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표제지
국문초록
목차
I. 서론 12
1.1. 연구의 배경 및 목적 12
1.2. 연구의 방법 및 범위 15
II. 문헌고찰 17
2.1. 초고층 건축물 현황조사 17
2.1.1. 초고층 건축물의 정의 17
2.1.2. 국내·외 초고층 건축물 태양에너지 사용현황 19
2.1.3. 국내 초고층 건축물 적용 Glazing 반사율 조사 22
2.2. 건축물일체형태양광발전시스템(BIPV) 26
2.2.1. 태양광발전시스템 26
2.2.2. 건축물일체형 태양광발전시스템(BIPV)기술 현황 33
III. 초고층 건축물의 BIPV시스템 Zoning 설계방안 34
3.1. 초고층 건축물 BIPV 설계 기술 34
3.1.1. BIPV 설계 고려사항 34
3.1.2. BIPV 설계 기술의 문제점 35
3.2. 초고층 건축물의 일사량 분석 36
3.2.1. 실측을 통한 일사량 변화 추이 검토 36
3.2.2. 실측 데이터를 활용한 Ecotect 일사량 시뮬레이션 검증 45
3.3. 초고층 건축물의 BIPV 설계방안 48
3.3.1. BIPV 설계를 위한 일사량 시뮬레이션 49
3.3.2. 일사량 분포에 따른 BIPV 용량 및 Zoning 설계 52
3.3.3. BIPV 분산형 Inverter설계방안의 발전량 평가 55
3.3.4. 소결 65
IV. 초고층 건축물 적용 BIPV의 빛반사로 인한 글레어 영향 평가 66
4.1. 초고층 건축물 빛반사 실측 66
4.1.1. 대상 건축물 개요 66
4.1.2. 빛반사로 인한 글레어 실측 방안 68
4.1.3. 빛반사 실측 결과 및 글레어 영향 분석 72
4.2. Radiance 프로그램을 통한 빛반사 시뮬레이션 75
4.2.1. 프로그램 개요 75
4.2.2. 대상 건축물 외피의 빛반사로 인한 글레어 영향 평가 76
4.3. BIPV 시스템의 빛반사로 인한 글레어 평가 분석 87
4.3.1. BIPV 글레어 평가 모델링 87
4.3.2. BIPV의 빛반사로 인한 글레어 평가 및 비교분석 88
4.3.3. 소결 94
V. 결론 97
참고문헌 99
부록 102
Abstract 106
〈표 1.1〉 선진국 건축물 부분 온실가스 저감 목표 13
〈표 2.1〉 국가 별 초고층 건축물의 기준 18
〈표 2.2〉 국내 초고층 건축물 태양광 적용 사례 19
〈표 2.3〉 전 세계 초고층 건축물의 건설 동향 20
〈표 2.4〉 국외 초고층 건축물 태양광발전 적용 사례 21
〈표 2.5〉 국내 건축물 외피 적용 유리 사례 23
〈표 2.6〉 유리 종류별 광학적 특성1 24
〈표 2.7〉 유리 종류별 광학적 특성2 25
〈표 2.8〉 태양전지 자체의 특성으로 인한 발전 손실 30
〈표 3.1〉 대상 건축물 개요 36
〈표 3.2〉 측정 개요 37
〈표 3.3〉 대상 건축물의 설치 높이 38
〈표 3.4〉 측정 장비 39
〈표 3.5〉 수직면 일사강도 측정 값 44
〈표 3.6〉 수직면 일사량 시뮬레이션 값 46
〈표 3.7〉 대상 건축물 방위별 연간 적산 일사량 비교 50
〈표 3.8〉 분산형 Inverter설계방안 I 53
〈표 3.9〉 분산형 Inverter설계방안 II 54
〈표 3.10〉 ISO TRY 부산지역 기상데이터 정리 56
〈표 3.11〉 분산형 Inverter설계방안 I에 따른 발전성능 분석 58
〈표 3.12〉 분산형 Inverter설계방안 I의 발전량 시뮬레이션 59
〈표 3.13〉 분산형 Inverter설계방안 II에 따른 발전성능 분석 60
〈표 3.14〉 분산형 Inverter설계방안 II의 발전량 시뮬레이션 61
〈표 4.1〉 건축물 개요 67
〈표 4.2〉 측정 방안 68
〈표 4.3〉 측정기구 비교 70
〈표 4.4〉 LMK LabSoft 휘도 분석 프로그램 71
〈표 4.5〉 Minolta 조도계 성능 71
〈표 4.6〉 휘도 측정 분석1 73
