세계에너지소비 증가율이 3%라 가정할 때 석유, 원자력 등을 포함한 1차 에너지의 가채년수는 향후 50년에 불과할 정도로 에너지 고갈 문제가 심각하다. 또한 기후변화협약 등 국가간 온실가스 분담금문제로까지 확대된 환경보존 문제의 가세로 세계 각국은 보다 근본적인 해결책 차원에서 각종 대체에너지 자원 개발에 많은 연구와 노력을 기울여 오고 있다.
이러한 이유로 신재생에너지, 이중 태양광 발전에 대한 기술 발전 및 보급이 급속도로 확대되고 있는 추세이다.
특히 창호업체와 관련해 건물일체형 태양광시스템 BIPV(Building Integrated Photovoltaic)시스템 시장이 성장하고 있다. BIPV시스템이란 외벽면, 커튼월, 발코니 등 건물의 외관에 태양광 발전 모듈을 장착해 자체적으로 전기를 생산, 건축물에서 바로 활용할 수 있도록 구성한 건축 외장시스템으로 건축물에 있어 최근 전 세계적으로 관심을 받고 있는 분야이다.
PV모듈을 건축에 일체화해 적용할 수 있는 건물 구성 요소는 커튼월, 천창, 차양, PV지붕 타일, 투명 PV창호 등 매우 다양하며, 그 특성에 따라 자연채광이나 차양에도 이용 가능해 건물의 전체적인 에너지성능 및 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
특히 2005년 발코니 확장 법안이 통과함에 따라 많은 입주자들이 발코니를 없애고 실내를 확장하면서 BIPV시스템이 상업용 건물뿐만 아니라 아파트나 공동주택에도 확대될 것으로 업계는 전망하고 있다.

2007년을 기준으로 현재 전 세계 PV시장규모는 약 129억불, 보급량은 2.3GW수준이며 누적 보급량은 7.8GW 달한다. 이 수치는 1992년 시장규모와 비교해봤을 때 50~60배에 해당되는 금액이다. 전 세계적으로 1992년부터 2007년까지의 평균성장률은 30% 수준을 유지하고 있으며 2012년의 시장규모는 323억불을 예상하고 있다.
세계 PV시장을 주도하는 지역은 유럽과 일본 미국이며 유럽에서는 독일과 스페인, 프랑스가 관련시장을 이끌고 있다. BIPV분야는 유럽에서 2007년 33% 시장성장률을 보이며 1억4900만 유로를 기록했다. 그 중 제일 큰 시장이 독일이다. 독일은 1990년대 중반에 무료관세와 다른 인센티브를 선보이면서 안정적인 BIPV 시장을 구축했다.
아시아 국가 중에서는 일본이 단연 돋보인다. PV산업에 있어 일본은 세계적인 선두주자이다. 현재 세계 1위를 유럽지역에 내준 상황이지만 이는 일본에서 시스템의 가격경쟁력을 높이기 위해 2006년 정책적으로 PV주거시장의 PV보조금을 중단했기 때문이다. 그 결과 보급량에 있어서 정체 및 감소로 이어졌다. 일본은 2009년 현재 세계 1위 시장 탈환을 위해 PV보조금 제도를 부활시키고 2050년까지 온실가스 배출량을 현재 수준보다 60~80% 저감을 목표로 하는 ‘후쿠다 비전’을 발표해, 2020년 신축주택의 70%이상에 태양전지판 설치를 목표로 하고 있다.
전 세계적으로, BIPV시스템 시장에서 일본은 설치된 용량의 1/3이상을 만들어내고 있는 시장 선두주자이다. 일본의 경이적인 성공은 교토의정서에 따라 2010년까지 저탄소 배출 목표 달성을 강조한 강력한 정부 정책과 지원의 덕택이 크다. 또한 일본에서 중앙집중식 PV시스템은 넓은 토지 면적 부족으로 인해 설치 될 수 없었다. 이러한 이유가 간접적으로 일본의 도시지역 BIPV 시스템의 성장에 이로웠던 점이다.
BIPV 시스템의 상대적인 느린 발전에 대한 주요원인 중 하나로 높은 설치비용이 언급되고 있지만, 일본은 대규모 상업화로 실제로 비용감소를 달성했다. 이는 주로 전 세계 생산량의 40% 이상을 장악하고 있는 일본 내 PV 시스템 제조 기반 덕택으로 볼 수 있다. BIPV 애플리케이션 제품개발에 중점을 두고 있는 주요 제조생산업체가 일본에 13업체가 있는 것으로 파악되고 있다.
우리나라는 2007년 내수시장을 봤을 때 세계 6위(43MWP)규모의 시장을 갖고 있어 급속한 발전을 이루고 있다. 정부에서 ‘그림홈 100만호’ 정책과 발전차액제도 등 정부의 강력하고 적극적인 지원이 관련시장을 성장시켰다.

