창호기술 : BIPV에 다양한 색상을 입힌 ‘컬러 BIPV’, 건축 외장재로서 BIPV 역할 확장
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2021년08월23일 16시20분
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BIPV에 다양한 색상을 입힌 ‘컬러 BIPV’, 건축 외장재로서 BIPV 역할 확장
복합패널과 스팬드럴 부분에 적용, 커튼월 및 알루미늄 창호업계 관심도 높아져

미래 태양광 산업을 이끌 성장 가능성이 큰 재생에너지 분야로 주목받으며 건축시장에서 영향력을 높여가고 있는 건물일체형 태양광(Building Integrated Photovoltaic System, 이하 BIPV)시장이 최근 기존 BIPV의 단점으로 지적되던 디자인적인 요소를 대폭 개선시킨 컬러 BIPV 제품이 속속 선보이면서 건축 외장재로서의 역할을 확장시켜 나가고 있다.

떠오르는 태양, BIPV 시장에 주목  

지난해부터 제로에너지건축물 의무화가 본격 시행된 이후 BIPV는 이제 선택이 아닌 필수 산업으로 앞으로 성장 가능성이 높은 품목으로 평가받고 있다. 

BIPV 시장 활성화에 영향을 주는 제로에너지건축 의무화 규정은 지난 2020년부터 신·증축, 또는 개축하는 1000㎡ 이상 공공건축물에 의무적으로 예상에너지 사용량의 일정비율 이상을 신재생에너지로 공급해야 한다. 규정은 점차 확대돼 2025년 500㎡ 이상 공공건축물, 1000㎡ 이상 민간건축물 및 30세대 이상 공동주택까지, 2030년 연면적 500㎡ 이상 민간 및 공공 모든 신축 건축물로 확대 시행된다. 이에 따라 서울시는 지난해 지자체 최초로 BIPV 시범보급에 나섰으며 정부에서도 초기시장 창출 지원을 비롯해 산업부의 공공기관 신재생설치 의무화 제도, 국토부의 제로에너지건축물 사업 등 관련제도와의 연계 방안 마련에 나서면서 BIPV에 대한 관심도는 그 어느 때보다 높은 상황이다.

대량생산으로 공급되는 일반 태양광 모듈과 달리 BIPV는 다품종 소량생산의 현장 주문형으로 차별화된 기술력과 경쟁력을 갖춘 기업이 시장을 선도할 수 있기 때문에 BIPV 전문기업은 물론 커튼월, 알루미늄 창호기업들이 BIPV 시장에서의 경쟁력 강화를 위해 노력하고 있다. 

하지만 시장 확대의 긍정적인 부분만 있는 것이 아니다. BIPV는 그동안 현장적용에 어려움을 겪으며 관련 설계, 시공 가이드라인 및 건축과 도시미관 디자인 미비, 기존 건축 외장재 대비 고비용 등을 비롯해 주 제품군인 결정계 모듈 특성에 따른 단조로운 색상 및 형태 그리고 제한적인 투광성 등으로 시장 확대에 애를 먹었다. 그중에서도 비용 문제와 함께 태양전지가 보유한 짙은 청색과 검은 색상으로 건물 준공 후 건물 디자인 한계성이 가장 큰 단점으로 지적됐다.

BIPV 디자인 한계성 극복한 컬러 BIPV, 컬러 구현 방식도 다양  

기회요인과 시장 확대의 한계성을 동시에 가지고 있는 BIPV 시장은 최근 기존 BIPV 한계성의 중심에 있는 단순색상의 극복을 위해 다양한 색상의 컬러 BIPV 개발이 활발히 이뤄지면서 건물의 보다 다양한 디자인 구현이 가능해 건축 외장재로서의 BIPV의 역할이 확장되고 있다.

건축 외장재로서의 컬러 BIPV는 건축물과의 조화가 우수한 제품이 상품성으로 연결되기 때문에 업계에서는 제품개발 단계에서 질감 및 컬러 선별에 중점을 두고 있다. 건축 외장재로 사용되고 있는 복합패널과 스팬드럴 부분에 적용될 수 있기 때문에 파스텔톤의 컬러 및 질감을 사용한 컬러 BIPV가 건축 시장에서 관심 받고 있는 것이다. 특히 건물 신재생에너지 공급 의무비율이 매년 확대됨에 따라 이를 충당하기 위해 제품의 고효율화가 진행되고 있어 스팬드럴 구간이나 커튼월 타입의 고단열 컬러 BIPV까지 건축 외장재로 적용 범위가 확대될 것으로 보인다.

이처럼 BIPV 미적 디자인 성능과 단열성능까지 향상시키면서 적용 확대가 예상되는 컬러 BIPV 기술은 유리의 표면 처리에 의한 것과 특수 스펙트럼 필터를 이용하는 것으로 나눌 수 있다.

