BIPV 대 BAPV: 태양광 건물의 보완적인 역할

태양광(PV) 건설은 PV 모듈의 통합 수준에 따라 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 건물부착형 PV(BAPV) 및 빌딩일체형태양광발전(BIPV) . BIPV는 비용과 성능 측면에서 일정한 장점을 가지고 있지만 아직 개발 초기 단계입니다. 기존 건물에 직접 설치할 수 있는 BAPV가 주류를 이루고 있다. 해외 시장과 비교하면 일본, 프랑스, ​​이탈리아, 미국의 BIPV 설치량은 각각 3GW, 2.7GW, 2.5GW, 0.6GW에 도달한 반면, 중국의 경우 2020년 0.7GW에 불과해 앞으로 BIPV 보급률이 높아질 가능성이 크다 . 또한 비즈니스 모델 관점에서 볼 때 BAPV는 주로 PV 제조 회사가 주도하는 프로젝트를 통해 PV 제품의 더 많은 특성을 유지합니다. 반면, BIPV는 건설 전반의 프로세스와 긴밀하게 연계되어 건설사의 EPC 역량에 더욱 의존함으로써 건설 부문에 새로운 성장 기회를 제공합니다. 전반적으로 BAPV와 BIPV는 서로의 장단점을 보완하여 PV 건설 업계의 PV 제조업체와 건설업체 모두에게 상당한 성장 기회를 제공합니다.

설치방식 비교: 건물부착형 태양광발전(BAPV) vs. 건물일체형 태양광발전(BIPV)

건물의 광전지(PV) 응용 분야는 태양 에너지 생성의 새로운 개척지를 나타냅니다. 이 기술은 PV 시스템을 건물의 외부 구조와 통합하여 에너지 효율을 높이고 소비를 줄여 저에너지 패시브 건물을 구현하는 데 중요한 구성 요소입니다. 

통합 정도에 따라 PV 시스템 구축은 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다.

① 건물부착형 태양광발전(BAPV): 기존 건축물에 설치되어 유휴공간을 활용하여 에너지를 생산하는 태양광 발전 시스템을 말합니다. BAPV는 기존 구조물의 개조에 일반적으로 사용됩니다.

② BIPV(Building-Integrated Photovoltaic): 건물 자체와 동시에 설계, 시공 및 설치가 이루어지며 건물 구조와 원활하게 통합되는 PV 시스템을 의미합니다. BIPV 시스템은 전기를 생산할 뿐만 아니라 건물의 미관에도 기여합니다.

공법 비교:

① BAPV: 일반적으로 BAPV 시스템은 특수 브래킷을 사용하여 PV 모듈을 기존 건물 구조에 고정합니다. 이러한 시스템은 주로 건물의 원래 기능에 영향을 주지 않고 에너지 생성 기능을 제공하며 '설치형' 태양광 PV 건물로 간주됩니다.

② BIPV: BIPV 시스템은 건물 건설 단계에서 PV 시스템 지지 구조물, PV 모듈 및 기타 전기 부품을 직접 설치하는 일회성 건설 및 투자 접근 방식을 포함합니다. BIPV 시스템은 전기를 생산할 뿐만 아니라 기존 건축 자재를 대체하여 구조적 구성 요소 역할을 하고 건물의 기능적 요구 사항을 충족합니다.

BAPV와 BIPV의 장점과 단점의 보완, BIPV가 더 큰 경제적 이점 제공

BAPV(건물 부착형 태양광 발전)와 BIPV(건물 일체형 태양광 발전) 시스템은 상호 보완적인 장점과 단점을 가지고 있습니다. BIPV는 일반적으로 더 경제적입니다. 의 강철 구조물 공장 지붕 프로젝트 계산에 Polaris Solar PV Network 따르면 BIPV 지붕 시스템은 자재 비용을 평방미터당 약 164위안으로 절약할 수 있습니다. 추가적으로, BIPV 시스템은 50년 이상의 설계 수명을 가지며, 상당히 포괄적인 경제적 이점을 제공합니다. 구체적인 비교는 다음과 같습니다.

1) 건축미학

·BIPV: 통합형 태양광 발전 시스템인 BIPV는 전체 건축 설계에 통합되어 더욱 응집력 있고 미적으로 아름다운 건물 외관을 구현합니다.

·BAPV: 개조된 시스템이기 때문에 BAPV는 시공 후에 추가되므로 응집력이 떨어집니다.

2) 지붕 하중 지지

·BIPV: BIPV 구조의 지붕은 하중을 지탱하는 간단한 구조로 힘이 명확하게 분배되어 높은 안전성을 보장합니다.

·BAPV: 개조된 특성으로 인해 의 지붕은 BAPV 시스템 보다 복잡한 하중 조건을 경험하며, 이는 장기간의 풍하중 및 변형으로 인해 구조적 안전성을 손상시킬 수 있는 피로 효과를 유발할 수 있습니다.

3) 방수

·BIPV: 주요 수로, 방수 씰 및 기타 요소와 결합된 소수성 유리 패널을 사용하여 포괄적인 지붕 배수 시스템을 형성합니다. 지붕 구조, 후레싱, 채광창 밴드를 모듈식으로 조합하면 탁월한 방수 성능을 얻을 수 있습니다.

·BAPV: 본질적으로 방수 기능을 제공하지 않습니다. 적절한 방수 기능을 갖추기 위해 기존 지붕에 의존합니다.

4) 시공난이도

·BIPV: 중요한 구조 부품인 BIPV는 방수, 단열 및 기타 건축 성능 기준에 대한 높은 기준을 충족해야 하므로 설치가 더욱 까다로워집니다.

·BAPV: 기존 지붕에 PV 구성 요소를 간단히 추가하면 설치가 비교적 간단해집니다.

5) 운영 및 유지보수

·BIPV: 지붕은 모듈식 PV 패널로 설계되지만 유지 관리에서는 지붕 기능이 그대로 유지되도록 해야 하므로 운영 및 유지 관리가 더 복잡해집니다.

·BAPV: 비교적 쉽게 분해 및 재조립하여 지붕에서 직접 유지 관리를 수행할 수 있어 작동 및 유지 관리가 덜 까다롭습니다.

BIPV 대 BAPV: 종합적인 비용 비교

비교 항목	BIPV 시스템	BAPV 시스템
알루미늄-마그네슘-망간 지붕 패널	/	수직 잠금 가장자리 알루미늄-마그네슘-망간 지붕 패널 및 알루미늄 합금 T형 지지대 포함 약 200엔/㎡
시스템 브래킷 액세서리	지지등 냄비 장뇌 스트립, 알루미늄 합금 스트립, 고무 씰링 스트립, 고정 장치 등을 포함하여 약 PY0.6/W*120W/㎡=72	클램프, 가이드레일, 고정장치 등 포함 약 0.3엔 /W*120W/㎡ = 36엔
태양광 발전 모듈 유닛 보드	태양광 패널 및 명나라 합금 프레임 포함, 약 120W/㎡'* PY 2.8 /W= PY 336	태양광 패널 및 명나라 합금 프레임 포함, 약 120W/㎡* PY 2.8 /W = PY 336
종합비용(재료비)	시스템 브라켓 액세서리 + 태양광 발전 부품 유닛 보드 = 408엔 /㎡	알루미늄-마그네슘-망간 지붕 패널 + 시스템 브래킷 부속품 + 태양광 발전 부품 유닛 보드 = 572엔 /㎡
단가(위안/평방미터)	408	572
결론	태양광 건물 일체형 지붕 시스템을 사용하면 160엔/㎡의 자재를 절약할 수 있습니다.

의 데이터 Polaris Solar PV Network

BIPV 대 BAPV

비교 항목	BIPV 시스템	BAPV 시스템
건물 외관	아름다움을 잃지 않고 건물의 전체적인 디자인에 반영	늦은 설치, 불량한 무결성
디자인 라이프	수명은 50년 이상에 달할 수 있습니다.	20~25세
지붕 스트레스	지붕은 구조적 응력이 명확하고 구조적 안전성이 높은 단순한 지붕입니다.	복잡한 응력, 장기간의 풍하중 및 변형으로 인해 피로 효과가 발생하여 구조적 안전성에 영향을 미칠 수 있습니다.
방수성	지붕 배수 시스템은 소수성 유리 패널, 주 물 탱크, 방수 씰 등으로 구성됩니다. 지붕 구조, 후레싱 테두리, 라이트 스트립 등은 누수 위험을 방지하기 위해 모듈식으로 구성됩니다.	방수 기능을 제공할 필요가 없으며 기존 지붕에만 방수 기능이 있으면 됩니다.
건설 난이도	설치 정확도가 높으며 지붕 방수, 단열 및 기타 기능을 담당하며 시공 난이도가 높습니다.	2단계 구성으로 구성요소 설치 난이도가 낮음
운영 및 유지보수	지붕은 모듈식으로 설계되었으며 단일 배터리 모듈을 하나의 단위로 설치합니다. 점검 및 수리 시 지붕 기능이 완전한지, 운영 및 유지 관리가 어려운지 등도 고려해야 합니다.	지붕 위에서 직접 점검 및 수리가 가능하며, 분해 및 조립이 비교적 편리하고, 운전 및 유지보수가 용이하다.