국내 BIPV시장 - 공공건물이 성장주도, 민간건설사 적용은 아직 부족

이렇듯 국내 BIPV시장은 정부주도형의 성장이 이어졌기 때문에 적용건물에 있어 공공건물 적용이 대부분이다.
2009년은 공공기관이용의무화제도 시행 후 설계 반영됐던 현장들의 착공이 본격화되는 시기로서, 공공건물이 국내 BIPV시스템 시장의 Main 시장으로 지속 성장할 것으로 예측되고 있다.
교토의정서의 2차 의무감축기간이 도래하는 점과 2007년 12월부로 공장지붕발전사업 규제가 폐지된 점이 맞물려 공장지붕 BIPV 시장이 신규 시장으로 부각될 것으로도 전망되고 있다. 또한, GS건설, 대림건설, 한화건설, 코오롱건설 등 민영건설사에서 경쟁적으로 친환경 공동주택 Concept을 홍보하기 시작함과 동시에 태양광 적용방안을 적극 검토하고 있어, 몇 년 이내에 BIPV가 적용되는 공동주택 시장도 생겨날 것으로 기대되고 있다.
그러나 최근 건설사들의 친환경 경영마인드는 커지고 있지만 BIPV 적용에 대해선 경제성을 결부하고 있어 실질적으로 새로운 건축물에 BIPV를 적용하기는 어려운 점도 남아 있다.
주공에서는 약 3년전부터 공동주택에 시스템을 설치해 왔지만 아직까지 BIPV시스템 개념으로 보기에는 무리가 있다는 의견이다.

 

