액체식 무창형 건물일체형 태양광열(BIPVT)시스템의 집열 구성에 따른 열/전기 성능 평가 (Thermal and Electrical Performance Evaluation of Uncovered Building-integrated Photovoltaic and Thermal (BIPVT) Systems)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 37권 / 1호 / 35 ~ 42페이지
· 저자명 : 이왕제, 안영섭, 주홍진, 김종규, 김득원, 김민휘

초록

본 연구에서는 집열 구성이 다른 액체식 무창형 BIPVT집열기와 커튼월 구조를 같은 목업설비를 제작하여 열 및 전기 성능을 평가하였다. 분석방법은 개발한 PVT집열기 3가지와 이를 비교하기 위한 기준 모델인 BIPV를 포함한 총 4개의 모델을 목업설비에 정남향 수직면에 동일하게 설치하여 생산열량 및 발전량, 유량에 따른 열/전기 성능 등의 평가를 수행하였다.
동일한 실험 조건에서 PV모듈 후면의 표면온도가 BIPVT 보다 BIPV에서 높게 나타났다. 이는 건물일체형 태양에너지시스템에서 통기시스템이 없거나 잘 작동하지 않을 경우, BIPVT시스템이 BIPV시스템 보다 전기성능 측면에서도 유리할 수 있음을 의미한다. 또한, 개발한 BIPVT시스템에서 집열기 구성에 따라 열성능의 차이가 크게 나타났다. 이는 PV와 흡수판 또는 히트파이프의 열전달 매체는 같지만, 히트싱크와 동관 및 매니폴드의 재질 및 두께와 열전달 방식에 따른 열손실 영향으로 분석되었다. 건물에 적용된 액체식 무창형 BIPVT집열기에서 생산되는 열을 40℃이하의 저온 혹은 난방 및 급탕용 히트펌프의 열원으로 운영할 수 있다면 열생산량 증대와 함께 전기생산량에도 긍정적 영향을 주어, 종합효율에서 보다 높은 시스템 효율을 보일 것으로 판단된다.
본 연구를 통해 Case (1)의 구성이 가장 좋은 종합효율을 나타내었다. 하지만, Case (1)과 같은 기존 PVT의 경우 패널간 배관연결시 조인트가 발생하여 겨울철 누수가 발생할 우려가 크다. 이에 반해 Case (2)는 여러 패널간 연결시 하나의 배관으로 가능하므로, 누수의 위험이 적어 건물 외벽에 적용시 유리한 장점이 있고, 효율 또한, 19.8%로 건물 에너지효율 증대에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
이와 같이 BIPVT집열기는 집열기 구성에 따라 열 및 발전성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이번 실험결과를 바탕으로 BIPVT의 효율을 개선하기 위해 매니폴드 및 히트파이프, 열교환 면적, 길이 등을 보완하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.

영어초록

This study evaluates the thermal and electrical performance of roofless building-integrated photovoltaic and thermal (BIPVT) systems, focusing on three liquid collector systems. A full-scale mock-up simulating a curtain wall structure was developed to test these systems. The three BIPVT configurations are as follows Case (2) incorporates manifolds and plate heat pipes in contact with the tubes, and Case (3) uses manifolds and plate heat pipes in direct contact through a perforated structure. The thermal efficiencies ranged from 21.2% to 32% for Case (1), 7.6% to 13.6% for Case (2), and 3.7% to 9.4% for Case (3). The combined efficiency, including electrical power, was highest for Case (1) at 34.8%, followed by Case (2) at 19.8% and Case (3) at 17.2%. These results indicate that Case (1) provided the most effective heat collection and power generation, attributed to the larger heat transfer area of the absorber mechanism compared to the heat pipe. Overall, this study demonstrates that BIPVT systems, especially Case (1), offer significant potential for improving the energy efficiency of buildings. However, Case (2) provides advantages for building integration by eliminating the panel-to-panel joints on the building facade, which significantly reduces the risk of leakage. Case (2) is also a viable option for enhancing energy efficiency in buildings, particularly in terms of long-term structural integrity and maintenance.

참고자료

· 없음