의 데이터 Polaris Solar PV Network

기술 시스템: 결정질 실리콘 및 박막을 주요 구성 재료로 사용

태양광(PV) 셀은 PV 발전 시스템의 기본 핵심 구성 요소입니다. 사용되는 소재에 따라 크게 결정질 실리콘 태양전지와 박막형 태양전지로 분류됩니다. 결정질 실리콘 셀이 시장 점유율을 장악하고 있는 반면, 박막 셀은 광전지 건물 애플리케이션의 성장으로 인해 보급률이 높아질 것으로 예상됩니다.

1) 결정질 실리콘 전지:

결정질 실리콘 태양전지는 수십 년에 걸쳐 개발되어 광전 변환 효율을 지속적으로 향상시키는 성숙한 기술 시스템으로 이어졌습니다. 산업 또한 급속도로 확장되어 한계 제조 비용이 크게 낮아졌습니다. 현재 PV 산업에서 결정질 실리콘 셀은 규모의 경제와 높은 변환 효율로 인한 경제적 비용 이점으로 인해 시장 점유율의 95% 이상을 차지하고 있습니다. 그 중 단결정 실리콘 셀은 광전 변환 효율이 높고 제조 비용이 높은 것이 특징인 반면, 다결정 실리콘 셀은 변환 효율이 약간 낮지만 생산 비용이 저렴하고 효율이 크게 저하되지 않는 것이 특징입니다. 2017년 이전에는 다결정 전지의 시장 점유율이 73%에 달했습니다. 2017년부터 새로운 생산 기술의 도입으로 단결정 실리콘의 생산 비용이 크게 절감되었으며, PERC 기술의 보급이 증가하면서 단결정 실리콘의 변환 효율이 크게 향상되었습니다. 단결정 실리콘은 현재 결정 실리콘 셀 시장의 약 90%를 차지하고 있습니다.

2) 박막 셀:

박막전지는 광전변환 효율이 상대적으로 낮아 아직까지 큰 시장 규모를 이루지 못했다. 그러나 강력한 저조도 성능을 보여 일부 비남향 BAPV/BIPV 프로젝트에서 결정질 실리콘 모듈보다 훨씬 더 효과적입니다. 또한, 박막 셀은 더 나은 온도 계수를 갖기 때문에 극한의 고온 조건에서도 성능을 유지할 수 있어 결정질 실리콘의 단점을 효과적으로 보완할 수 있습니다. 결정질 실리콘 셀은 주로 진한 파란색과 연한 파란색으로 제공되는데, 이는 다소 단조롭고 광전지 건물의 다양한 색상 요구를 충족할 수 없습니다. 이와 대조적으로, 박막 셀은 조정 가능한 색상의 이점을 제공하며 현재 시장 제품은 거의 모든 일반적인 색상 구성표를 포괄합니다. 또한, 박막 셀은 상대적으로 가볍기 때문에 박막 PV 모듈을 사용할 때 지지 구조물의 제작 난이도와 제조 비용을 줄여줍니다.

태양광 발전 분야의 결정질 실리콘과 박막 셀의 비교

	결정질 실리콘 태양전지	박막 태양전지
단위 면적당 전력	지붕 면적이 1,000제곱미터인 결정질 실리콘 태양광 발전소는 약 100kW의 용량을 갖추고 있습니다.	지붕 면적이 1,000제곱미터인 박막형 태양광 발전소의 용량은 약 70kW입니다.
저조도 성능	결정질 실리콘 태양전지는 저조도 성능이 상대적으로 좋지 않습니다. 예를 들어, 중국 남부 도시에서 정남향으로 설치된 결정질 실리콘 PV 모듈은 최적이 아닌 조명 조건에서 최대 효율의 59%만을 달성합니다.	박막 태양전지는 저조도 성능이 강력하고 설치 각도에 덜 민감합니다. 이는 결정질 실리콘 셀에 비해 저조도 조건에서 더 오랜 기간 동안 전기를 생성하므로 구름이 많거나 추운 지역의 비남향 설치, 커튼월 및 BlPV 프로젝트에 더 적합합니다.
온도 계수	온도 계수가 상대적으로 높습니다. 작동 온도가 25°C를 초과하면 최대 전력 출력은 1°C 증가할 때마다 0.40~0.45%씩 감소합니다.	온도 계수는 상대적으로 낮으며, 작동 온도가 25℃를 초과하면 1℃ 증가할 때마다 최대 전력 출력은 0.19~0.21%만 감소합니다.
색상 다양성	색상 옵션은 주로 진한 파란색, 연한 파란색과 같은 파란색 음영입니다.	박막모듈은 필요에 따라 다양한 색상으로 제작 가능합니다.
모듈 무게	모듈은 상대적으로 무겁습니다.	상대적으로 가볍기 때문에 지붕 공사의 어려움과 비용이 줄어듭니다. 또한 커튼월 응용 분야에 사용되는 경우 박막 Py 모듈은 결정질 실리콘 모듈에 비해 구조적 지원이 덜 필요하고 비용도 저렴합니다.

