방음벽으로 전기에 난방까지 해결한다

에너지기술연구원 강은철 박사팀, 다기능 PVT 방음벽 개발
방음벽에 태양전지와 소음 흡음재, 태양열집열기를 융합해 완성
실제 설치해 운영한 결과 방음효과 더 뛰어나고
태양전지 열 회수 시설로 난방에 활용하면서 발전효율 7% 향상

한국에너지기술연구원 열변환시스템연구실 강은철 박사팀이 충청남도 계룡시에 3㎾e급 PVT 방음벽을 설치해 시스템을 테스트하고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 도로나 철로에 설치하는 방음벽이 진화한다. 방음 뿐만아니라 태양전지를 설치해 전기를 만들고 태양전지에서 발생하는 열을 모아 난방으로 활용할 수 있는 태양광-열(PVT) 방음벽 기술이 개발됐다. 이 방음벽은 방음 차단 기준보다 높은 성능을 갖고 있으며, 기존 태양전지 패널의 발전효율보다 최대 7% 높았다.

한국에너지기술연구원은 열변환시스템연구실 강은철 박사팀이 다기능 PVT 방음벽 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

태양광 패널은 전력생산과 차음기능, 흡음재는 단열과 흡음기능, 태양열 집열기 전열구조는 열 회수와 구조 강도를 잡아주는 역할을 한다. 또한 기존 노후화된 방음벽을 다기능성 PVT 방음벽 시스템으로 쉽게 교체할 수 있도록 현장 시공 기법을 개발했다.

강은철 박사는 "국내 방음벽의 총 설치 길이는 약 3200㎞로, 신도시 발전 및 교통소음으로 민원이 많아져 방음벽의 수요는 증가할 것"이라고 전망했다. 또한 "다기능성 PVT 방음벽 시스템 시장은 이 중 음영지역을 고려하더라도 약 1000㎞ 이상 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 다기능 PVT 방음벽 기술을 적용해 충청남도 계룡시에 3㎾e급 PVT 방음벽을 지난해 12월부터 운영 중이다.

이 방음벽은 도로 방음시설의 음향성능 기준에서 소음을 차단하는 성능이 1000㎐에서 37.1㏈(기준 30㏈ 이상), 소음을 흡수하는 성능이 0.83(기준 0.7 이상)으로 기준 대비 높은 성능을 나타냈다.

또한 발전효율은 동일한 환경 설치조건에서 기존 태양광 패널 발전효율보다 6% 이상 높았다. 일반 태양광 패널은 온도가 증가할수록 발전량이 감소한다. 반면 PVT 방음 모듈은 공기유동으로 인해 기존 태양광 패널 온도보다 약 15℃ 이상 낮아 발전량이 향상됐다.

이와함께 PVT 방음 모듈에서 생산된 온열은 1㎡당 400Wt 이상 얻을 수 있었다. 연구진은 이 온열이 대합실이나 공중화장실, 휴게실, 흡연실 등 공공장소의 난방·환기, 온수 예열로 활용이 가능하다고 설명했다.

한국에너지기술연구원 열변환시스템연구실 강은철 박사팀이 PVT 방음벽 시스템을 실증하기 위해 충청남도 계룡시에 설치했다. 에너지기술연구원 제공

한편, 자동차나 고속철 같은 교통수단들이 고속화되고 차량 보유대수가 늘어나면서 교통소음도 덩달아 늘어나고 있다. 이로인해 주거환경을 해치는 주요인으로 대두되고 있다.

이와함께 국가 온실가스 감축 목표 및 재생에너지 3030 정책 등의 실현을 위한 국가 정책에 맞물려 태양광 시장은 매년 10%씩 성장하고 있다. 그러나 최근 설치 공간 부족으로 건물 지붕, 외벽체 뿐만 아니라 산과 논밭에 설치되는 등 국토가 좁아 한계를 보여주고 있다.

이를 감안한 연구진은 PVT 기술과 방음벽을 결합해 다기능성 방음벽 개발에 들어갔다. 다기능성 PVT 방음 모듈은 여러 기술들이 융합됐다.

태양광 패널의 온도 상승에 따른 발전량 저하를 막기 위해 PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 패널의 온도를 낮춤과 동시에 열을 회수하도록 설계했다. 또한 PVT의 외부 열손실을 최소화하기 위해 흡음재를 단열재로 활용해 흡음과 단열 역할을 한다.

이와함께 PVT 방음벽 기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음 기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열구조를 적용했다. 여기에 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동화된 운전 제어 기술을 개발했다.

강은철 박사는 "국가 에너지 정책 실현을 위해 기존 설비를 활용한 다양한 재생에너지 융합 기술이 개발돼야 하며, 다기능성 PVT 방음벽 기술이 좋은 대안이 될 수 있을 것"이라고 말했다.
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