한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 건물 부문에서의 탄소중립 달성을 위해 공동주택 세대용 태양광 발전 연계 에너지저장장치(ESS ; Energy Storage System)를 개발했다고 9월9일 밝혔다.

최근 서울시 등 많은 지자체에서 공동주택에 미니 태양광 설비를 설치하고 있으나 태양광 설비 보급 확대에는 여러 장애물이 있다. 세대 당 300W 전후의 작은 발전 용량으로 인해 전기요금 절감효과가 미미하기 때문에 태양광 발전 설비의 용량을 늘려야 한다.

태양광 발전 설비 용량이 늘어났을 때, 단독주택의 경우 전력회사로부터 잉여전력을 상계처리해 전기요금 감면을 받을 수 있다.

그러나 아파트 등과 같은 공동주택에서 변압기를 공동으로 사용할 경우에는 잉여 전력의 상계처리가 불가능하다. 태양광 설비에서 생산된 잉여 전력은 저장되지 못하고 이웃집으로 흘러가 전기 요금 절감 효과를 체감하기 어렵다. 따라서 공동주택의 태양광 설비 보급 확대를 위해서는 공동주택 세대용 에너지저장장치의 상용화가 필수적이다.

건설연 김용기(연구위원) 연구팀은 국내 최초로 공동주택 발코니 및 옥상에 설치 가능한 공동주택 세대용 ESS를 개발했다. 건설연이 개발한 공동주택 세대용 ESS는 국내 주거용 전력 부하 패턴에 적합한 제어 알고리즘을 적용했다.

또 화재 안전성능이 우수한 리튬인산철 배터리 및 자동 소화장치 등의 삼중 안전장치를 장착해 안전성을 확보했다. 공동주택 세대용 ESS는 태양광 발전과 연계해 주간의 태양광 잉여전력을 저장하고 늦은 오후 및 야간에 사용할 수 있게 함으로써 한 달 동안 전기 에너지를 최대 53%까지 절감할 수 있다. 또 여름철 오후 시간대에 발생하는 전력피크 해소에도 기여할 수 있다.

건설연은 실증을 위해 서울시 및 용인시 고층형 아파트 3세대에 시제품을 설치했다. 고층형 아파트에 적용한 발코니형 4kWh 급 ESS는 세대당 태양광 모듈 1.2kW(300W 모듈 4장)에 연결됐으며 3세대 평균 40%의 전기에너지를 절감한 것으로 확인됐다.

특히 건설연은 공동주택 세대용 ESS와 연계할 수 있는 건물 일체형 태양광발전(BIPV ; Building Integrated Photovoltaic) 설비를 개발했다. 태양광 발전 설비의 부피와 규모로 인해 각 가정에서 설치를 기피하는 경우가 많은데 이를 개선하기 위해 창호형 및 난간 일체형 태양광 발전 시스템을 개발한 것이다.

BIPV는 신축 건물뿐만 아니라 기존 건물을 그린 리모델링하는 경우에도 적용 가능하다. 창호 일체형 BIPV의 경우 외부 창호에 태양전지 셀을 설치하고 삼중 유리창으로 구성함으로써 단열 강화도 기대할 수 있다. 난간형 BIPV의 경우 컬러유리를 활용해 발코니의 블라인드처럼 활용할 수도 있다.

김병석 건설연 원장은 “공동주택 세대용 ESS가 각 가정에서 전기를 생산하는 가전기기로 자리를 잡을 수 있도록 성능을 지속해서 개선함으로써 안전성과 경제성이 우수한 BIPV와 ESS를 제공할 것”이라고 설명했다.

이번 성과는 ‘Analysis on Operation Modes of Residential BESS with Balcony-PV for Apartment Houses in Korea’로 Sustainability 1월호(2021년 1월31일) 및 ‘공동주택 발코니 PV 연계 가정용 BESS의 에너지 절감 효과 분석’으로 한국태양에너지학회 논문집 6월호(2020년 6월30일)에 게재됐다.

또 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업으로 수행한 ‘ESS기반 소규모 공동주택 클린에너지, 스마트홈 실증 연구(2017~2021년)’와 건설연의 중소기업지원사업 ‘공동주택 그린리모델링을 위한 세대 입면 개선기술 개발(2020년)’의 지원을 받아 수행됐다.

세이프투데이 윤성규 기자(sky@safetoday.kr)