국내 BIPV시장이 지속적으로 성장하기 위해서는 PV모듈의 발전도 중요하지만 관련시장을 이끌고 있는 LG하우시스, 이건창호, 알루텍 등 창호 업체의 역할이 매우 중요 할 것으로 보인다. 탄탄한 제품기술력과 시공능력을 보유한 대형업체의 선도적 역할이 필요하기 때문이다. 현재 BIPV관련 사업을 진행하고 있는 창호업체는 LG하우시스, 이건창호시스템, KCC, 알루텍, 남선알미늄, 원진알미늄, KNWALLDEX, 비봉유리, 일진유니스코, 알루이엔씨 등이 있다.
LG하우시스는 2000년대 초 R&D를 시작해, 2004년부터 사업화에 착수했으며, 사업화 이후, 2007년 4월, 유럽 BIPV 선두기업인 COLEXON社(獨, 구 Sun Energy社)와 BIPV에 대한 독점적 기술 및 자재 협력 계약 체결을 통해 내재화 한 해외 선진 BIPV 기술력으로 국내 BIPV 시장을 선도하고 있다. 최근 주요 프로젝트를 잇달아 수주하며 기술력을 인정받고 있다.
2008년 11월에는 국내 최대 규모로 총 83억 규모로 설계된 BIPV 시스템 공사인 서울 송파구 동남권 유통단지 ‘가’블록(Life동)과 ‘다’블록(Tool동)의 공사를 완공했다. 동남권 유통단지의 ‘가’블록(Life동)은 총 2800㎡의설치 면적에 약 2000매의 모듈을 설치해 연간 300MWh의 전력을 생산, 공급할 전망이다. 이것은 주택 120가구에서 1년간 사용 할 수 있는 전력량으로서 발전된 전력은 실시간으로 건물의 전광판 및 공용 설비에 우선 활용 될 계획이다.
다’블록(Tool동) 역시 ‘가’블록(Life동)과 마찬가지로 연간 약 210MWh의 전력 생산과 함께100여톤의 CO₂절감효과가 있다.
연간 총 510MWh의 전력생산효과를 가진 동남권 유통단지는 BIPV시스템으로 환경 친화적인 이미지 제고와 함께 건축 디자인과 조화를 이루는 시스템을 구현해 지역 랜드마크로서의 경관을 창출 해 내고 있다.
LG하우시스는 동남권 유통단지의 성공적인 완공으로 건축외장재 사업의 새로운 돌파구를 마련했으며 국내 공공기관의 신재생 에너지설비 설치의무화 제도의 확대 시행으로 BIPV시스템의 시장이 크게 확대될 것으로 기대하고 있다.
LG하우시스 관계자는 “공공건물 BIPV 시장에서 최대 실적을 확보할 수 있었던 기술역량 및 사업역량과 이를 수행하면서 축적한 경험 및 노하우를 바탕으로 국내 주거용 공동주택 BIPV 시장을 창출하고 확대 견인하는데 앞장서면서 국내 시장에 최적화된 다양한 용도의 BIPV system solution 개발을 통해 국내 BIPV 시장의 기술을 선도해 나갈 방침이다”고 전했다.
이건창호시스템은 지난 2007년 태양광창호 전문브랜드 EAGON SOLARWIN을 런칭하면서 시스템창호 뿐만 아니라 신재생에너지 분야에서도 리더기업으로서의 활발한 활동을 보이고 있다. 2007년에는 섬진강 토산 어류 생태관에 국내 최대 규모의 건자재 일체형 태양광 발전시스템(BIPV)창호 roof type을 완공했다. 발전 용량 165㎾로, 당시 국내 태양광 창호 시공 시설 가운데 가장 큰 규모였다. 이후 송도 E-6호텔, 전남교육청사, 제주웰컴센터 등 전국 각지에 BIPV를 성공적으로 시공한 바 있다.
지난해 5월에는 국내 최초로 공장건물 지붕에 박막형 모듈을 사용한 27.44 kW급 태양광발전소를 준공했다. 또한 2008년 9월 기존 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양 전지 염료감응형 태양전지(DSSC)를 개발함으로써 태양광 발전시스템 창호 사업과 관련해 신 성장동력으로서 차세대 태양전지 연구 개발에 대한 연구 성과를 거두기도 했다.
염료감응형 태양전지는 직사광선에만 주로 반응하던 기존의 실리콘 태양전지와는 달리 흐린 날이나 직사광선이 아닌 약한 산란광에서도 전기를 생산할 수 있도록 고안된 차세대 태양전지다. 현재 이건창호는 염료감응형 태양전지에 관한 20여건의 원천기술 및 응용 상품에 대한 특허 출원을 마친 상태이며 염료감응형 태양전지를 활용한 BIPV사업 확대를 통해 종합적인 태양광 에너지 전문기업으로 거듭날 계획이다.
KCC 역시 PVC커튼월형 BIPV시스템을 개발해 KCC중앙연구소에 적용해 실험 중에 있다. KCC는 태양광발전의 핵심소재인 폴리실리콘 사업을 현대중공업과 합작으로 진행하고 있으며 계열사인 아르켄솔라를 통해 고순도 잉곳, 웨이퍼 생산 계획도 가지고 있다. KCC는 태양광발전 사업 분야를 수직계열화 하고 기존의 우수한 외장기술 경험과 자사만의 3-TOP 시스템을 토대로 독일의 BIPV 전문기업의 선진기술과 접목시켜 고품질의 BIPV시스템을 제공한다는 계획이다.
커튼월 업계 선두주자 알루텍은 올초 ‘송도 지식정보산업단지 SC호텔’에 BIPV시스템을 성공적으로 적용했다. ‘송도 지식정보단지 SC호텔’ 건립공사에 적용된 알루텍의 BIPV시스템은 첨단이미지의 알루미늄 커튼월에 Glass to Glass 모듈을 적용했으며 국내 BIPV 적용사례 중 건축물 일체형 BIPV개념에 가장 접근한 건축물로 평가되고 있다.
알루텍은 기존의 건설 현장 조립방식의 BIPV 시스템과는 달리 알루텍 자체 공장에서 커튼월 유니트와 태양광 발전 모듈을 완제품의 형태로 제작 후 현장에 반입해 설치하는 방식으로 시공하면서 차별화를 이뤘다는 평을 받고 있다.
한화건설은 지난 3월 건물 외벽처럼 넓은 면적에 태양광 발전 시스템을 설치할 수 있는 기술을 개발했다. '대면적 투광형 비정질 모듈'을 이용해 커튼월과 천창, 지붕 타일, 투명 창호 등 넓은 면적에 태양광시스템을 적용할 수 있다는 게 주요 기술내용이다.
또 커튼월 등 적용할 수 있는 프레임 설계 기술도 선보였다. 이를 통해 단열, 결로 등도 방지할 수 있다. 여기에 이 같은 기술을 실용화하기 위해 요구되는 시공매뉴얼, 시공 체크리스트 등도 실측 실험을 통해 검증을 마쳤다.

