[인더스트리뉴스 권선형 기자] 한국에너지기술연구원이 전기와 열을 만드는 다기능성 방음벽 기술을 개발했다. 기존 태양광 패널 발전효율보다 6% 이상 높고 기존 방음벽보다 방음성능이 더 뛰어나, 교통 소음 저감용 방음벽을 대체하고 에너지를 생산하는 재생에너지 융합 기술의 대안이 될 전망이다. 

PVT 방음벽 시스템 전면 [사진=한국에너지기술연구원]

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 최근 열변환시스템연구실 강은철 박사 연구진이 새롭게 건설하는 도로철로의 방음벽과 기존에 설치된 노후한 방음벽에 대체 적용이 가능한 다기능(흡음차음, 전기열 생산) PVT(Photovoltaic-Thermal) 방음벽 기술을 개발했다고 밝혔다.

PVT 방음벽은 태양광 패널과 태양열 집열기, 흡음재 등을 활용해 차음과 흡음에 의한 방음 성능 향상은 물론 태양광 패널의 온도를 낮춰 발전량을 증가시키는 동시에 온열을 생산해 활용할 수 있는 기술이다. 하나의 PVT에서 방음(차음+흡음) 기능과 전력온열 생산 기능을 동시에 구현할 수 있다.

강 박사는 “태양광패널태양열 집열기가 융합돼 PVT에서 전력과 온열을 복합 생산하는 기술로, PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 PV 패널의 온도를 낮춰줌으로써 발전량을 증가시키는 동시에 온열을 생산활용할 수 있다”고 설명했다.

PVT 방음벽 시스템 후면 [사진=한국에너지기술연구원]

흡음 차음효과 10~15% 향상  

다기능성 PVT 방음 모듈은 단순한 요소기술의 조합이 아닌 여러 요소기술들이 융합됐다. 태양광 패널의 온도 상승에 따른 발전량 저하를 막기 위해 PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 패널의 온도를 낮춤과 동시에 열을 회수하도록 설계했으며, PVT의 외부 열손실을 최소화하기 위해 흡음재를 단열재로 활용해 흡음과 단열 역할을 한다.

또한 PVT 방음벽 기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음 기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열구조를 적용했으며 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동화된 운전 제어 기술이 적용됐다. 

강 박사는 “태양광 패널은 전력생산과 차음기능, 흡음재는 단열과 흡음기능, 태양열 집열기 전열구조는 열 회수와 구조 강도를 잡아주는 역할을 한다”며, “이러한 요소기술들을 하나의 컴팩트형 모듈로 탄생시킨 것이 다기능성 PVT 방음 모듈로 기존의 노후화된 방음벽을 다기능성 PVT 방음벽 시스템으로 용이하게 교체할 수 있도록 현장 시공 기법을 개발했다”고 밝혔다.

다기능성 PVT 방음 모듈 구성 및 개념도 [자료=한국에너지기술연구원]

전력 생산량 기존 태양광 패널보다 5~10% 향상

연구진은 시스템 설계 및 현장 설치가 용이한 직렬 연계 방식의 시공 기법을 바탕으로 현재 충청남도 계룡시에 3kWe급의 다기능성 PVT 방음벽 시스템을 실증 적용해 2021년 12월부터 운영 중이다.

도로 방음시설의 음향성능 기준에서 차음성능은 1000Hz에서 37.1dB(기준 30dB 이상), 흡음성능은 0.83(기준 0.7 이상)으로 기준 대비 높은 성능을 보여주고 있다. 

PVT 방음 모듈의 발전효율은 동일한 외기환경 설치조건에서 기존 태양광 패널 발전효율보다 6% 이상 높았다.

일반 태양광 패널은 온도가 증가할수록 발전량이 감소하는데 PVT 방음 모듈은 공기유동으로 인해 기존 태양광 패널 온도보다 약 15℃ 이상 낮아 발전량이 향상됐다. 아울러 PVT 방음 모듈에서 생산되는 온열은 단위면적(m²) 당 400Wt 이상 확보하는 것으로 나타났다. 생산된 온열은 대합실, 공중화장실, 휴게실, 흡연실 등 공공장소에 난방, 환기, 온수 예열로 활용이 가능하다.

강 박사는 “국내 방음벽의 총 설치 길이는 약 3,200 km로, 신도시 발전 및 교통소음으로 민원이 많아져 갈수록 방음벽의 수요는 증가할 것으로 보인다”며, “다기능성 PVT 방음벽 시스템 시장은 이중 음영을 고려하더라도 약 1,000 km 이상 적용이 가능할 전망”이라고 밝혔다. 이어 “국가 에너지 정책 실현을 위해 기존 설비를 활용한 다양한 재생에너지 융합 기술이 개발돼야 하며, 다기능성 PVT 방음벽 기술이 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 국토교통과학기술진흥원 국토교통기술촉진연구사업의 일환으로 화랑월드와 공동으로 수행됐으며, 기술개발과 관련해 3건의 특허출원과 1건의 특허등록 성과를 보유하고 있다. 현재 사업화를 추진 중이다.

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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