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신재생에너지

건물일체형 태양광 발전 시스템

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워드 클라우드

1. 기술로드맵


□ (총론) 대기업 참여가 어렵고 신기술을 접목한 신시장 창출 가능한 분야 중심으로 중소기업 전략기술로드맵 도출

○ (중소기업 기술개발전략1) 건축물에 적용 가능한 댜양한 사양의 제품을 각 건물별 색상과 디자인 및 미디어 파사드의 사양에 따른 제품과 기술 개발로 중소기업에 적합

○ (중소기업 기술개발전략2) 건물일체형 태양광 발전 시스템은 건축물의 디자인과 설계 특성 상 규격화 된 크기와 색상으로 생산이 어렵기 때문에 자동화 된 대기업의 생산 라인에서 대량 생산이 어려워 주요 제조기업들이 중소기업들로 구성되기 때문에 중소기업에 적합한 기술개발이 가능함



[ 「건물일체형 태양광 발전 시스템」 기술개발 로드맵 ]


2. 개요


가. 정의 및 필요성


(1) 정의


□ 건물일체형 태양광 발전 시스템(BIPV: Building Integrated Photovoltaics) 기술은 타일이나 블라인드처럼 생긴 태양광발전 모듈을 활용해 건물을 꾸미면서 건물에 필요한 전기를 생산하는 태양광발전 시설을 구축하는 방식을 의미

○ 신재생에너지를 건물 외피 또는 설비 시스템과 접목시킨 에너지 생산 시스템을 구축하여 건축물의 에너지 자립을 할 수 있으며, 에너지 생산량 및 에너지 이용 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있음


□ 태양광발전에서 생산되는 직류를 직접 에너지 다소비 기기와 연결하여 활용하면, 에너지 비용의 절감, 에너지 소비효율의 제고 및 기후변화협약 대응이 가능하여 분산전원으로 태양광 역할이 높아지고 있음

○ 도시지역은 특히 에너지 소비가 많아 태양광발전을 설치할 수 있으나, 유휴부지가 부족하여 그에 대한 대안으로 건물일체형 태양광 발전 시스템에 대한 관심이 높아짐


□ 건물일체형 태양광발전 제품은 유틸리티의 가격을 낮추고, 기존 건축 자재와 동일한 단열 및 편의성을 제공하는 등 여러 가지 이점을 제공함

○ 건물일체형 태양광발전 제품의 가장 큰 장점은 전력 관련 비용을 크게 절감한다는 것에 있음

건물에 적용한 태양광발전은 일반적으로 건물부가형 태양광발전(PVIB: Photovoltaic in Building), 건물부착형 태양광발전(BAPV: Building Applied Photovoltaic), 건물일체형 태양전지(BIPV: Building Integrated Photovoltaic)의 세 가지로 구분됨

○ 그 중 BIPV란 건물의 지붕 및 입면에 외벽마감재 대신 PV 모듈로 건축물 외피 마감 재료를 대체하는 시스템을 의미하며, 전기 생산 이외에 건축물의 외장재로 사용됨

○ BIPV는 건물의 건설비용을 절감하고 건물의 가치를 높이는 디자인 요소로도 사용되며, 대지가 부족하고 고층건물이 많은 국내 환경에 가장 적합한 시스템으로 전기에너지 생산, 형태요소, 주광조절기능, 차양기능, 색체연출에 대한 기능적 특징을 가짐

○ 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 개념으로써 기존의 전통적인 산업에 ICT기술이 결합되어 기존 산업과 서비스에 새로운 부가가치를 부여하고자 융복합 산업을 구현하기 위한 핵심 기술임


[ 신재생에너지 품목로드맵 내 건물일체형 태양광 발전 시스템 ]


(2) 기술개발 필요성


□ 건물의 건축, 설계 및 후속 관리에는 상당한 양의 에너지가 필요하며, 건물은 전 세계 총 에너지 소비량의 40%를 차지

○ 건물의 운영을 위한 에너지 생산에는 많은 비용이 들어가며, 운송부문에서 배출되는 온실가스보다 많은 양의 온실가스를 배출함

○ 이로 인해 최소한의 에너지를 소비하도록 인체공학적으로 설계된 친환경 건물에 대한 요구가 증가하고 있음


□ BIPV는 건축자재로 태양광 모듈을 사용하고, 건물 외피에 적용, 일체화하여 전력 분야의 경제성을 확보하고 건물 외적으로 보이는 미적 요소 등 각종 부가가치를 높여서 효율적으로 태양에너지를 이용할 수 있는 기술

○ 건물의 외피 재료로서의 태양광발전 시스템으로 전력을 생산함으로써, 태양광발전 시스템의 설치에 드는 비용을 절감하는 이중 효과를 기대할 수 있음

○ 국내는 협소한 국토면적과 수도권에 빌딩이 과밀되어 별도의 부지확보가 필요 없는 BIPV는 경제성 측면에서 장점이 존재하며 국내에 유리한 기술


□ BIPV는 태양광 산업에서 스마트시티 구현의 핵심 기술로서, 한정된 면적, 난개발 문제 등 국내 지리적 문제를 해결할 대책으로 부상됨

○ BIPV 특성상 발전 기능과 건물 건축재의 역할을 모두 겸비해야 하므로, 주문제작을 통한 생산만 가능하여, BIPV 단가가 일반 태양광 대비 높다는 단점이 존재했으나, 최근 정부는 BIPV 적극 지원에 나서며 국내 BIPV 시장 활성화에 앞장서고 있음


□ 건물부문의 에너지 절감에 대한 확실한 기술적 대안이 없는 현 상황에서 태양광발전을 통한 에너지 자체공급기술의 경우 미래 산업분야로 주목

○ BIPV 시스템은 단순히 재생에너지를 건축물에 적용한 것이 아니라 건축, 토목, 전기, 전자 및 화학, 신소재 등 여러 기술이 융합된 분야

○ BIPV 적용 시, 점차 증대되고 있는 건물 에너지 중 전력 소비부분에 대한 상쇄 및 하·동절기의 전력피크 완화에 기여할 수 있음

○ 환경친화적 요소기술의 도입으로 인한 건물 부가가치 상승뿐만 아니라 신축 또는 기존 건물의 개보수에 적용 가능하므로 잠재성이 매우 큼


□ 정부는 신재생에너지 설비의 설치비 일부를 지원해주는 그린홈 100만호 보급 사업을 추진하고 있으며, ‘2030년 에너지 신산업 확산전략’(2015년 11월에 발표)에 따르면 2025년부터 국내 신축되는 건물이 모두 제로에너지 빌딩으로 건축되어야 한다고 발표함

○ 에너지관리공단에서 추진하고 있는 그린홈 100만호 보급사업은 태양광, 태양열, 지열, 소형풍력, 연료전지 등 신재생에너지 설비를 주택에 설치할 경우 설치비의 일부를 정부가 보조해주는 사업임

○ 산업부에서 발표한 2030년 에너지 신산업 확산전략은 민간 주도로 추진되는 신재생에너지설비 대여사업을 통해 2030년까지 총 40만 가구로 확대하고 지역별 계통설비도 단계적으로 확충해 신재생에너지의 확산에 대응할 방침


□ 정부에서는 2025년부터 제로에너지 건물을 의무화할 계획이며, 건물단위에서 제로에너지 건물을 달성하기 위해서는 패시브 기술과 액티브 기술 및 신재생에너지 기술의 접목이 필수적임

○ 패시브 기술 : 고단열·고효율 제품을 사용해 외부로 새어나가는 에너지 억제하는 기술

○ 액티브 기술 : 태양광, 태양열이나 지열 등 친환경적인 방법으로 스스로 에너지를 생산하는 기술

나. 범위 및 분류


(1) 가치사슬


□ 후방산업은 BIPV 제품의 소재가 되는 태양전지 소재산업 및 유리산업, 건축자재산업 등이 있을 수 있고, 신재생에너지 금융지원 산업 등으로 구성됨

○ 전방 및 후방 모두에 산업파급효과가 큰 수준이며, 국내 태양광발전 시스템 기술은 벨류체인의 제품 계열구조 부문에서 기술경쟁력, 규모의 경제 등 독보적인 경쟁력을 확보하거나, 아니면 전략적 제휴를 맺거나 수직계열화를 통해 경기변동에 대응하고 있음


