R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129910-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 도시 건축의 심미성을 위한 다양한 색상 구현이 가능한 반투과 태양전지 적용 건축외피 모듈 구축 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 한승훈 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
8명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 전남대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
전 세계적으로 청정 친환경에너지의 생산과 소비를 통한 온실가스 배출을 저감하고 도심 에너지 수요에 적극적으로 대응하기 위해 건물일체형 태양광발전(BIPV, Building Integrated Photovoltaics)의 필요성이 증대되고 있으나 현재 적용되고 있는 건물일체형 태양광발전 기술은 결정질 실리콘 태양전지 및 모듈을 사용하기 때문에 설치량에 비하여 실제 발전량이 적고 외부 조망과의 간섭으로 설치 범위가 한정적이며, 불투명하고 한정된 색상으로 인해 건물외관 및 주변 환경과의 조화성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 전력수요가 집중된 도심 건축물의 외피에 도심 일조조건 및 외부환경조건에 맞추어 최적화된 발전 성능을 발현하고 외관과의 조화성을 고려한 디자인적 요소를 갖춘 건물용 태양전지 모듈 기술 확보가 매우 필요하며, 현재 적용가능한 차세대 태양전지 기술은 발전 성능에만 초점이 맞추어져 개발되어 왔기 때문에 건축물 실내의 환경 성능, 건축물 입면 디자인 및 심미성, 도시 분위기 구현 측면에서는 실무 건축가 및 사용자가 선호하는 실질적 건축자재로서의 시범 모델 제시가 시급하다 할 것이다. 이에 이 과제에서는 다양한 색상 구현이 가능한 반투과 태양전지 모듈 개발과 함께, 환경대응형 성능과 심미성을 동시에 갖춘 건축외피 자재로서의 적용가능성에 대한 평가체계를 개발하고자 한다. [최종목표] 이 과제는 맞춤형 투명도 조절 및 색상 구현이 가능한 연료감응형 하이브리드 태양전지 (PV) 모듈 개발을 기반으로 도시 건축 및 환경에 대응하는 성능과 동시에 심미성을 발휘할 수 있는 디자인 요소로 활용 가능한 건축외피 요소기술 개발, 평가체계 수립 및 건축정보모델 구축을 목표로 한다. 이 연구개발을 통해 투명도 조절 및 색상 구현이 가능한 연료감응 유리기판형 태양전지 모듈 개발, 상기 태양전지 모듈 적용 건축물의 에너지 성능, 쾌적성 및 심미성의 통합 평가 체계 및 지침 수립, 상기 태양전지 모듈이 적용된 창호 등 건축외피 시작품 제작, 건축 산업에 활용 가능한 상기 건축외피 표준 모듈 설계 및 3차원 정보모델 (BIM) 구축 등 핵심 성과를 도출하고자 한다. [연구내용 및 범위] 이 과제의 최종목표 달성을 위해 투명도 조절 및 색상 구현이 가능한 연료감응 유리기판형 태양전지 개발이 선행되며, 이를 적용한 건축물의 심미성 및 에너지 등 기능적 측면의 통합 평가를 통해 성능 및 미관이 겸비된 건축물 설계 가이드라인을 도출할 것이다. 또한, 상기 태양전지 모듈이 적용된 창호 등 건축외피 시작품 제작을 통해 사업화가 가능한 표준 모델을 제시하며, 건축 산업분야 지원을 위한 반투과 다기능 태양전지 적용 건축물 설계 및 시공에 활용할 수 있는 정보모델 (BIM) 라이브러리 구축과 적용 가이드라인 수립을 주요 내용으로 수행한다. 