산지가 많고 인구가 도심에 밀집한 국내 환경에서 도심지역의 에너지자급과 탄소중립 달성을 위해서는 건물에서의 온실가스 배출저감이 절실하다. 국내에서도 제로에너지건물 인증을 2020년부터 단계적으로 의무화 추진하고 있다. 제로에너지건물 인증 이행을 위해서는 건물에서 온실가스 배출을 효율적으로 저감하고 에너지자급율을 개선할 수단 개발이 중요하다. 다행히 국내 태양광 보급잠재량의 100GW 이상이 건물에 있는 것으로 파악되고 있어서 건물에 설치할 수 있는 태양광 모듈의 보급 활성화가 시급하다. 주거형태의 60% 이상이 아파트이고, 고층 공공건물이 많은 국내 도심환경을 고려할 때, 제로에너지건물의 에너지자급률을 충족하려면 태양광 발전 설비의 옥상 설치만으로는 부족하다. 이를 만회하려면 건물 벽면에 대한 태양광 설치가 요구되기 때문에, 향후에 건물일체형 모듈 등의 건물형 태양광 모듈 시장이 활성화될 것으로 기대된다.
건물 지붕과 옥상은 물론 외벽에 설치되는 태양광 모듈의 보급확산을 위해서는 심미성과 경제성 확보와 더불어 화재 안전성 개선을 바탕으로 한 수용성 확보가 필수이다. 건물의 경우, 화재 발생 시 조기 진압 여부에 따라 재산과 인명피해가 크게 달라질 수 있다. 따라서, 화재 발생 시 건물형 태양광 모듈을 급속차단하여 소방관들이 바로 현장에 진입할 수 있도록 하는 모듈단위전력전자, 즉 MLPE (Module level power electronics) 장치 개발이 필요하다. 월마트 태양광 설비 화재와 뉴저지주 태양광 설비 화재를 경험한 미국에서는 건물형 태양광 모듈의 급속차단을 위한 MLPE 장치 설치 의무화를 45개주에서 이미 실시하고 있다. 2020년 미국 주택에 설치된 태양광 발전 설비의 94%가 MLPE를 채택하고 있다. 건물형 태양광 모듈의 급속차단 기능은 마이크로 인버터(micro inverter)나 직류(DC) 파워 옵티마이저(power optimizer)와 같은 MLPE 장치로 구현이 가능하다.
중국이 주도하는 기존 인버터 시장과 달리 마이크로 인버터는 미국의 Enphase Energy社, 파워 옵티마이저는 이스라엘의 Solar Edge社가 각각 글로벌 시장의 90%, 80% 이상을 점유하고 있으며, 하드웨어와 소프트웨어가 결합되어 시스템 기반 서비스로 제공되는 특화 시장이다. 미국 인페이즈(Enphase) 에너지社의 마이크로 인버터는 모듈별로 인버터를 설치하여 최대동작점(MPPT)을 모듈별로 제어하여 직류를 교류로 직접 변환하는데, 초강력 허리케인에도 잘 동작하여 미국 연방재난관리처(FEMA)에서도 주목하는 기술이다. 이스라엘 솔라엣지(Solaredge)社의 파워 옵티마이저는 몇 개의 모듈을 인버터에 연결하면서 각 모듈의 MPPT를 지속적으로 모니터링하고 조정하여 전류를 변화시키며 일정한 직류전압 유지가 가능하다. 단, 별도의 전용 인버터 사용이 필요하다. MLPE 장치는 급속차단 기능 외에도 음영환경에서의 설비 이용률 개선과 모듈 수명개선의 장점이 있다. 치명적인 단점이라면 초기 설치비용 증가인데, 최근 주택용 MLPE 장치 가격이 절감하여 미국에서는 보편화되고 있으나 국내에서는 아직 활성화되지 못하고 있다.
건물형 태양광 MLPE 기술은 기존 인버터와는 달리 부품 개발과 더불어 디지털 기반 O&M 서비스를 위한 소프트웨어 개발이 요구되므로, 표준화를 기반으로 정부 지원 시 국내 기업들이 주도할 수 있는 분야이다. 모듈 레벨의 모니터링과 제어를 기반하여 영상태와 발전량 정보를 취득하고, 국내 환경에 맞는 분석기법을 결합할 경우 최적의 디지털 기반 O&M 서비스가 가능하다. 건물형 태양광이 본격적으로 확산되기 전, 화재에 대한 안전성과 설비 이용률 개선을 위한 선제적 기술개발과 표준화가 필요하다. 한국에너지기술평가원에서는 지붕형·벽체형 등의 건물형 태양광 모듈의 급속차단 기능과 음영 등 저조도 환경에서 설비 이용률 개선을 위한 MLPE 장치 최적화 개발 및 실증 과제를 공고하고 있다. 향후 의무화를 고려한 표준화·경제성 방안과 사이버보안이 연계된 디지털 기반 O&M 기술개발을 요구한다. 건물형 태양광 MLPE 장치 국산화와 최적 서비스 개발을 통하여 산업경쟁력을 제고하고 디지털 기반 O&M 강국으로 도약하기를 기대한다.
출처 : 전기신문(https://www.electimes.com)
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