김민휘
(Min-Hwi Kim)
†
이동원
(Dong-Won Lee)
2
안영섭
(Youngsub An)
3
주홍진
(Hong-Jin Joo)
1
-
한국에너지기술연구원 선임연구원
(
Senior Researcher, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Daejeon, 34129,
Korea
)
-
한국에너지기술연구원 기술원
(
Principle Researcher, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Daejeon,
34129, Korea
)
-
한국에너지기술연구원 책임연구원
(
Senior Engineer, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Daejeon, 34129,
Korea
)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
Energy share community(에너지공유 커뮤니티), Ground source heat pump(지열히트펌프), Photovoltaic and solar thermal system(태양광ㆍ열 시스템), Domestic hot water energy(급탕에너지), Self-sufficiency(자가소비율)
기호설명
$\eta_{ST}$：
태양열집열기 효율 [%]
$\eta_{PVT}$：
태양광․열집열기 효율 [%]
$t_{m}$：
집열기 입출구 평균온도 [℃]
$t_{a}$：
외기온도 [℃]
$G$：
일사량 [W/m2]
$g(t)$：
PV 전력 생산량 [kWh]
$l(t)$：
전력 부하량 [kWh]
1. 연구배경 및 목적
범국가적인 기후변화에 대응하기 위해, 신재생에너지를 통한 에너지공급 및 에너지효율 증대에 따른 탄소배출저감을 위한 노력은 지속되어오고 있다. 국내에서도
건물분야에서는 제로에너지빌딩 확산 등을 통해 2030년까지 건물에서 18.1%의 탄소배출저감을 목표로 노력하고 있다.(1) 최근에는 제로에너지빌딩의 보급․확산을 위해 단일 빌딩에 대한 제로에너지빌딩 확산과 더불어 지구․도시단위 제로에너지빌딩에 대한 확산 및 보급에 노력하고
있다.(2) 또한, 제3차 에너지기본계획(3)을 통해, 2040년까지 재생에너지 발전비중을 30~35% 목표 범위로 설정된 만큼 신재생에너지를 통한 에너지공급 증대를 위한 다양한 노력이 이루어지고
있다.
하지만, 이러한 신재생에너지의 발전 점유율의 증가에 따라 PV 발전의 가변성과 불확실성, 계통연계 운영에 대한 전압변동, 주파수 변동에 따른 계통
불안정성 등의 문제가 제기되고 있다.(4) 이에 대한 해결을 위해, 계통
연계 운영의 효율성 및 안정성 등 계통 상호작용을 평가하기 위해 LMGI(Load Matching and Grid Interation)에 대한 다양한
정량적 지표가 제안되고 있다.(5)
저탄소 에너지공유 커뮤니티는 제로에너지 커뮤니티의 확산․보급 방안 중 하나로, 건물 혹은 커뮤니티간의 에너지공유 및 거래를 통해, 신축건물 뿐만 아니라
리모델링을 통한 건물 및 커뮤니티에서의 에너지효율 향상과 커뮤니티단위 제로에너지화를 목표로 한다. 저탄소 에너지공유 커뮤니티는 커뮤니티 내 신재생에너지
설비를 통해 생산된 에너지와 에너지효율 향상을 통해 절감된 에너지에 대해 P2P(Peer-to-peer), P2B(Peer-to-business),
B2B(Business-to-business)의 공유와 거래를 바탕으로 건물 및 커뮤니티의 소비절감 및 수익 극대화를 추구한다. 또한, 신재생에너지로부터
생산된 에너지의 간헐성 등의 문제를 커뮤니티 내에서 효율적으로 활용하여 신재생
에너지를 통한 에너지의 자가소비율을 높이는 방향으로도 운영된다. 전력 및 열에너지에 대한 저장기술과 P2H(Power-to-heat) 등 변환기술을
활용하여 신재생으로부터 생산된 에너지를 실시간 활용하고, 변동성 높은 신재생에너지원에 대한 그리드 부담을 저감시킬 수 있다. 이를 통해, 궁극적으로
목표하고자하는 국가단위 신재생에너지로부터의 에너지공급량 증대와 제로에너지건물 및 커뮤니티의 활성화, 그리고 신재생에너지원 증대에 따른 그리드 부담
최소화라는 목표 달성에 기여할 수 있다.