□ 태양광발전 시스템을 주도하던 Utility 규모에서 중소규모로 전환되고 있는 시점에서 다양한 태양광발전 시스템에 대한 요구가 증대되고 있음. 전방산업으로서 신재생에너지산업, 태양광산업, 분산발전산업, 에너지저장시스템(ESS : Energy Storage System)산업, 에너지신산업, 제로에너지빌딩산업 등으로 구성됨

[ 건물일체형 태양광 발전 시스템 품목 산업구조 ]


후방산업

건물일체형 태양광 발전 시스템

전방산업

태양전지 소재산업,

건축자재산업, 유리산업,

신재생에너지 금융지원산업

건물일체형 태양광(BIPV) 기술,

건물일체형 태양광열(BIPVT) 기술

신재생에너지산업, 태양광산업,

분산발전산업, ESS산업,

에너지신산업,

제로에너지빌딩산업


(2) 용도별 분류

□ 건물일체형 태양광 발전 시스템 산업은 전력을 생산하는 태양광 모듈 기술(BIPV용), 생산된 전력을 효율적으로 관리할 수 있는 전력제어 기술, 설치된 시스템의 성능 평가, 신뢰성 평가 등을 수행할 수 있는 BIPV 관련 기술 및 건물 맞춤형 융‧복합 제품화 기술로 구분

3. 환경분석


가. 시장 현황 및 전망


(1) 개황


□ 건물 에너지 관리 및 효율 제고에 관한 수요 증가

○ 전 세계적으로 건물이 소비하는 에너지는 평균 33%(유럽 40%, 한국 24%) 정도로, 2050년까지 전 세계 인구의 70%가 도시에 살게 되며, 현재 도시는 전 세계 온실가스 배출량의 70%를 차지할 것으로 예상됨

○ 건물의 운영을 위한 에너지 생산에는 많은 비용이 들어가며, 운송 부문에서 배출되는 온실가스보다 많은 양의 온실가스를 배출함. 이로 인해 최소한의 에너지를 소비하도록 공학적으로 설계된 친환경 건물에 대한 요구가 증대되고 있음

○ 지난 10년 동안 태양광발전 가격이 40% 이상 하락하였으며, 이는 태양광 제품에 대한 수요를 증가시킴. 태양광 설비에 대한 보조금 제공, 많은 공급업체 간의 경쟁으로 인해 가격이 하락함

○ 태양에너지 소비 및 설치와 더불어 에너지 인증에 관한 요구사항이 꾸준히 증가


□ 공공 주도에 의한 BIPV 시장 성장

○ FIT(Feed-in Tariffs,발전 차액지원) 제도는 세계 태양광 시장 성장에 기여한 주요 정부정책으로 향후 선도국을 중심으로 정책 다각화가 전망됨

○ 미국 정부는 청정에너지 보급・확대 정책에 기초하여 재생에너지 전원개발에 대한 지원을 확대하고, 규제를 개선함

○ 중국은 BIPV 사업이 몇 년 전부터 대기업 위주로 시작되었으나, 2020년 들어 국가정책, 비용절감, 기술발전, 탄소배출저감 등을 이유로 시장이 본격 확대

○ 국내의 경우 산업통상자원부, 지방자치단체 등이 주도하는 신재생에너지 도입 의무화 정책이 시장 성장의 원동력이 되고 있음

□ 적용 분야의 확대

○ 태양광발전 산업은 소규모의 에너지 자립화와 주택․건물을 대상으로 설치되는 분산형 발전, 대규모 전력생산용 발전, 우주 및 통신위성에서 사용되는 전력 생산 등 적용분야가 다양함

○ BIPV는 건축자재 비용절감, 건물과 조화로 건물 부가가치 향상, 조망확보에 따른 건축적 응용측면에서 잠재성이 우수하다고 평가되어, BIPV 설치가 증가되고 있는 추세임

(2) 관련 시장 규모 및 전망


① 세계 시장


□ 2021년 27억 달러였던 건물일체형 태양광 발전 시스템 세계시장 규모는 2027년 93억 4,800만 달러로 증가할 것으로 전망됨

○ 2021년부터 2027년까지의 연평균 성장률은 23.0%로 전망


[ 건물일체형 태양광 발전 시스템 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 달러, %)

