'소음 차단+전기 생산', 일석이조 방음벽 나왔다

에너지기술연구원

[아시아경제 김봉수 기자] 기존의 방음벽에 태양광 기능을 융합시켜 열과 전기를 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 강은철 열변환시스템연구실 박사 연구팀이 새로 건설하는 도로·철로의 방음벽과 기존에 설치된 노후한 방음벽에 대체 적용이 가능한 다기능 PVT(Photovoltaic-Thermal) 방음벽 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

기존 방음·차음 기능을 가진 방음벽에 태양광 패널·태양열 집열기를 융합해 전력과 온열을 복합 생산하는 장비다. 내부에 공기유동을 발생시켜 PV 패널의 온도를 낮춰줌으로써 발전량을 증가시키는 동시에 온열을 생산한다.

최근 고속철이나 고속도로가 늘어나면서 도로마다 주거 환경을 보호하기 위해 교통소음 차단용 방음벽이 늘고 있다. 반면 2050 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 태양광 시설이 늘고 있지만 설치 공간이 부족해 논밭을 잠식하고 있는 실정이다.

이같은 상황에서 PVT 방음벽은 교통 소음 차단과 태양광 전기·열 공급이라는 일석 이조의 효과를 낼 것으로 기대된다. 연구팀은 PVT 기술과 방음벽을 결합한 형태의 다기능성 방음벽 기술을 개발했다. 이 기술은 종래의 방음벽 대체 기술로 태양광 패널과 태양열 집열기, 흡음재 등을 활용해 차음과 흡음에 의한 방음 성능 향상은 물론 태양광 패널의 온도를 낮춰 발전량을 증가시키는 동시에 온열을 생산해 활용하는 기술이다. 즉 하나의 PVT에서 방음(차음+흡음) 기능과 전력·온열 생산 기능을 동시에 구현하는 기술이다.

PVT 방음벽 기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음 기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열 구조를 적용했다. 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동화된 운전 제어 기술을 개발했다. 태양광 패널은 전력생산과 차음기능, 흡음재는 단열과 흡음기능, 태양열 집열기 전열구조는 열 회수와 구조 강도를 잡아주는 역할을 하며, 이러한 요소기술들을 하나의 컴팩트형 모듈로 탄생시킨 것이 다기능성 PVT 방음 모듈이다. 아울러, 기존의 노후화된 방음벽을 다기능성 PVT 방음벽 시스템으로 용이하게 교체할 수 있도록 현장 시공 기법을 개발했다.

연구팀은 충남 계룡시에 3 kWe급의 다기능성 PVT 방음벽 시스템을 실증 적용해 지난해 12월부터 시범 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 나타냈다.

또 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 향상되는 것을 확인했다. 아울러 PVT 방음 모듈에서 생산되는 온열은 단위면적(m2) 당 400Wt 이상 확보하는 것을 확인했으며, 생산된 온열은 대합실, 공중화장실, 휴게실, 흡연실 등 공공장소에 난방 및 환기, 온수 예열로 활용이 가능하다.

강 박사는 "국내 방음벽의 총 설치 길이는 약 3200 km로 더 늘어날 것으로 보이며, 이중 1000km 이상에 다기능성 PVT 방음벽 시스템을 설치할 수 있을 것"이라며 "다기능성 PVT 방음벽 기술이 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 본다"고 말했다.

에너지기술연구원은 이번 연구와 관련해 3건을 특허 출원해 1건을 등록했고, 현재 사업화를 추진 중이다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr