전세계 태양열시장의 70% 이상이 주택의 온수·급탕용으로 가장 큰 시장을 갖고 있으나 경제성 및 신뢰성, 내구성 측면에서 개선돼야 할 사항들이 많다.
특히 기존의 태양열온수기는 어떠한 경우라도 백업용 보일러와 연계돼야 하며 이로 인한 열손실 증가와 온수를 사용하기 위해 버려지는 물이 많으며 보일러의 잦은 ON-OFF 발생으로 인한 비효율적인 운전 등 보완돼야 할 요소들이 많다.
열과 전기를 동시에 생산하는 태양열‧광 집열기를 사용한 태양열온수기는 생산되는 열과는 달리 생산되는 전기는 계통선과 연계돼 있어 백업용 부하에 용이하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 계절간 대응도 가능하기 때문에 향후 의무화될 제로에너지주택의 열부하 중 가장 큰 온수부하를 자립하는 기기로 적합할 수 있다.
이러한 장점에도 불구하고 태양열‧광 복합 집열기를 사용하는 온수기는 국내외적으로 전혀 연구된 바 없으며 기존 온수기가 갖고 있는 문제점을 포함한 신기술에 대한 다양한 연구가 필요한 상황이다.
국내 최초 태양열‧광 복합 집열기 개발
세한에너지(대표 권영식)은 최근 산업통상자원부 산업기술혁신사업 일환으로 진행된 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심기술사업으로 ‘온수자립형 태양열‧광 복합 일체형온수기 개발’ 과제를 수주했다고 밝혔다.
‘온수자립형 태양열‧광 복합 일체형온수기’의 자립형 온수기 성능은 KS B 8295에 준한 집열성능 및 태양광 생산전력을 이용한 온수생산량을 포함해 일일 온수 열생산능력이 8.4MJ 이상이며 온수기 용량은 △200리터 △300리터 △400리터 용량으로 주택 열부하 100%를 공급하게 된다. 온수축열조의 용량에 따라 태양열·광 모듈 면적 가변 조건이며 적정 설계조건은 기술개발을 진행하면서 설계가이드로 제시할 계획이다.
태양에너지 집열기 출력은 최대에너지출력 600W/㎡ 이상(집열기 대표 즉 입출력평균온도가 외기온도와 동일한 조건에서의 집열성능시험조건 기준이며 열 및 전기에너지 포함 전체에너지출력) 용량이며 태양광에서 생산한 전기를 이용해 축열조 보조(백업용)히터에 전력공급용으로 사용된다.
온수기 축열조는 온도 성층화 향상을 통한 축열조 사용성능(현재 KS B 8295기준, 90%)을 5% 향상하며 태양열, 태양광 통합제어 모니터링시스템 및 보조 히터 스마트 제어 기능도 개발하게 된다.
세한에너지의 관계자는 “태양열·광 복합 집열기를 사용하는 에너지 자립형 태양에너지 온수기는 태양에너지 집열기에서 생산되는 열은 온수를 예열하고 발전되는 전기는 계통선으로 송전했다가 필요 시 온수기 축열조 상단부를 원하는 온도(일반적으로 50℃ 전후)까지 승온시켜 공급하는 전기를 보조열원으로 사용하는 자연순환식 태양에너지 온수기”라고 밝혔다.
기대효과는
기존의 개별적으로 설치되는 태양열, 태양광에너지 시스템을 일체화 복합 에너지 사용이 동시에 가능하고 제품크기 및 시공면적이 축소화됨에 따라 사업 대상지 적용처가 다양할 것으로 보인다.
개발제품은 보일러와 연계된 기존 태양열 온수기 시스템대비 열손실 저감 및 보조열원의 작동효율이 최소 10% 이상 향상이 기대된다. 시스템에서 생산되는 전기에너지는 계통선과 연계가 돼 필요에 의해 백업용 에너지로 활용하고 불필요시 계통선으로 전환되는 방식으로 태양열 온수기 시스템의 자립적인 이용에 최적화된다.
세한에너지의 관계자는 “온수자립형 태양열·광 복합 일체형 온수기 시스템을 적용해 설치 시 개별적 태양광, 태양열시스템 설치 시 보다 전체적인 비용절감이 가능하다”라며 “기존 태양열·태양광 모듈의 복합형 대체 제품으로 인한 에너지 효율성 및 경제적 이익효과 창출과 단순화된 복합형 시스템 설비운영으로 인한 편의성 및 사후관리 절감도 효과도 기대된다”고 밝혔다.
이 관계자는 “일체형 시스템으로 시공에 있어 단순화 및 편의성을 확보할 수 있으며 설치공간 또한 2개소에서 1개소로 축소됨에 따라 공간 활용 효과가 탁월하다”라며 “기존에 에너지원별(태양열, 태양광) 개별 설치 시 태양열(7㎡)+태양광(8㎡) 설치면적이 소요되는 반면 온수 자립형 태양열·광 복합 일체형 온수기 적용 시 8㎡ 면적만 필요하다”고 강조했다.
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