전기·열 생산하고 소리 차단하는 방음벽 개발

한국에너지기술연구원

한국에너지기술연구원 연구진이 전기와 열을 생산하는 방음벽을 개발해 충남 계룡시 도로에 설치하고 운영 중이다. 한국에너지기술연구원 제공

국내 연구진이 태양의 빛과 열을 이용해 전기를 생산하고 방음까지 한 번에 가능한 방음벽을 개발했다. 새로 건설하는 도로와 철로 옆 방음벽뿐 아니라 노후 방음벽 교체용으로도 적용 가능하다.

강은철 한국에너지기술연구원 열변환시스템연구실 책임연구원팀이 16일 흡음·차음, 전기·열 생산 등의 다기능 PVT 방음벽 기술을 개발했다고 밝혔다. PVT(Photovoltaic-Thermal)는 태양광 패널과 태양열 집열기를 융합해 전력과 온열을 복합 생산하는 기술이다. PVT 내부에 공기 유동을 발생시켜, 태양전지 패널의 온도를 낮춰줘 발전량이 증가하는 동시에 온열도 생산할 수 있다.

방음벽의 높은 수요와 태양광 패널 설치 공간 부족 문제를 모두 요구되는 가운데, 강 책임연구원팀은 PVT 기술과 방음벽을 결합한 형태의 다기능성 방음벽 기술을 개발했다. 

연구팀은 우선 태양광 패널의 온도 상승에 따른 발전량 저하를 막기 위해 PVT 내부에 공기 유동을 발생시키는 방법을 활용했다. 이를 통해 패널의 온도를 낮춤과 동시에 열을 회수하도록 설계했다. 또 PVT의 외부 열 손실을 최소화하기 위해 흡음재를 단열재로 활용해 흡음과 단열 역할을 동시에 수행하도록 했다. 

PVT 방음벽 기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음 기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열 구조를 적용했다. 더불어 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동화된 운전 제어 기술도 개발했으며, 기존 노후화된 방음벽을 다기능성 PVT 방음벽 시스템으로 교체할 수 있도록 현장 시공 기법까지 개발했다.

연구진은 시스템 설계와 현장 설치가 적합한 직렬 연계 방식의 시공 기법을 바탕으로 지난해 12월부터 충남 계룡시에 3kWe(킬로와트)급의 다기능성 PVT 방음벽 시스템을 실증 적용해 운영하고 있다.

연구진이 개발한 방음벽은 도로 방음시설의 음향성능 기준에서 차음성능은 1000Hz(헤르츠)에서 37.1dB(데시벨, 기준 30dB 이상), 흡음성능은 0.83(기준 0.7 이상)으로 기준 대비 높은 성능을 나타냈다.

PVT 방음 모듈의 발전효율은 동일한 외기환경 설치조건에서 기존 태양광 패널의 발전효율보다 6% 이상 높았다. 일반 태양광 패널은 온도가 증가할수록 발전량이 감소하는데 PVT 방음 모듈은 공기 유동으로 인해 기존 태양광 패널 온도보다 약 15℃ 이상 낮아 발전량이 향상됐다. 

또 PVT 방음 모듈에서 생산되는 온열은 단위면적(㎡) 당 400Wt(와트) 이상 확보됐다. 생산된 온열은 대합실, 공중화장실, 휴게실, 흡연실 등 공공장소에 난방, 환기, 온수 예열로 활용할 수 있다.

강 책임연구원은 “국내 방음벽의 총 설치 길이는 약 3200km로, 신도시 발전과 교통 소음으로 인해 수요가 증가할 것”이라며 “다기능성 PVT 방음벽 시스템 시장은 이 중 약 1000 km 이상 적용 가능할 것으로 보인다”고 말했다. 

[서동준 기자 bios@donga.com]