구분

‘21년

‘22년

‘23년

‘24년

‘25년

‘26년

‘27년

CAGR

(‘21∼’27)

세계시장

27.00

33.21

40.84

50.24

61.79

76.00

93.48

23.0


* 출처 : 건물일체형 태양광 산업생태계 활성화 방안_산업통상자원부(‘22. 10)



② 국내 시장


□ 2021년 1억 3천7백만 달러였던 건물일체형 태양광 발전 시스템 국내 시장 규모는 2027년 4억 3천육벡만 달러로 증가할 것으로 전망됨

○ 2021년부터 2027년까지의 연평균 성장률은 21.2%로 전망


[ 건물일체형 태양광 발전 시스템 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

구분

‘21년

‘22년

‘23년

‘24년

‘25년

‘26년

‘27년

CAGR

(‘21∼’27)

국내시장

137.65

166.84

202.21

245.07

297.03

360.0

436.32

25.9


* 출처 : 건물일체형 태양광 발전 시장_INNOPOLIS(‘21. 5)

나. 기술개발 동향


(1) 개황


○ BIPV 시스템은 건물에 태양광발전 모듈(전지판)을 설치해 전기를 자체 생산하는 기술로써, 건물의 외벽, 창호, 발코니, 지붕 등에 태양광발전 모듈을 설치할 수 있도록 개발된 신개념 건축 외장 시스템임

○ 전 세계적으로 BIPV 기술 개발이 활발해지면서 BIPV 제품이 다양해지고 있음

○ 건물이라는 특수한 공간에 적용되므로, 제한된 설치 공간에서 최대한의 발전효율이 구현될 수 있도록 개발되고 있음


□ 연료감응형 태양전지

○ BIPV는 제한된 공간에서 최대전력을 얻기 위해, 모듈의 고효율화와 대규모 건물 외피에 적용이 가능하도록 대면적화 기술이 요구되며, BIPV 모듈에 적용되는 염료감응형 태양전지의 기술개발이 활발히 진행되고 있음

○ 염료감응형 태양전지는 심미성을 바탕으로 BIPV 용도에 적합한 소자 방식임

○ ’22년 6월 로마 토르 베르가타 대학교(University of Rome Tor Vergata)의 유기금속 화합물 과학 연구소는 손실 저감 및 장치적 견고성 상의 균형을 고려한 BIPV용 반투명 염료감응형 태양광 모듈을 개발함


□ 페로브스카이트 태양전지

○ 실리콘 태양전지를 뛰어넘는 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지는 유리창호형 태양전지로 반투명하고 가벼워, 이름 그대로 유리창이나 벽 등에 부착하기 용이


□ 유기 태양전지

○ 건물 외벽, 창가 및 발코니 등에 설치하는 BIPV 시스템은 roll-to-roll 공정 여러 가지 코팅기술을 적용하여 대면적 소자 제작이 용이한 유기 태양전지의 장점을 부각시킬 수 있는 적용 분야 중 하나로 유기 태양전지의 기술개발이 활발히 진행

○ BIPV 모듈에도 창호 단열성능 문제가 동일하게 적용되고 있음. 이 성능을 충족시키기 위해 모듈의 단열성능뿐만 아니라 Window & Curtain Wall 자체의 단열성능을 높이는 기술개발이 이뤄지고 있음

○ BIPV 시스템에서 모듈은 고 투과율 모듈의 확보가 시급하며, 태양전지의 신뢰성 확보는 산업화, 상용화를 위하여 반드시 해결해야 하는 요소기술임

○ BIPV 시스템의 설치형태가 일체형의 경우 건축물의 형상과 조화를 이뤄야 하고 발전량을 극대화할 수 있도록 설치지역의 방위각, 경사각을 참고해야 하며, 방수, 기말, 채광, 단열 등의 1차적 성능과 내풍압, 방습, 열팽창 등의 2차 성능을 만족시키는 창호, 커튼월, 지붕재, 벽체, 케노피, 테라스가 개발되어야 함

○ 고효율 PV 모듈을 건축외장재로 일체화하기 위해서는 법규, 구조, 시공, 안전, 내구성 등 수 많은 건축적 요구사항들이 검토되어야 하며, 건물외피로 일체화되려면 단열성능, 채광, 차음성능 등 건축 환경적인 인자도 종합적으로 평가되어야 함