출처: 2021 결정질 실리콘, 박막 및 페로브스카이트 BIPV 기술 및 시장 포럼

전반적으로 결정질 실리콘과 박막 기술 시스템은 태양광 건물 분야에서 보완적인 역할을 합니다. 박막 기술은 남향이 아닌 지붕, 커튼월 및 맞춤형 시나리오와 같은 특정 태양광 건물 프로젝트에서 뚜렷한 이점을 제공합니다. 유럽 의 2018년 연구에 따르면 Fraunhofer 태양 에너지 시스템 연구소 에 대한 독일 ​​BIPV 프로젝트 지붕 BIPV 프로젝트의 약 90%가 결정질 실리콘 기술을 사용하는 반면, 외관 BIPV 프로젝트의 약 56%는 박막 기술을 사용합니다.

태양전지 주요 기술체계의 분류 및 특성

기술 시스템	특정 재료	광전 변환 효율	이점	불리
결정질 실리콘 태양전지	단결정 실리콘	16% - 18%	긴 수명(일반적으로 최대 20~30년), 높은 광전 변환 효율	높은 생산 비용, 긴 생산 시간, 열악한 저조도 성능
	다결정 실리콘	14% - 16%	높은 광 안정성, 저렴한 비용, 간단한 생산, 뚜렷한 효율성 저하 없음	저조도 발전 성능이 좋지 않음
박막 태양전지	비정질 실리콘	6% - 9%	성숙한 기술, 낮은 제조 문턱	제한된 광전 변환 효율
	구리 인듐 갈륨 셀레나이드(ClGS)	11%	낮은 생산 비용, 낮은 오염, 감소 없음, 우수한 저조도 성능, 높은 광전 변환 효율	이 기술은 원소 비율에 매우 민감하고 구조가 복잡하여 매우 엄격한 처리 및 준비가 필요합니다. 정황
	카드뮴 텔루라이드(CdTe)	9% - 12%	낮은 제조원가, 높은 변환효율, 저온계수(저온에서 성능 우수), 저조도 효과 우수	원료의 부족과 카드뮴의 독성으로 인해 대규모 재활용 시스템이 필요하므로 대규모 적용이 어렵습니다.

출처: 건축물의 태양광발전 응용 연구, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 박막 태양전지 산업 발전 개요

BAPV(Building-Attached Photovoltaic)는 현재 건물용 태양광 발전의 주류 형태입니다.

현재 산업 환경에서 BAPV는 건물 일체형 태양광 발전의 지배적인 형태로 남아 있습니다. 이는 주로 매년 새로운 건물의 건설이 제한되고 BIPV에 대한 표준이 아직 완전히 확립되지 않았기 때문입니다. BIPV가 즉시 도입되더라도 건물이 상한 단계에 도달하기까지 BIPV가 사용될 수 있기까지는 여전히 3~5년이 걸릴 것입니다. 대조적으로, 기존 옥상을 개조하는 것은 상대적으로 더 쉽고, 기존 옥상 자원이 풍부하기 때문에 이 단계에서 분산형 태양광 발전의 신속한 개발에 더 적합합니다.

성숙한 해외 시장과 비교할 때 BIPV는 향후 침투율이 높아질 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다.

선진국에서는 건물일체형 태양광 발전(BIPV)이 더 일찍 시작되었으며, 많은 국가에서 이르면 20세기 후반부터 다양한 인센티브 정책과 개발 계획을 시행했습니다. 예를 들어, 독일, 이탈리아, 일본 및 미국은 모두 '태양광 PV 지붕 프로그램'을 확립하여 향후 몇 년 동안 PV 설치 용량 구축을 위한 명확한 목표를 설정했습니다. BIPVBOOST 조직의 보고서에 따르면 2018년 현재 일본은 3GW로 전 세계 누적 BIPV 설치량이 가장 많고, 프랑스(2.7GW), 이탈리아(2.5GW), 미국(0.6GW)이 그 뒤를 이었습니다. 이에 비해 중국의 누적 BIPV 설치량은 0.1GW(2020년 기준 약 0.7GW)에 불과하다.

선진국의 역사적 설치 용량을 비교해 보면, 중국의 현재 전체 BIPV 설치량은 일본과 유럽이 약 5~10년 전에 도달한 수준과 동일합니다. 이러한 궤적은 중국 시장이 아직 성숙하지 않았으며 앞으로 BIPV 보급률이 높아질 여지가 상당하다는 것을 나타냅니다.