국외에서는 이러한 내용에 대한 다양한 연구들이 진행되어 왔다. 먼저 커뮤니티에서의 신재생 에너지 공급 증대와 그리드 안정화를 위한 방안으로, Prasanna
et al.(6)은 지역에너지 공급시스템에서 프로슈머 건물에 대한 효용성을 높이기 위하여 저온 열네트워크 활용 및 PV로부터 생산되는 에너지의 자가소비율 증대 방안에
대해 연구를 진행하였다. 그 결과, 1000 Liter 두 대의 축열조를 활용한 방식이 1383 kWh의 배터리를 활용한 방식 수준으로 그리드 안정화
효과를 얻을 수 있을 것으로 분석되었다. Facchinetti et al.(7)은 지역에너지 공유시스템을 통해 그리드 활용도를 낮추고, 피크부하 저감 및 운영비용 최소화를 담당할 수 있는 최적화 방안을 도출하였다. 또한, 에너지
저장장치를 활용하여 건물 간 에너지의 거래를 통한 신재생에너지 발전 확대와 관련된 다양한 연구도 진행되어 왔다. Alam et al.(8)은 스마트홈에서 수요자원에 대한 운영과 더불어 P2P 에너지 거래에 따른 효과로 에너지 거래를 통한 비용 최적화 연구를 진행하였다. Zhang at
el.(9)은 주거용, 업무용, 공장 등으로 구성된 커뮤니티에서 게임이론을 기반으로 한 P2P에너지 거래 플랫폼을 구현하고 커뮤니티에서의 생산과 소비의 균형
유지에 대한 연구를 진행하였다. Nguyen et al.(10)은 주택 지붕 태양광기반 분산형 발전방식에서 배터리를 활용하여 P2P 에너지 거래 환경을 통한 커뮤니티의 경제성 극대화 방안에 대한 연구를 진행하였다.
국내에서는 Kim et al.(11)에서 넷 제로에너지주택에 대한 부하매칭에 관한 연구로 실증주택에 대한 실측데이터를 바탕으로 부하매칭을 위한 SCF와 LCF를 분석하였다.
개별 건물의 개별 냉난방설비는 효율적인 에너지 사용을 위한 지열 및 다양한 미활용에너지에 대한 적용이 다소 어렵다. 이에, 커뮤니티 단위의 제로에너지화를
위해서는 다양한 미활용에너지를 통해 효율을 높일 수 있는 지역 냉난방 시스템에 대한 적용이 요구된다. 이에, 본 연구에서는 주거용 커뮤니티의 급탕공급을
위한 지열원 히트펌프 및 축열조를 기반으로 다양한 신재생 열에너지설비의 적용에 따른 에너지절감 및 효율 증대를 시뮬레이션을 통해 평가하고, 신재생에너지
설비 적용에 따른 부하매칭 산정을 통해 신재생에너지의 생산 간헐성에 따른 그리드의 부담 절감에 대해 분석을 진행하였다. 이를 바탕으로 기존 개별식
도시가스 보일러를 운용하는 방식 대비 탄소배출량 저감효과를 분석하였다.