양면형 태양전지

○ 양면형 태양전지는 모듈 전면뿐만 아니라 후면을 통해서도 발전할 수 있으며 건물일체형 태양광 모듈의 발전량을 높이기 위해서 단면형 태양전지가 아닌 양면형 태양전지를 접목한 건물일체형 태양광 모듈을 적용할 경우 입사된 빛을 더 효율적으로 사용할 수 있음

○ 양면수광이 가능하여 발전량을 증가되는 장점을 지닌 양면형 BIPV에 대한 수요가 높아지고 있으며 BIPV에서 얻을 수 있는 출력을 높이기 위해 후면 반사광을 증가시키는 방향과 건축물의 기능을 해치지 않고 동일기능을 하면서 출력을 높이는 방향에 대한 연구가 진행 중임

○ 양면수광 태양전지의 경우 후면으로 입사되는 빛도 발전량 상승으로 이어지기 때문에 후면 반사에 대한 연구가 진행되고 있음

투광형 태양전지

○ 한국과학기술연구원의 국내연구진은 발전성능 및 장기안정성이 뛰어난 Cu(InGa)Se2(CIGS) 화합물 박막소재 투광형 태양전지 기술을 개발함

-CIGS 화합물 태양전지는 기존에 주로 사용된 결정질 실리콘 태양전지 수준의 고효율(23.4%) 광발전성능과 안정성을 갖추었지만 창으로 활용하기엔 불투명한 한계가 존재했음

-소재 전면 투광도를 높이기 위해 레이저 공정(수 마이크로미터 크기까지 55)에칭이 가능)을 적용하여 육안으로는 구분이 어려운 크기로 불투명한 박막소재를 제거하고 광투과가 가능한 미세패턴을 균일하게 형성함

-레이저 에칭공정의 효율을 높이기 위해서 CIGS 박막태양전지 뒷면 전극을 통한 레이저 조사가 가능하도록 기존 불투명한 몰리브데늄에서 투명한 ITO(인듐주석산화물) 적용이 필요하여 ITO 후면전극에 10 나노미터 두께의 은(Ag) 전구체를 적용해 계면의 전기저항을 낮추고 양면이 투명한 CIGS 박막 태양전지 셀 구조에서 고출력 광발전이 가능한 기술을 개발함

○ 투광형 태양전지는 이미 상용화된 CIGS 소재 활용으로 인해 기술의 실용화가 매우 용이하며 가격경쟁력이 우수함

-투광형 태양전지 모듈은 투과도 제어가 자유롭고 광발전 출력이 높아 건물에서 요구하는 투과도 수요를 맞추고 더 많은 전기를 만들어 낼 수 있으며 레이저 에칭에 의한 투광패턴을 100 마이크로미터 이하로 작게 형성할 수 있기 때문에 심미적으로 우수한 창호 제작이 가능함

-투광형 태양전지는 광발전성능 저하가 없기 때문에 현재 건물 창호로 사용 중인 유리를 태양전지로 대체하거나 기존 유리에 태양전지를 추가하는 등 바로 활용할 수 있음


[ 투광형 CIGS 모듈의 창호 적용 예(건물 모형) ]


* 출처 : 유리 없이 붙이는 '태양광 창문' 현실로…KIST "투광형 태양전지 개발"_머니투데이(‘22. 7)

(2) 주요 기술개발 동향


① 해외 기업

○ (Canadian Solar, 캐나다) 캐나다의 Canadian Solar는 태양광 모듈, 독립형 태양 에너지 솔루션 및 태양 에너지 저장 시스템을 제공, 설치 및 유지 관리 서비스를 제공


○ (First Solar, 미국) 미국의 First Solar는 Harold McMaster에 의해 설립되었으며, 2010년 기준 세계에서 두 번째로 큰 태양광 모듈 제조업체로, 2011년 Forbes가 선정한 미국에서 가장 빠르게 성장하는 25개 기업 중 1위를 차지

○ (Heliatek, 독일) 독일의 Heliatek는 건설 부문을 위한 태양 에너지 솔루션을 제공하 있으며, 건물일체형 태양광발전 제품/서비스로는 HeliaSol이 있음