모듈유리 표면 처리 기술에는 고압 모래분사 기법(Sandblasting)과 스크린 프린팅 기술(Screen printing)이 있다. 모래분사 기법은 유리표면 공예기법으로 모래를 고압으로 유리표면에 분사하므로 써 표면을 가공하는 것인데 가공 깊이에 따라 반투명 또는 불투명의 명암 표현이 이뤄진다. 다양한 패턴이나 무늬 또는 글씨 등으로 디자인 될 수 있다. 스크린 프린팅 기술은 직물 디자인에 널리 사용되는 스크린 프린팅 방법을 통해 유리 표면에 특수 잉크로 인쇄하는 기술로 특징은 BIPV 유리표면이 외관상 통일된 균질 모듈 색상으로 나타나고 고해상도 이미지가 가능하다는 점이다. 또한 특수 컬러 디지털 세라믹 인쇄 기술에 의하여 다양한 색상으로 인쇄된 모듈도 출시되고 있다.

특수 필터 코팅 기술에는 산란 및 반사필터(Scatting and reflection filter)기술과 스펙트럼 선택 코팅(Spectrally selective coating)기술이 있다.
산란 및 반사필터 기술은 모듈 전면 유리에 산란 및 반사의 선택필터가 적용되어 가시광선을 반사 및 확산시켜 흰색으로 보이게 한다. 결정계 태양전지에 잘 작용하는 적외선 부분은 투과시켜 전기를 생산하는 방식이다. 스펙트럼 선택 코팅은 모듈 전면유리의 내부표면 증착에 의한 다층 코팅으로 색상이 표현되는 원리로 광선 투과율은 높고 색이 바라는 문제가 없어 내구성이 뛰어나고 표면의 확산반사 특성으로 눈부심 현상이 없다. 또 코팅효과로 내부의 PV셀을 보호하는 특성도 가지고 있다.

기술력 높아 시장 진입 쉽지 않아, 차별화된 기술로 경쟁력 확보 

현재 국내에서 전문적으로 컬러 BIPV를 공급하는 기업은 많지 않다. 아직 시장이 성숙하지 않은 면도 있지만 컬러 BIPV는 일정한 기술력이 필요해 시장 진입이 결코 쉬운 시장이 아니기 때문이다. 현재 컬러 BIPV를 공급하는 전문기업은 옥토끼이미징, 아반시스코리아, 에스지에너지, 비제이파워, 신성이앤지 등이 있으며 커튼월 및 알루미늄 창호기업들도 컬러 BIPV에 관심을 보이고 있다.

컬러 BIPV 주요 업체들의 동향을 살펴보면 옥토끼이미징은 최고의 효율을 자랑하는 컬러 BIPV 솔라리안을 공급한다. 솔라리안은 플라즈마 증착 코팅 컬러 유리를 모듈에 적용, 30여가지 이상의 색상을 구현해 다양한 외관 디자인을 가능하도록 했다. 얇고 투명한 세라믹 층으로 돼 햇빛이나 험한 기상조건에도 불구하고 변색이 없어 원래의 색상을 유지할 수 있다. 또한 부드러운 컬러감의 파스텔 톤 컬러로 구현되기 때문에 디자인적으로 건축의 외관에 적용하기 수월하고 주변 환경과도 잘 어울린다는 평가를 받고 있다. 옥토끼이미징은 커튼월 및 알루미늄 창호업체와의 협업을 강화해 건축 외장재 시장에서 컬러 BIPV의 적용을 확대시켜 나간다는 방침이다. 

독일 CIGS 기술을 도입한 아반시스코리아는 이질감 없는 미려한 디자인과 높은 효율에 건축마감재 역할까지 하는 독일 아반시스(AVANCIS)사의 SKALA를 공급하고 있다.

SKALA는 박막형 태양전지 페널로써 모든 형태의 건축물에 적용 가능하며 디자인이 강조된 Solar Facade의 새로운 표준을 제시하는 건축자재이다. 다양한 컬러를 선택할 수 있으며, 프레임이 노출되지 않는 백레일 시스템 및 스마트 클램프 시스템을 채용해 여러 형태의 배면 구조물에도 적용할 수 있어 간단한 시공으로도 견고한 설치가 가능하다. 백레일, 스마트 클램프 시스템은 아반시스에서 직접 개발한 솔루션으로 독일의 abZ 건축자재 인증을 받은 만큼 구조성능이나 시공성이 검증돼 건축 외장재로 사용되는 게 특징이다.