2. 복합에너지시스템 개요
2.1 스마트빌리지 단독주택 및 커뮤니티 건물 개요
스마트빌리지는 부산에코델타시티 친수구역 내 블록형 단독주택에 위치하고 있으며, 총 56세대의 단독주택과 커뮤니티 시설로 이루어진다(Fig. 1 참조). 대지면적은 7,202 m2이며, 건축면적은 2,200 m2, 연면적은 3,620 m2의 규모로 설계되었다. 건축규모는 단독주택은 지상 2층으로 구성되어 있으며, 커뮤니티시설은 지하 1층, 지상 2층
으로 설계되었다. 건축구조는 철근콘크리트구조에 경량철골구조로 이루어져있고, 커뮤니티시설은 철근콘크리트
구조로 이루어져 있다. 커뮤니티시설은 건축면적 266 m2에 연면적 1,192 m2로 구성되어 있다. 단독주택은 19세대 기준으로 건축면적은 1,636 m2, 연면적 2,374 m2로 구성되어 있다. 상세 건물 정보는 Table 1과 같다.
커뮤니티 건물에서 다양한 신재생 에너지 시스템이 적용 가능한 위치는 지붕과 벽면이 있다. 남측벽면은 건물일체형 태양광시스템 BIPV(Building
integrated photovoltaic system) 형태로 설치되었으며, 면적은 194 m2이다. 지붕에 설치 가능한 면적은 108 m2로, 건물부착형 태양광시스템 BAPV(Building attached photovoltaic) 형태로 위치하고 있으며, 태양열시스템 ST(Solar
thermal) system 및 태양광․열시스템 PVT(Photovoltaic and solar thermal) system 적용이 가능하다(Fig. 2 참조). 본 연구를 위해 지붕면에 BAPV를 설치하는 경우를 Case 1, PVT를 설치하는 경우를 Case 2, ST를 설치하는 경우를 Case
3으로 설정하였다.
Fig. 1 Overview of Smart Village.
Table 1. Physical information of community
|
|
Residential houses
|
Community facility
|
|
Total area of smart village[m2]
|
7,202
|
|
Infiltration[1/h@50pa]
|
6
|
1.5
|
|
U-value
[W/m2]
|
External
wall
|
Direct
|
0.147
|
0.147
|
|
Indirect
|
-
|
0.195
|
|
Roof
|
0.103
|
0.107
|
|
Floor
|
Direct
|
0.138
|
0.140
|
|
Indirect
|
0.175
|
0.214
|
|
Window
|
0.997, 0.963
|
0.997
|
|
SHGC
|
Window
|
0.35
|
0.4
|
Fig. 2 Renewable energy system integrated with community center.
2.2 중앙식 냉난방 및 급탕 공급시스템
본 스마트빌리지는 커뮤니티시설 지하에 기계실이 구성되고, 기계실에서 중앙 공급방식으로 단독주택을 포함한 커뮤니티 시설에 냉난방 및 급탕열을 공급한다.
중앙 공급식 설비를 활용하는 경우, 단독주택으로 공급
되는 네트워크 배관의 열손실이 있으나, 수열, 지열 등 다양한 신재생에너지설비를 활용할 수 있다는 측면에서 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한 기존
개별 건물의 지열원 히트펌프 설치방식에 비해, 축열조 설치 등을 통해 히트펌프 설치용량 절감의 장점이 있다. 본 스마트빌리지에서는 냉방 및 난방 공급을
위한 히트펌프와 축열조, 그리고 급탕 공급을 위한 히트펌프와 축열조로 나뉘어 구성되어 있다(Fig. 3 참조). 냉난방용 히트펌프와 급탕용 히트펌프는 각각 700 kW(200 RT)와 71 kW(20 RT)로 설계되었으며, 축열조는 각각 257 m3과 82 m3으로 설계
되었다. 본 설계는 연중 최대 냉난방 및 급탕부하일 기준 히트펌프 가동시간을 12시간으로 설정 시 필요한 축열조 용량이다. 본 연구에서는 급탕용 히트펌프
및 축열조를 대상으로 다양한 신재생에너지원의 적용에 따른 에너지절감효과를 분석하였다.
Fig. 3 Overview of proposed community mechanical system.
Case 1의 경우, 지붕면에 설치된 BAPV와 급탕용 히트펌프 및 축열조의 직접적인 연결은 없으며, BAPV
에서 생산된 전력을 급탕용 히트펌프의 소비전력을 실시간으로 담당하는 경우에 대한 분석을 진행하였다. PVT가 설치되는 Case 2와 ST가 설치되는
Case 3의 경우, 급탕용 축열조에서 히트펌프로 환수되는 위치에 PVT와 ST가 위치할 때, 낮 시간 생산되는 열을 축열조에 저장하고, 일사가 없는
시간에 히트펌프의 운영을 통해 급탕용 축열조에 열을 저장하는 방식으로 시뮬레이션을 진행하였다.
3. 시뮬레이션
본 연구에서는 스마트빌리지에서의 56세대 단독주택의 급탕에너지 요구량을 분석하고, 지열원 히트펌프의 운영에 따른 급탕에너지 소비량을 산정하였다. 이후
다양한 태양에너지기반 신재생에너지시스템의 적용성을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 본 시뮬레이션은 태양에너지기반 시스템의 모델링에 특화된 TRNSYS
18 프로그램을 활용하였다. 본 시뮬레이션 분석을 위한 기상데이터는 Meteonorm 7.3(12)를 통해 실증단지 위치에 대해 도출되었으며, 기상데이터 형식은 TMY2로 적용되었다. 본 분석 대상지역의 연평균 외기온도는 14.6℃ 이며, 연간
수평면 전일사량은 1345 kWh/m2로 분석되었다.
지열원 히트펌프의 성능을 예측하는 다양한 모델이 있다.(10) 본 연구에서는 축열조를 활용하여 동일한 입출구
온도를 가지고, 지열원을 활용하므로 연간 15℃의 안정적인 지열원이 생산되는 것으로 가정하여 시뮬레이션을 진행하였다. 이때, 지열원 히트펌프의 난방기간
운영결과를 바탕으로 COP는 히트펌프의 운영과 순환펌프의 운영동력까지 고려된 시스템 COP로 3.5를 가정하여 시뮬레이션을 진행하였다.(11) 히트펌프는 설계용량을 기반
으로 4대로 구분하여 각각 부하의 증감 및 태양광 발전량에 대응하여 대수제어를 하는 경우에 대해서 분석을 진행하였다. 이를 위해, 태양광에 대한 발전량을
예측하여 발전량에 맞춰 축열조에 급탕열 생산 및 축열과정
으로 분석을 진행하였다. 비교설비인 가스보일러의 경우, 95% 효율로 운영되는 것으로 가정하였다. 탄소배출량은 전력은 0.424 tCO2/MWh를 가지는 것으로 분석하였으며, 가스보일러의 경우, 56.1 tCO2/TJ로 분석하였다.
3.1 급탕에너지 요구량
스마트빌리지의 급탕부하 분석을 위해, 기 분석된 주택에서의 급탕 부하를 적용하였다. 본 부하는 단독주택 가구에 대한 실측데이터를 바탕으로 분석된 모델이다.(12) 본 모델에서 활용된 시수의 온도는 월별로 Table 2와 같이 설정하였다. 분석결과, 연간 2839 kWh의 급탕부하가 필요한 것으로 나타났다. 본 데이터는 ISO 13790 기반 Energy# 프로그램을
통해 4인기준 1인당 36 Liter/day를 사용하는 것으로 도출된 2702 kWh와 4.8%의 차이를 나타내어, 적정 수준의 부하로 판단되었다.
3.2 신재생에너지 시스템
본 연구에서 태양열 집열기는 평판형 집열기로 선정하였다. ST와 PVT시스템은 국내 제조사에서 제공한 태양열 집열기 시험성적데이터(13)를 활용하여 분석하였으며, 각각 식(1)과 식(2)와 같다. 집열기의 전면적은 2.0 m2
이다. TRNSYS 18 소프트웨어에서, 건물일체형 PVT를 시뮬레이션할 수 있는 모듈인 TYPE 560의 경우, 태양열 집열기에 관한 상세 모델을
적용하여 열에너지 성능을 예측하기 어렵다. 이에, 동일한 일사량으로 태양열 집열기 모듈(TYPE 301)을 활용하여 태양열 집열량을 분석하고, 축열조와
연결되어 급탕열을 담당하도록 운영되는 결과를 시뮬레이션 하였다. 이후, 태양열 집열기의 입구측 온도 및 유량을 PVT 모듈에 적용하여 태양광 발전량을
시뮬레이션 하였다. BIPV시스템의 경우, TYPE 566을 활용하여 분석하였다. 상세 입력변수는 Table 3과 같다.
Table 2. Monthly tap water temperature
|
|
Jan
|
Feb
|
Mar
|
Apr
|
May
|
Jun
|
Jul
|
Aug
|
Sep
|
Oct
|
Nov
|
Dec
|
|
Temperature[℃]
|
5.2
|
3.7
|
6.7
|
11.0
|
16.1
|
21.2
|
24.7
|
26.6
|
25.6
|
20.2
|
16.3
|
9.6
|
Table 3. Input parameters and values
|
|
PV
|
PVT
|
ST
|
|
Model
|
South wall
|
Roof
|
Roof
|
Roof
|
|
Number of panels
|
97
|
54
|
54
|
54
|
|
Module size[mm]
|
1,994×1,000×35
|
1,994×1,000×35
|
2,024×1,024×40
|
2,024×1,024×40
|
|
Module efficiency[%]
|
19.1
|
19.1
|
15.9
|
-
|
|
Peak power of the PV array[kWp]
|
36.9
|
20.5
|
18.0
|
-
|
3.3 자가소비율 분석
태양광, 태양열 시스템의 커뮤니티 단위 자가소비율을 분석하기 위해, 부하 커버 펙터(Load cover factor, LCF)와 공급 커버 팩터(Supply
cover factor)를 활용하여 분석을 진행하였다. LCF는 전력소비량 중 PV 발전량이 차지하는 비중을 의미하며(식(3)), SCF는 PV발전량 중 부하로 공급되는 비율을 의미한다(식(4)).
4. 시뮬레이션 결과 분석
4.1 태양열시스템 및 태양광ㆍ열시스템의 열에너지 생산량
본 연구에서는 커뮤니티시설의 동일한 지붕면적에 PVT시스템을 적용한 방안(Case 2)와 ST시스템을 적용한 경우(Case 3)에 대한 열에너지 생산량을
비교분석 하였다. 그 결과, Fig. 4와 같이, 연간 132 MWh(57 kWh/(m2a))의 일사량이 각 집열 시스템에 도달하였을 때, ST시스템(Case 3)을 적용하는 경우 연간 60 MWh의 열을 획득할 수 있었으며, 이때,
45.7%의 집열 효율을 나타내었다. PVT시스템(Case 2)을 적용하는 경우 동일한 면적에서 22 MWh(21 kWh/m2a)의 집열량을 나타내었으며 연간 17%의 효율을 보이는 것으로 나타났다. 연간 축열조의 효율은 95%로 분석되었다. 이는 PVT시스템에서 PV가
상부에 부착되고, PV 부착을 위한 추가 설비로 인해 일반 평판형 집열기 대비 낮은 집열 효율을 보인 것으로 판단된다.
Fig. 4 Monthly thermal energy production by solar thermal systems.
또한, 태양열 집열기를 지붕에 위치하는 경우, 6월부터 9월까지 월별로 냉방기간동안 스마트빌리지 내 요구
되는 급탕부하의 66%~89%를 담당할 수 있을 것으로 분석되었다. 또한, 최대 60℃ 이상 축열조의 온도도 증대
되지 않아, 태양열 집열기가 적정용량으로 설치될 수 있음을 확인할 수 있었다(
Fig. 5 참조). 반면, PVT 집열기를 지붕에 설치하는 경우, 6월부터 9월까지 29%~34%의 급탕부하를 담당할 수 있을 것으로 판단되었으나, 11월
부터 2월까지는 집열량이 월간 10 kWh 이하로, 급탕부하를 담당할 수 없는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로, ST시스템을 적용하는 경우 연간
30%의 급탕부하를 담당할 수 있는 것으로 나타났으며, PVT시스템을 적용하는 경우 연간 10%의 급탕부하를 담당할 수 있는 것으로 분석되었다.
Fig. 5 Hourly temperature distribution of storage tank for domestic hot water with solar thermal system.
Fig. 6 Monthly average LCF and SCF for different systems.
4.2 운영 방식에 따른 자가소비율 및 에너지 밸런스 분석
본 연구에서는 각 제안된 시스템과 시스템의 운영 방식에 따른 자가소비율을 분석하였다. 이때, 15분 단위 전력소비량 및 생산량 시뮬레이션 결과를 바탕으로
자가소비율 분석을 진행하였다. 본 분석을 위해, 설계된 축열조(83 m3)가 있는 경우와 단기 버퍼축열조(15 m3)만 있는 경우에 대해 분석을 진행하였다.
Fig. 6에서는 설계 축열조(83 m3)가 있는 경우, 각 시스템에 따른 월별 LCF와 SCF를 나타내었다. 그 결과, LCF의 경우, 시스템에 따라 큰 차이는 없었으나, ST시스템을
활용하는 방안이 상대적으로 높은 것으로 확인
되었다. 반면 SCF의 경우, 태양열시스템을 활용하는 방안이 가장 낮았으며, PVT를 활용하는 방안 그리고 BIPV를 적용하는 방안 순서로 나타났다.
특히 여름철의 경우, ST을 활용하여 급탕부하의 대부분을 담당하였
으므로, 벽면 BIPV에서 생산된 전기의 대부분은 그리드를 통해 계통으로 송전된 것으로 나타났다. 반면, PVT 및 PV을 활용하는 경우에는 생산된
전력이 급탕열 생산을 위한 히트펌프의 운영에 활용되면서 그리드로 송전되는 전력량이 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
Fig. 7 Annual self-sufficiency of systems.
Table 4. Simulation results of electric energy balance
|
|
Electric consumption [kWh]
|
Generation rates[kWh]
|
Net
[kWh]
|
CO2 emissions
[tCO2]
|
|
Roof
|
South wall
|
|
Case 1(PV system)
|
55,127
|
18,628
|
27,111
|
9,389
|
4.0
|
|
Case 2(PVT system)
|
49,624
|
15,061
|
27,111
|
7,453
|
3.1
|
|
Case 3(ST system)
|
38,784
|
0
|
27,111
|
11,673
|
4.9
|
Fig. 7에서와 같이, 축열조 크기에 따른 자가소비율 및 에너지 밸런스를 분석한 결과, 히트펌프가 부하의 변동에 따라 운영이 결정되는 버퍼축열조로의 역할만으로
운영되는 경우에 비해 1일 단기 열저장 축열조로 구현될 경우 높은 자가소비율을 보이는 것으로 나타났다. 이는, 단기 축열조임에도 불구하고, 적정 열저장
용량과 히트펌프의 열 생산능력으로 인해, 히트펌프의 운전이 부하에 따른 ON/OFF 운영보다 잉여 PV 발전에 따른 전기의 열 변환 및 저장이 가능해지고,
이로 인해 PV 시스템의 그리드 활용율이 낮아질 수 있음을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 축열조의 용량이 버퍼축열조 수준으로 제한적인 경우, ST 시스템을 활용하는 방안의 연간 자가
소비율이 가장 낮을 것으로 예측되었다. 이는 ST시스템으로 인해 급탕열 생산에 필요한 히트펌프 에너지 소비량은 가장 낮았으나, 벽면 BIPV를 통해서만
전력이 생산되어, 생산된 전력량 또한 가장 낮았기 때문으로 파악되었다. 반면, 지붕 및 벽면 PV만을 활용하여 급탕에너지를 생산하는 경우 가장 많은
발전량을 나타내었
으나, 급탕열을 생산하기 위한 히트펌프 운영 또한 가장 많은 것으로 확인되었다.