○ (Wuxi suntech Power, 중국) 중국의 Wuxi suntech Power는 10㎿ 생산설비로 태양광 모듈 제조를 시작하였으며, 2006년에는 건물일체형 태양광발전 모듈을 전문으로 하는 일본의 대표적인 태양광 모듈 제조업체인 MSK를 인수

○ (Yingli Green Energy Holding, 중국) 중국의 Yingli Green Energy Holding는 잉곳 주조와 웨이퍼를 통한 태양전지 생산과 태양전지 패널 조립에 이르기까지 태양광의 전반적 생산에 관여

○ (Schuco, 독일) 독일의 Schuco는 창호회사로, 건축 파사드, 창호, 문, 태양열 관련 제품을 생산함

○ (Sharp Energy Solutions Corporation(SESJ), 일본) 일본의 SESJ는 Sharp의 에너지 사업을 인수하고, 인도네시아 태양광발전소 수주를 시작으로 해외사업을 확대하고 있음

○ (Hanenergy, 중국) 중국의 청정에너지 전문 기업인 Hanenergy는 최근 혁신적인 건물일체형 태양광 모듈 시스템(BIPV)로 건물 외벽을 둘러싸는 프로젝트인 HanWall 설치를 마쳤다고 밝힘

② 국내 기업


○ (이건창호) 제로에너지건축물을 구현하기 위해 단열성능이 뛰어난 시스템창호와, 알루미늄커튼월, 진공유리 등의 제품을 개발해 보급하고, BIPV 개발 및 건물형 연료전지 보급하고 있음

○ (에스케이솔라에너지) 국내 BIPV 시장에서 연간 1㎿ 이상의 물량을 제작 납품하고 있음. 국산화 컬러 BIPV 모듈은 컬러의 심미적 효과와 출력 저하율을 최소화하였으며, 공급 용이성, 내구성 확보를 통해 BIPV 시장 활성화에 적극 참여 중임

○ (한화건설) 국내 최초로 건물일체형 디자인 태양광모듈을 개발하였음. 기존 사각형 형태의 태양광모듈에서 4가지 타입의 디자인을 개발

○ (현대중공업 그린에너지) 노면에 적용 가능한 특수 태양광 모듈인 솔블록을 개발하였음

○ (한축테크) 태양광 블록은 블록 표면에 렌즈 어레이를 형성시켜 기존의 태양전지 모듈과 같은 수준 이상의 발전 효율을 얻을 수 있도록 설계하였으며, 특히 태양전지 모듈을 블록과 일체형으로 제작하였음

○ (SG에너지) 건축외장재로 사용되고 있는 복합패널과 가장 흡사한 파스텔톤의 컬러 및 질감을 사용하면서 건축 시장에서 각광받고 있음

○ (알루이엔씨) 알루이엔씨의 주력제품으로는 박막형 BIPV와 컬러 결정형 BIPV가 있음

○ (중앙강재) 1988년부터 지붕자재만을 생산해 온 기업으로 기존 지붕재 및 타 지붕재의 단점을 보완한 ‘태양광 금속기와’를 판매 중

○ (코에스) 2021년 1월 BIPV 모듈 생산 전문기업 코에스(KOES)는 ‘컬러 디지털 프린팅 BIPV’ 제품에 국내 최초로 컬러 BIPV 모듈의 KS 인증을 획득하면서 코에스의 컬러 BIPV 모듈의 높은 기술력과 품질을 인정받음

○ (에이비엠) 에이비엠의 ABM BIPV ROOF SYSTEM은 PV모듈을 지붕마감재로 이용해 기존의 ART GREEN PANEL과 결합한 BIPV시스템으로, PV모듈이 지붕의 기능과 전기 생산을 동시에 실시해 수익창출과 친환경 건물의 가치 향상에 기여한다는 장점을 가진 신기술

③ 국내 연구개발 기관


□ 대표 연구개발 기관



[ 분산전원 연계 태양광 운영 시스템 주요 연구조직 현황 ]

