주택의 에너지 80% 삭감: 태양으로부터 열과 전기 받음

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-31

일본 L사는 “지붕은 자원”으로 지붕으로부터 얻을 수 있는 에너지로 주택 내 소비량의 대부분을 담당할 수 있다고 생각하고 있다. 2014년 12월에는 기존 단독주택의 지붕에 “고효율 태양열 광 하이브리드 패널”을 설치한 실증연구 성과를 발표하였다. 동계인 2월에 총소비에너지의 약 80%를 담당할 수 있다. 기존주택을 제로에너지화하기 위해 도움이 되는 기술이다. 태양에너지의 최적 솔루션 제공사업을 추진하는 GF기연과 공동으로 시즈오카현(静岡県) 후지시(富士市)의 단독주택에 고효율 태양열 광 하이브리드 패널시스템을 설치하여 2014년 2월부터 실증실험을 개시하였다. 고효율 태양열 광 하이브리드 패널의 외관과 구조를 보면, 단결정 실리콘 태양전지(PV)의 뒷면에 알루미늄판 구조를 중첩시키고 그곳에 축열조와 접속시킨 구리로 된 집열용 파이프를 통과시키는 형태이다. 통상적인 태양전지 모듈과 다른 점이 또 하나 있다. 태양전지의 표면에서 열이 달아나지 않도록 바람막이 유리를 전면에 설치하였다. 패널 한 장당 태양전지 정격출력은 135W이다. 집열부의 정력출력은 400W이다. 실증실험에서는 이 패널을 16장 주택의 지붕에 설치하였다. 시스템 전체로서 약 2kW의 태양광발전시스템과 약 6.4kW의 태양열 온수시스템으로서 기능한다. 패널 사양에서 알 수 있듯이 단위면적당 얻을 수 있는 열은 전력의 약 3배이다. 패널에서 얻은 열을 어떻게 사용할 것인가가 주택 에너지 소비량 삭감의 결정요인이 된다. 실증실험에서는 “집열 PV 병용시스템”으로서 주택 내의 구성을 그림 2와 같이 정하였다. 실증실험에서 흥미로운 것은 단독주택에 원래 설치되어 있던 급탕기기 및 히트펌프 마루 난방과 접속시켜 성과를 올린 것이다. 새롭게 추가한 주요 기기는 16장의 패널과의 사이에서 부동액(열매체)이 순환하는 500L의 축열조, 열교환기, 혼합 3방향 밸브, 시스템제어장치이다. 태양열 이용방법은 두 가지이다. 마루 난방과 급탕이다. 마루 난방에서는 열매체를 그대로 이용한다. 이번 실증실험의 특징은 급탕이다. 급탕에서는 열교환기를 통해 수도수로부터 얻은 온수와 가스급탕기에서 얻은 온수를 혼합 3방향 밸브로 혼합하여 이용할 수 있도록 하였다. 패널 및 축열조 내의 온도를 측정하여 어떻게 혼합하는가를 시스템 제어장치가 결정한다. 이렇게 하여 가스급탕기의 이용량을 가능한 한 감소시켰다. 이번 실증실험에서는 도쿄대학 생산기술연구소의 협력을 얻어 환경성 “에너지기원 이산화탄소 배출 삭감 기술 평가, 검증사업”의 대상으로서 HEMS를 이용한 측정도 지속하고 있다. 일반적인 HEMS의 사용방법과 달리 온도측정에 중점을 두었다. 온도 측정점은 30군데 이상이다. 앞으로는 고효율 태양열 광 하이브리드 패널 시스템과 난방 및 부엌, 욕실 등 주택설비를 HEMS에 의해 연대하는 방법을 모색할 예정이다. (그림 1) 고효율 태양열 광 하이브리드 패널의 외관과 구조　 (그림 2) 집열 PV병용시스템의 구성 1yh20141226LIXIL_panel_512px.jpg 2yh20141226LIXIL_system_576px.jpg http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/26/news136_2.html