〈표 4.7〉 휘도 측정 분석2 74
〈표 4.8〉 빛반사 시뮬레이션과 실측 비교 77
〈표 4.9〉 천공 조건(서울) 79
〈표 4.10〉 기존 외피의 빛반사 시뮬레이션(관측점A) 80
〈표 4.11〉 기존 외피의 빛반사 글레어 평가(관측점A) 81
〈표 4.12〉 기존 외피의 빛반사 시뮬레이션(관측점B) 82
〈표 4.13〉 기존 외피의 빛반사 글레어 평가(관측점B) 83
〈표 4.14〉 기존 외피의 시뮬레이션(관측점C) 84
〈표 4.15〉 기존 외피의 빛반사 글레어 평가(관측점C) 85
〈표 4.16〉 BIPV 빛반사 시뮬레이션(관측점A) 88
〈표 4.17〉 BIPV 빛반사 글레어 평가(관측점A) 89
〈표 4.18〉 BIPV 빛반사 시뮬레이션(관측점B) 90
〈표 4.19〉 BIPV 빛반사 글레어 평가(관측점B) 91
〈표 4.20〉 BIPV 빛반사 시뮬레이션(관측점C) 92
〈표 4.21〉 BIPV 빛반사 글레어 평가(관측점C) 93
[그림 1-1] 선진국 건축물 부문 에너지 저감 목표 12
[그림 1-2] 연구의 흐름도 16
[그림 2-1] n형과 p형 반도체 26
[그림 2-2] 태양광발전의 원리 27
[그림 2-3] 태양광 시스템 구성 28
[그림 2-4] 독립형 시스템 28
[그림 2-5] 계통 연계형 시스템 28
[그림 2-6] 일사 강도의 영향 29
[그림 2-7] 온도의 영향 29
[그림 2-8] 태양광발전 DC/AC 변환과정 등가회로 30
[그림 2-9] Inverter 연결을 통한 DC/AC 변환 31
[그림 2-10] 부정합(Mismatch)현상으로 인한 발전량 저하 32
[그림 3-1] Inverter 용량에 따른 경제성 비교 35
[그림 3-2] 대상 건축물 조감도 36
[그림 3-3] 일사량 Sensor 설치 위치 37
[그림 3-4] 일사량 측정 연결 구성도 38
[그림 3-5] 일사량 현장 측정 40
[그림 3-6] 2011년 4월 9일 측정데이터 41
[그림 3-7] 2011년 4월 10일 측정데이터 41
[그림 3-8] 2011년 4월 11일 측정데이터 42
[그림 3-9] 2011년 4월 12일 측정데이터 42
[그림 3-10] 2011년 4월 13일 측정데이터 42
[그림 3-11] 2011년 4월 14일 측정데이터 43
[그림 3-12] 2011년 4월 15일 측정데이터 43
[그림 3-13] 2011년 4월 16일 측정데이터 43
[그림 3-14] 높이에 따른 수직면 일사강도 변화 추이 44
[그림 3-15] 일일 평균 일사량 시뮬레이션 46
[그림 3-16] 높이에 따른 수직면 일사량 변화 추이 47
[그림 3-17] 실측 및 일사량 시뮬레이션 일사량 경향 비교 47
[그림 3-18] BIPV 분산형 Inverter설계의 발전성능 평가 흐름도 48
[그림 3-19] 대상 건축물 방위별 연간 적산 일사량 시뮬레이션 49
[그림 3-20] 연간 적산 일사량 분포 51
[그림 3-21] 태양전지 상세도 및 Detail 52
[그림 3-22] 대상 건축물 BIPV 설계방안 I 53
[그림 3-23] 대상 건축물 BIPV 설계방안 II 54
[그림 3-24] 부산지역 위치 및 기상데이터 입력 55
[그림 3-25] BIPV 태양전지 모듈 스팩 입력 56
[그림 3-26] Unit형 BIPV 적용 태양전지 스팩 57
[그림 3-27] 중앙집중식 Inverter설계방안의 발전량 시뮬레이션 64
[그림 4-1] 대상 건축물 조감도 66
[그림 4-2] 측정 위치 69
[그림 4-3] 대상 건축물 3D모델링 76
[그림 4-4] 빛반사 시뮬레이션 및 실측 비교분석 78
[그림 4-5] 관측점(View) 위치 79
[그림 4-6] BIPV 글레어 평가 모델링 87
[그림 4-7] 관측점 A 휘도 비교 94
[그림 4-8] 관측점 B 휘도 비교 94
[그림 4-9] 관측점 C 휘도 비교 95
[그림 4-10] 관측점 A 휘도비 비교 95
[그림 4-11] 관측점 B 휘도비 비교 95
[그림 4-12] 관측점 C 휘도비 비교 96
초록보기 더보기
인류의 생존환경을 위협하고 있는 '지구 온난화'를 규제 및 방지하기 위하여 1997년 12월 11일 발표된 교토의정서에 따라 선진국 38개국들은 2008년부터 2012년까지 온실가스를 1990년 수준으로 5.2% 감축을 의무화 하도록 실행하였다. 온실가스 배출량이 세계 10위, 온실가스 배출증가율은 OECD 국가 중 4위인 한국은 건축물 부문에서 차지하는 에너지 소비량이 전체 에너지소비량의 25%를 차지하며 이를 감축하기 위하여 2011년 4월 13일 '신·재생에너지 이용 건축물 인증제도'를 첫 도입하였다. 친환경적 건축물을 건설하기 위해 다양한 형태의 신·재생에너지를 적용되고 있으며, 특히 초고층 건축물을 건설함에 있어서 신·재생에너지를 활용한 에너지절약기술은 선택이 아닌 의무적인 요소기술이다. 신·재생에너지 분야 중 건축물일체형 태양광 발전시스템(BIPV)은 초고층 건축물 외벽의 수직 확장으로 인해 일반 건축물 보다 현저하게 높은 용량으로 설치 할 수 있을 뿐 만 아니라 건축물의 마감재를 절감하는 장점을 가지고 있어 적용이 지속적으로 증가하고 있다.
본 연구에서는 초고층 건축물 BIPV 시스템 설계에 대한 개선방안을 모색하고자 DC/AC 변환 장치인 Inverter설계를 중심으로 기존의 중앙집중식 Inverter설계방안의 문제점을 제시하고 발전효율을 향상 시킬 수 있는 BIPV 시스템의 Inverter 설계에 대한 개선방안을 도출하였다. 또한, 초고층 건축물의 외장재 역할로써의 BIPV에 대한 주간 빛반사로 인한 글레어의 영향을 평가하였다.
본 연구 내용을 요약하면 다음과 같다.
1. 초고층 건축물에 BIPV를 설계할 경우, 기존의 중앙집중식 Inverter설계방안을 적용 시 부정합(Mismatch)현상이 증가하여 발전효율이 크게 저하하게 된다. 일사량에 대한 음영의 영향에 초점을 맞추어 부산 해운대 H사 초고층 건축물을 대상으로 저층부, 중층부 및 고층부의 일사량 실측을 진행하였으며, 일사량 변화추이에 대하여 검토하였다.
2. 부산 해운대 H사 초고층 건축물을 대상으로 BIPV 시스템의 2가지 일사량 분포를 고려한 분산형 Inverter설계방안을 제시하였다. PVSYST 프로그램을 통해 발전량 시뮬레이션을 진행한 결과 설계방안Ⅱ는 설계방안Ⅰ보다 발전성능과 경제적 측면에서 더욱 우수한 것으로 평가되었다.
3. 또한, 태양광발전 시스템의 90%를 차지하는 기존의 중앙집중식 Inverter설계방안과의 비교를 진행한 결과 새로 제시한 분산형 Inverter설계방안Ⅱ는 중앙집중식 Inverter설계방안보다 발전량은 연간 3.49 MWh(0.7%) 증가하였고 발전성능은 약 0.8% 상승시켰다.
4. 최근 10년간 초고층 건축물은 비정형 형태가 많이 나타나고 있으며, 이러한 초고층 건축물의 경우 건축물 표면의 입사 일사량의 변화는 더욱 복잡하고 불균일할 것이며, 일사량 분포를 고려한 분산형 Inverter설계방안을 도입한다면 더욱 큰 발전효율의 개선효과를 기대해 볼 수 있다.
5.초고층 건축물의 외피의 빛반사로 인한 글레어 현상을 분석하기 위하여 63빌딩을 대상으로 피해예상지역인 주변 도로에서 휘도측정을 진행하였다. 그 결과 주변 도로의 운전자에 대한 불능 글레어 현상이 심각한 것으로 나타났다. Radiance 빛반사 시뮬레이션 프로그램을 통하여 BIPV 설계 시와 기존 63빌딩의 Glazing의 빛반사 영향을 비교 및 분석한 결과 PV 모듈에 사용되는 투과성이 높고 반사가 적은 저철분 유리의 광학적 특성으로 인하여 기존 Glazing의 빛반사로 인한 글레어 영향보다 개선 된 경향을 나타냈다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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