각 연차별 주요 연구내용 및 범위는 다음과 같다. 1) 1차년도 1-1. 주관연구기관 : 반투과 태양전지 적용가능 건축물의 입면 요소와 심미성 평가지표 도출 및 분석 방법 수립 - 반투과 태양전지 모듈 적용 건축물 요소 분석, 선행연구 분석, 국내·외 표준 및 인증제도 분석을 통한 입면 요소 도출 - 국내·외 표준 및 인증제도 분석을 통한 심미성과 미적 만족감을 포함하는 정성적 평가방법 체계에 대해 분석하고, 심미성 평가지표를 도출하여 심미성 평가방법 수립 - 반투과 태양전지 모듈이 적용된 건축물에 대한 심미성 평가시스템을 제안하고, 건축 설계 관점에서의 심미적 유효성에 대해 분석 1-2. 공동연구기관 : 적색/녹색/청색 계열 반투과 태양전지 모듈 제작 및 대면적 반투과 태양전지 모듈 제작 - 고효율 적색/녹색/청색 계열 염료 설계, 합성 및 물성 평가 - 상기 합성된 적색/녹색/청색 염료와 디스플레이 제조공정을 활용하여 유리기판형 반투과 태양전지 모듈 시작품 제작 2) 2차년도 2-1. 주관연구기관 : 반투과 태양전지의 건축물 적용 및 설계 지침 수립, 다기능 반투과 태양전지의 건축외피 건자재 성능 평가 및 건축물 설계 지원을 위한 반투과 다기능 태양전지의 건축물 정보모델(BIM) 구축 및 활용 - 1차년도에 개발된 심미성 평가지표를 기반으로 기능적 측면의 정량적 평가를 통합하여 성능 및 미관이 겸비된 건축물 설계 가이드라인을 수립 - 통합된 디자인 평가방법 및 설계지침을 통해 실리콘 태양전지와 반투과 태양전지를 비교·평가하고 디자인적으로 우수한 건축외피 건자재 모델 제안 및 품질 고도화 방안 제시 - 축소모형실험과 Mock-up 실험을 통해 다기능 모듈의 성능 검증 - 다양한 형태에 대한 성능 평가 및 데이터베이스 구축 - 에너지절감 성능 분석: 창호 적용에 따른 태양광 발전량, 건물 총에너지 사용량 저감효과, 냉난방·조명에너지 소비량 및 상호연관성 분석 등 - 현장 건축설계 프로세스에 적용할 수 있는 3차원 기반 건축물 정보모델 (BIM) 라이브러리 구축 - 설계 및 시공분야를 포함한 건축 산업의 주요 분야에 대한 활용 전략 수립 - 반투과 태양전지의 건축 시장 유통을 위한 건자재화 시도 및 대중화를 겨냥한 사업화 모델 제시 2-2. 공동연구기관 : 건축물 입면에 적합한 색상의 반투과 태양전지 모듈 제작, 창호형 광전변환/변색 하이브리드 모듈 설계 및 제작 및 벽체형 광전변환/발광 하이브리드 모듈 설계 및 제작 - 염료 구조와 염료 색상 간의 상관관계 연구: 사용자 맞춤형 염료 설계 - 다채로운 색상의 염료 합성 및 반투과 태양전지 모듈 제작 - 온도 변화에 반응하여 투과율이 달라지는 열변색 소재와 이온 출입에 따라 색상이 변하는 전기변색 소재 기술 융합 - 열변색 소재 선택 및 열변색 층이 코팅된 반투과 태양전지 모듈 제작: 패시브 투광도 조절 - 반투과 태양전지와 전기변색 소자가 융합된 모듈 설계 및 제작: 액티브 투광도 조절 - 건축외피에 적합한 (면)발광소자를 선택하여 반투과 태양전지와 (면)발광소자가 융합된 모듈 설계 및 제작 - 외부 조명 및 디지털 사이니지 성능 평가 |
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| 색인어 | 한글 | 반투과 | 심미성 | 건물일체형 태양전지 | 건축외피 | 건축정보모델 |
| 영문 | Semi-transparent | Aesthetics | BIPV (Building Integrated Photovoltaics) | Building Facade | BIM (Building Information Modeling) | |
| 최종보고서 | 최종보고서_전남대학교(완결_부록포함).pdf | |||||