결과적으로, 단기 축열조가 있는 경우, 지붕에 PVT를 설치하고, 벽면에 BIPV를 설치하여 운영하는 방안이 가장 낮은 연간에너지 소비량을 보이는
것으로 나타났으며, 이는 BIPV만을 활용하는 방식과 ST시스템을 활용
하는 방식에 비해 각각 22.0%와 37.2%의 에너지 절감효과를 보이는 것으로 확인되었다(Table 4 참조). 또한 단기 축열조의 활용으로 인해 PV 시스템만으로도 높은 자가소비율을 보일 수 있을 것으로 확인되었다.
탄소배출량의 경우, 가스보일러를 활용할 경우 연간 37 tCO2를 배출할 것으로 예상되었으며, 재생에너지 생산량을 제외한 지열원 히트펌프는 23 tCO2를 배출할 것으로 예상되어, 37%의 탄소배출저감 효과를 가질 것으로 파악되었다. 재생에너지 생산을 포함한다면, Case 1, Case 2 그리고
Case 3 대비 89%, 92%, 87%의 탄소배출저감 효과를 가질 수 있는 것으로 예측되었다.
5. 결 론
본 연구에서는 저탄소 에너지공유 커뮤니티 구현을 위한 에너지절감 및 효율개선 방안으로 다양한 신재생
열에너지 시스템을 적용한 지열원 급탕 공급시스템을 제안하고, 제안된 시스템에 대한 에너지 절감효과를 분석하였다. 본 시스템을 커뮤니티 시설의 지붕에
설치될 경우 동일 면적에 적용된 경우의 에너지 효율 및 자가소비율에 대해서 분석하였다. 그 결과, ST시스템은 전체 연간 급탕에너지 요구량의 29.6%,
PVT 시스템은 10.0%를 담당할 수 있는 것으로 나타났다. PVT 시스템을 적용하는 방식은 PV 시스템 대비 19.1% 낮은 발전량을 나타내었는데,
이는 PVT시스템 발전 모듈의 효율이 낮은 측면과, 비교적 겨울철 높은 온도를 유지하였기 때문
으로 나타났다. 하지만, PVT시스템이 적용된 방식에서는 급탕에너지 요구량의 절감으로, PV 시스템과 ST 시스템을 적용하는 방식 대비 각각 22.0%와
37.2%의 운영에너지 절감효과를 가질 수 있는 것으로 나타났다. 반면, 전력의 커뮤니티 단위 자가소비율은 축열조의 사이즈에 따라 사이즈가 작을수록
ST 시스템을 적용하는 방식이 우수하며, 사이즈가 커질수록, PV 시스템을 적용하는 방식이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다. 탄소
배출저감 효과 또한, 본 제안된 시스템이 기존 시스템 대비 87% 이상의 효과를 얻을 것으로 예측되었다. 본 연구는 태양광 및 태양열 시스템의 성능을
비교적 정확하게 예측하는 TRNSYS 소프트웨어를 사용하여 시뮬
레이션을 진행하였으나, 시뮬레이션 연구에 대한 한계가 있으며 결과에 대한 오차가 있다.(17-18)
후 기
본 연구는 국토교통부의 재원으로 국토교통과학기술진흥원(과제번호 : 20PIYR-B153277-02)의 지원을 받아 수행되었음.
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