분류

상세내용

한국에너지기술연구원

■LVDC, MVDC 및 HVDC용 고성능 전력변환시스템 개발

■신재생에너지/분산전원 기반 스마트그리드 연계형 스마트 PCS 개발

■태양광 시스템 최적화 기술 개발

■고심미성 컬러 BIPV 모듈 제조 기술 개발

■건물에너지 효율화를 위한 재생에너지 융복합 외장재 및 열공급시스템 개발

■고효율 대면적 초경량·유연 무독성 CIGS 박막 태양전지 기술개발

한국건설기술연구원

■창호형 및 난간 일체형 태양광발전 시스템 개발

■양반사 다기능 태양광 시스템 개발

■공동주택 세대용 ESS와 연계할 수 있는 건물일체형 태양광발전 설비 개발

한국건설생활환경시험연구원

■BIPV 모듈과 인버터를 연결하는 BIPV 시스템 개발

■KS인증 연구

한국과학기술연구원

■고효율 유무기 박막소재 기반 태양전지 연구 (염료감응 태양전지, 폴리머 태양전지, 박막 실리콘 태양전지)

■연성 하이브리드 에너지/전자소재, 소자 연구

■표면기능성 및 나노구조 하이브리드소재 연구

■분산전원응용을 위한 태양전지 고부가 기능화 기술 연구

■CIGS 박막태양전지 기반 고효율 투광형 태양전지 모듈 원천기술

한국생산기술연구원

■Si계, CIS/CZTS계 및 나노 구조 개발

■태양광-이차전지-연료전지 융복합 연구

■태양광 시스템의 제조 및 검사기술 연구

■고효율 태양광 슁글드 셀 기술 개발

공주대학교

■컬러 BIPV 커튼월 시스템의 발전량예측을 위한 해석모델 및 성능평가 기술 개발

■제로에너지건물을 위한 투광형 건물일체형 태양광(BIPV) 시스템의 SHGC 성능평가 기술 개발

프런티어에너지솔루션

■친환경 공정을 적용한 BIPV용 페로브스카이트 모듈 개발

울산과학기술원

■슈퍼 태양전지 실리콘 이론한계 돌파형 (>35%) 이중접합 태양전지 개발

■고안정, 친환경, 고효율 단일접합 태양전지 원천기술 개발

4. 특허 분석


□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석을 통해 아래와 같이 결과 확인


[ 특허 분석 결과 ]

구분

분석 내용

특허동향 분석

특허증가율 분석

주요 국가별로 살펴보면 중국이 가장 활발한 출원활동을 보이는 것으로 조사되었으며, 다음으로 한국, 미국, 유럽, 일본 순으로 분석됨

기술주기 분석

건물일체형 태양광 발전 시스템 기술 분야의 기술 위치를 살펴본 결과, 전체적인 동향은 기술혁신의 주체인 특허출원인수와 기술혁신의 결과인 특허출원건수가 동시에 증가하는 동향이 나타나고 있어서 성장기 단계로 분석됨

특허영향력 분석

건물일체형 태양광 발전 시스템 품목에 대한 주요 출원인들의 경쟁력 분석 결과, 전체국가에서는 DEXERIALS 특허가 상업적 가치가 높은 것으로 평가됨

한국에서는 김태섭의 특허가 질적 수준이 가장 높으며, 에너솔라의 기술영향력 및 시장확보력이 상대적으로 모두 높은 것으로 분석됨

기술동향 분석

기술개발동향 변화분석

건물일체형 태양광 발전 시스템 품목에 대한 지난 20년간의 특허 주요 기술 키워드 분석 결과, 태양광발전을 위한 ‘Solar Panel’ 및 ‘Solar Cell Panel’ 키워드가 도출된 것으로 조사됨

기술현황 분석

건물일체형 태양광 발전 시스템 품목은 섹션 E 고정구조물 (35%), 섹션 H 전기 (29%) 기술분야의 비중이 높은 것으로 나타났으며, 그중에서도 개구부를 위한 고정(固定) 또는 가동(可動) 폐쇄 부재 일반(E06B)과 적외선, 가시광선 또는 자외선의 변환에 의한 전력의 발생(H02S)의 분야에서 집중 연구가 진행되고 있는 것으로 분석됨

