등을 다방면으로 고려해야 한다”라며 “또한 사후관리비용 최소화 방안을 찾아야 할 것”이라고 강조했다.

 

현재 △프랑스 니스 △오스트리아 린츠 △독일 프랑크프루트 등에 기본형, 지붕부착형, 벽면부착형 PVT설치를 완료했으며 Solimpeks는 총 58.5kW로 2020년 10월 시스템 구축을 시작해 지난 3월 검증을 마쳤다.

 

신광이앤에스는 PVT모니터링도 진행한다. 전기에너지총량, 에너지획득량, 온도제어, 히트펌프 가동제어, 유체흐름제어, 시스템 고장정보 등 제어를 휴대폰으로 할 수 있다.

 

김태우 대표는 “PVT는 태양열 관련기업에 기회창출효과가 있을 것”이라며 “관련 전문가·기업들의 많은 도움과 협조를 바란다”고 말했다.

 

라미네이트타입 PVT복합모듈

조성구 이맥스시스템 부사장은 라미네이트타입 PVT복합모듈 제원, 특징을 소개했다.

 

라미네이션타입 PVT는 각 레이어에 있는 공기가 빠지며 각 레이어를 압착시켜주는 것으로 유창형 라미네이션은 커버유리가 있다. 

 

주로 무창형 보급이 활발하지만 유창형의 경우 사용온도를 40℃로 설정하면 좋은 효율을 보일 것으로 나타나고 있다. 바르셀로나 수영장시스템의 경우 유창형시스템을 사용하고 있다.

 

무창형은 커버유리가 없는형태로 △글라스EVA △솔라셀EVA △백시트EV 등으로 구성된다. PV 셀 밀착도와 접합부 집열매체 순환이 중요함에 따라 기계적 라미네이션을 통해 밀착도를 향상하고 있다.

 

이맥스시스템은 흡열판과 라이저튜브 무용접봉 레이저접합으로 겉면 용접으로 인한 튀어나옴 없이 매끈하게 생산할 수 있으며 라미네이션 할 때 셀 손상이 없도록 했다. 

 

또한 용접부의 경우 관이음새를 사용하지 않는 방식으로 제조해 배관 내 공기잔류 등으로 인한 문제를 원천봉쇄했다.

 

조성구 부사장은 “열전달효율·최대효율 등을 비교한 결과 열전달율 기존 45W/㎡K 라미네이트타입 PVT 700W/㎡K 였으며 발전효율과 집열효율이 각각 0.8%p와 4%p 향상됐다”라며 “열전달률은 PVT에서 매우 중요한 사안으로 라미네이션 방식을 선택하는 것이 효과적일 것”이라고 말했다.

 

PVT 성능시험도 진행했다. 무부하상태에서 성능시험을 실시한 결과 유창형 최대집열효율은  70%였으며 무창형은 57.62%로 나타났다. 

 

무창형의 경우 외기영향에 민감하게 반응해 바람, 온도 등 영향을 많이 받아 10월 중순이 지나면 효율이 급격하게 떨어지는 상황이 발생해 집열효율이 조금 낮게 측정된 것으로 보인다.

 

조성구 부사장은 “부하상태시험결과 유창형 집열효율 55%, 무창형 44.9%로 나타났다”라며 “통합발전성능을 살펴보면 유창형이 68%가량으로 나타났다”고 말했다.

 

폴리머타입 PVT ‘CoolPV’

박형준 장한기술 이사는 장한기술의 PVT제품을 소개했다. 장한기술은 10여년 이상 PVT를 운영하고 있다. 패널, 집열기, 보온재 등으로 설치가 편하며 누설이 발생하지 않는 구조를 개발했다.

 

장한기술의 PVT타입인 폴리머의 장점은 가볍고 강하다는 것이다. 장한기술은 PVT를 여름철 고온생산으로 올라간 PV온도를 낮추며 부산된 열을 활용하는 방식을 통해 PV 전기효율을 높이기 위한 냉각장치로서 연구개발을 시작했다.

 

박형준 이사는 “PVT시스템 발전을 위한 중점 고려사항은 축열이라고 생각한다”라며 “급탕예열 활용하기 위해 실증을 진행 중”이라고 말했다.

장한기술은 자사 PVT ‘CoolPV’를 여주, 충주 등에 설치해 여름철 생산된 열을 저장후 겨울에 난방열원으로 사용할 수 있도록 운영하고 있다.

 

여주 스마트팜 실증현장의 경우 117장의 PVT와 PV, 지열히트펌프를 복합열원으로 활용해 식물을 냉난방하고 있다. 이때 PV효율 높이며 잉여열을 잘 활용하기 위한 무창형 기본기술을 활용 중이다.

 

박형준 이사는 “PVT를 포함한 신재생에너지 이슈를 보면 에너지생산량이 간헐적임에 따라 생산과 소비 디커플링현상이 나타나고 있다”라며 “이를 해결할 수 있는 열에너지저장시스템 관련 솔루션 등을 다방면으로 분석하고 있다“고 말했다.