 

BIPV 시장이 직면하고 있는 주요 과제는 BIPV의 건물적용 디자인 문제와 인증문제 등을 들 수 있다. 이들 과제와 관련해 우선 건물에서 BIPV의 성공적인 통합에는 고도의 기술 지식 및 건축 지식이 필요하다. 사용되는 대부분의 시스템은 적합한 통합의 시도는 별로 없이 roof-top에 첨가해 올리는 것이다.
이는 BIPV시스템이 제공하는 디자인 기회의 잇점을 최대한 살리지 못하게 한다. 이러한 이유로 커튼월 전문기업을 위주로 BIPV 적용에 있어 건축물 디자인에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 처음 설계 시부터 커튼월프레임에 단열 성능을 향상시키고 다양한 두께의 PV모듈이 적용 가능하도록 하며, 배선처리의 어려움을 극복한 프레임이 개발되고 있다. 채광을 고려한 모듈 소재의 선택과 음영문제도 매우 중요한 요소이다.
결론적으로 설계단계에서의 건축설계자와 제조업체간의 긴밀한 협력이 보다 나은 통합을 이끌어 낼 수 있을 것으로 보인다. 초기설치비만 생각하지 말고 유지, 관리도 꼭 생각해야 할 문제이다.
또한 건물주와 건설사들의 BIPV시스템에 대한 인식의 재고도 꼭 필요하다. BIPV시스템은 건자재 역할을 하고 있으면서 물성 품질이 단순 외장창호와 다르다. 하지만 현장에서는 모듈을 창문에 부착하는 정도로 쉽게 판단하고 있다.
이런 인식의 재고를 위해 BIPV시스템을 설계단계에부터 반영하는 것이 매우 중요한 사항으로 보인다.
BIPV 시스템에 대한 검증방법이 없다는 점도 문제점이다. 모듈에 대한 인증만 있을 뿐 BIPV시스템에 대한 인증제도는 우리나라뿐만 아니라 세계 어느 나라에도 없는 상황이다. 제품 종류가 많고 대부분이 주문제작으로 인증하기가 까다롭다는 점이 있지만 이러다 보니 난연성 같은 제품에 대한 정확함 검증이 이루어지지 않아 BIPV시장에는 장난감 수준의 제품이 유통되고 있는 것도 현실이다. 국내에서는 제조업체 자체적으로 한국에너지기술연구원을 통해 목업(Mock-up)테스트 등만을 실시하고 있다. 질 낮은 제품을 사용했을 경우 20여년을 사용해야 할 시스템이 3~4년도 안 돼 해체해야 되는 상황이 올수 있다.
피해를 보지 않기 위해서는 모듈에 있어서도 테스트 인증을 받은 제품을 사용해야 하며 신뢰가 있는 제품개발 경험이 많은 회사 제품을 사용하는 게 피해를 줄일 수 있는 유일한 방법이다. 모듈 구성 재료별 외부 환경적 성능평가 분석과, 건축적 실내 환경 평가분석, 디자인 및 시공성 평가분석 등을 통해 국내실정에 맞는 인증시스템 도입이 빨리 이루어져 할 것으로 보인다.