기술집중력 분석

건물일체형 태양광 발전 시스템 품목은 기술 집중화 정도가 높지 않은 상태이므로 시장진입이 어렵지 않은 것으로 분석됨

주요 출원인 분석

출원인 동향 분석

건물일체형 태양광 발전 시스템 품목의 주요 출원인을 살펴보면 일본, 한국, 중국 국적의 출원인이 다수 포함되어 있으며, 제 1출원인은 일본의 PANASONIC인 것으로 조사됨

주요 출원인 기술 키워드 및 주요 특허 분석

PANASONIC은 Negative Electrode, Positive Electrode, Dc Converter 등의 키워드가 도출되었으며, 태양광 발전 패널에 관련된 기술력이 높은 것으로 조사됨

DEXERIALS는 Optical Layer, Optical Layer Formed, Metal Layer 등의 키워드가 도출되었으며 유리창부재 및 차광장치에 관련된 기술력이 높은 것으로 조사됨

이건홀딩스는 태양전지 창호, 염료감응 태양전지, 태양전지 모듈 등의 키워드가 도출되었으며, 염료감응 태양전지모듈을 구비한 윈도우에 관련된 기술력이 높은 것으로 조사됨

□ 4개 평가지표(활동도, 부상도, 시장력, 영향력)에 따른 정량적 분석 결과는 아래와 같이 도출


[ 평가지표/ 정량적 분석 ]

평가지표

한국

미국

유럽

일본

중국

전체

중소기업

특허 활동도

35.2

25.6

13.6

7.6

9.5

100.0

특허 부상도

99.6

100.0

46.4

42.5

67.9

92.5

특허 시장력

18.5

17.9

50.2

100.0

63.2

17.0

특허 영향력

30.9

30.7

100.0

41.4

36.2

6.1


상대적 기술경쟁력

85.5

80.8

97.5

88.8

82.0

100.0

*각 평가지표 값은 원 계산 값에 상대적 비교의 편의성을 위해 최고점 100점으로 환산한 값이며, 상대적 기술경쟁력은 각 평가지표의 가중치를 1:1로 반영하여 평균값을 도출한 것임



[ 주요 특허 선별지표 ]

선별지표

가중치

패밀리 특허 수(A)

2

피인용 횟수(B)

2

발명자 수(C)

2

청구항 수(D)

1.5

등록 여부(E)

1.5

IPC 수(F)

1


선별지표 최종 계산식

(A+B+C)X2 + (D+E)X1.5 + (F)X1

5. 기술개발 로드맵


□ 전략품목에 대한 핵심기술 및 개발목표 등을 토대로 기술개발 로드맵 구축



[ 「건물일체형 태양광 발전 시스템」 기술개발 로드맵 ]

중분류

핵심기술

기술

요구사항

개발목표

최종목표

1차년도

2차년도

3차년도

BIPV 요소기술

디지털 사이니지 활용 운영 시스템 구축 기술

BIPV 시스템을 ICT 연계하여, 태양광 발전 뿐만이 아니라 건물 냉난방과 환기, 공조 시스템과 연계하여 제로에너지 빌딩 정책에 부합하고, 건물 입면확용하여 미디어 파사드 방식으로 영상정보를 전달할 수 있는 고부가가치화 기술 개발

제로에너지 빌딩 등 에너지 절약 건물의 HVAC 시스템 등과 연계한 BIPV 시스템 개발

제로에너지 빌딩 등 적용처에 실증시험. 실증 기간 중 안전 성능 확보 및 실증결과 분석

적용처에 미디어 파사드 기술을 이용한 디지털 사이니지 적용 BIPV 기초연구 실시 및 기초 실증 시행

제로 에너지 빌딩 적용 BIPV 실증 및 기초 연구 실시

맞춤형 발전 설비 구축 기술

건축물이나 구조물에 적합한 내화성능을 갖는 표준모델 개발 및 노후 지붕 리모델링 BIPV 기술

건축물이나 구조물에서 요구되는 내화성능 확보를 위한 BIPV 표준모델 개발

노후 지붕 리모델링 BIPV 설계 및 시공 기술 개발

공인 성능 시험 등을 통한 제품 개선 및 공인기관 평가 또는 인증획득, 제품화 완료

준불연 이상 내화성능을 갖는 표준모델 및 시공 기술의 확보


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