에스지에너지는 다양한 컬러를 구현할 수 있는 컬러 BIPV 기술을 확보하면서 기본 12컬러 BIPV 모듈을 선보이고 있다. 고객의 요구에 따라 다양한 컬러의 BIPV 모듈 생산이 가능하다. 

비제이파워는 자체 개발한 CSW(Color Solar Wall)를 선보이고 있다. CWS는 빛을 내는 LED를 추가해 낮에는 일반 건축물 외장재 기능과 전기를 생산하는 역할을 하고 밤에는 빛을 발해 아름다운 경관조명으로 활용할 수 있도록 했다.

신성이앤지는 컬러 BIPV 솔라스킨을 공급한다. 색상은 화이트, 그레이, 테라코타 등 고객의 요청에 따라 다양한 색으로 구현이 가능하다. 

커튼월 및 알루미늄 창호 전문기업들은 주로 단열성능 확보와 시공, 프레임 기술 차별화를 이룬다. 거광기업은 지난 2018년부터 국책과제로 ‘건물 외벽형 BIPV 통합 솔루션’개발을 통해 컬러 BIPV 기술을 확보하고 있다. 거광기업의 컬러 BIPV 기술은 더블스킨구조로서 단열성능이 우수하며 광범위한 Tilting 각도 조절에 의해 시야확보가 이뤄진다. 건물 외부에서의 태양광 패널 교체작업도 용이한 장점이 있다. 


선우시스는 건자재형 BIPV 모듈·시스템, 대면적 태양광 발전 창호, 모듈러 방식의 공기식 BIPV 시스템, 에너지자립형 스마트 창호 등의 창호 국책사업 수행을 통해 컬러 BIPV 시장에서 경쟁력을 강화시키고 있다.

긴키테크코리아는 지난해 태양광 모듈회사와 함께 컬러 BIPV를 개발했다. 심미적 향상 및 설치용이성 확보를 통한 일체형 제품을 구현한 긴키테크코리아는 프레임 내부로 전선이 지나도록 특허를 획득하여 편의성을 높였으며 상업용 건물뿐만 아니라 주택용 입면분할창 하단부에 모듈을 넣어 주택용 건물에도 적용 가능토록 했다. 

SK건설, 국영지앤엠과 공동으로 창문형 BIPV 시스템을 개발한 알루이엔씨는 컬러 BIPV가 기존 알루미늄 시트 패널이나 복합패널을 대체해 적용될 것으로 전망하면서 경쟁력을 강화시키고 있으며 차별화된 BIPV 전용 프레임을 함께 선보이고 있다. BIPV 전용 프레임은 알루미늄 프레임 내부로 케이블을 유도해 외부 실리콘 작업의 간섭 없이 결선작업이 용이해 시공성이 탁월하고 개별 회로 점검이 가능해 시스템 유지보수에 강점이 있다.

품질 검증 시스템과 가격 경쟁력 확보, 정부 지원도 개선돼야 

한편, 업계에서는 컬러 BIPV 시장의 활성화를 위해 개선되어야 할 문제점도 제기하고 있다.
정부 지원책과 관련해서는 정부에서 시장 활성화를 위한 계기는 마련해줬지만 BIPV 특성에 맞게 BIPV를 건축 분야로 인정하고 건축물 준공 계획에 맞춘 지원사업을 펼쳐야 한다는 의견이 제기되고 있다. 더불어 BIPV의 원활한 보급 및 확산과 현장 수용성을 위해서는 상응하는 모듈의 생산과 그에 따르는 규정의 구체화 작업도 필요할 것으로 보인다.

특히 제품에 대한 성능 검증 없이 건물 준공만을 받기 위한 현상들이 비일비재하게 나타나고 있어 향후에 문제가 될 수 있다는게 업계 관계자 의견이다. 이에 따라 시험성적과 동일한 효율값을 가진 컬러 BIPV가 실제 건축현장에 적용될 수 있도록 관리감독이 강화되고 값싼 저급 제품이 아닌 실제로 건물의 미관과 효율을 향상시켜 줄 수 있는 검증 시스템이 확보되어야 할 것으로 보인다.  

더불어 가격 경쟁력 확보도 중요한 문제로 꼽힌다. 컬러 BIPV 적용 확대의 기반은 마련된 상황이나 일반 BIPV 모듈의 약 2.5배 수준에 달하는 높은 비용으로 일반 상용화에는 아직 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 현재 업계에서는 단가 경쟁력 확보를 위한 노력을 다각도로 진행하고 있는 만큼 지속적인 개발 및 높은 수요로 인해 태양전지 소재 가격이 하락하면 BIPV 비용적인 부분에서 경쟁력을 갖출 것으로 전망하면서 수요공급 원칙에 따라 컬러 BIPV 수요가 증가하면 가격 부분도 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 전망하고 있다.

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