루마니아 부쿠레슈티의 한 아파트에서 진행된 운영 실험을 통해 반투명 태양광 창문이 직류로 온수기를 직접 공급할 수 있으며, 전기 배터리 대신 물탱크를 열 저장 수단으로 사용할 수 있음이 나타났다. 실험을 진행한 측이 공개한 측정 결과에 따르면, 이 시스템은 두 차례의 연속 관측 기간 동안 4인 가구의 온수에 필요한 에너지 수요의 43.7%에서 46.7%를 충당했다.
PhotoVoltaic Windows SRL의 Adrian Băisan이 소개한 이 실험은 아파트 거주자가 겪는 실질적인 문제를 겨냥한다. 개인 태양광 패널을 설치할 전용 지붕 공간이 없다는 점이다. 이런 경우 창문, 발코니, 유리 난간은 에너지를 생산할 수 있는 몇 안 되는 이용 가능한 표면이 되지만, 전력 생산이 가정 내 소비와 항상 일치하는 것은 아니다.
아파트에서 실제로 어떤 일이 일어났나?
이 시스템은 남향 유리 발코니에 설치되었으며, 반투명 태양광 창문 11개로 구성된다. 정정된 정격 출력은 약 845와트 피크로, 프로젝트의 이전 문서에서는 2021년에 작성된 이전 데이터시트를 근거로 683와트 피크라고 명시했었다. 제조업체는 납품된 유리가 더 높은 출력의 최신 모델에 속한다고 설명했다. 이 정정은 측정된 에너지 결과나 온수 충당 비율을 바꾸지 않는다.
창문은 가정의 전력망과 분리되어 작동하며, 일반 온수기의 저항식 가열 소자에 직접 연결된다. 태양광이 충분하지 않으면 제어기가 해가 진 뒤 온도조절기에 설정된 온도에 도달할 때까지 온수기를 교류 계통 전류로 전환한다. 이 구조에서는 태양광 인버터나 전기화학 배터리가 필요하지 않다.
2023년부터 2024년까지 창문은 온수기에 446킬로와트시를 공급했으며, 이는 온수 에너지에 대한 가정의 수요 중 46.7%를 충당했다. 2024년부터 2025년까지 공급된 에너지는 462킬로와트시로 증가했지만, 충당 비율은 43.7%였다. 각 기간은 가구가 약 한 달 동안 집을 비웠기 때문에 실제 사용 기간으로는 약 11개월을 포함한다.
배터리 대신 물을 가열한 이유는 무엇인가?
핵심 아이디어는 에너지 생산 시간과 사용 시간을 분리하는 것이다. 물탱크는 수 시간 동안 100와트, 300와트 또는 500와트를 받아들인 뒤 에너지를 열의 형태로 저장하여 나중에 사용할 수 있다. 이는 순간적인 전기 부하에 연결된 전통적인 태양광 시스템과 다르다. 전통적인 시스템에서는 시스템이 500와트를 생산하는 동안 가정이 같은 순간에 소비하는 전력은 150와트에 불과할 수 있다.
이 자료는 독일 환경청 UBA의 800와트급 발코니 태양광 시스템 참고 사례를 언급한다. 이 시스템은 수직으로 설치되고 남향을 향하며, 연간 생산량은 약 532킬로와트시로 추정된다. 배터리가 없을 때 아파트 내 직접 소비량은 약 240킬로와트시, 즉 약 45%로 추정된다. 반면 태양광 전력을 온수기에 직접 보내면 더 긴 시간에 걸쳐 생산 전력을 흡수할 수 있어, 전기 저장 장치를 추가하지 않고도 이용 가능한 에너지의 활용도를 높일 가능성이 있다.
전기적 정합성이 결정적인 요소다
이 결과가 태양광 유리가 기존의 실리콘 패널보다 본질적으로 더 효율적이라는 뜻은 아니다. 가장 중요한 점은 어레이 전압과 가열 부하 사이의 정합성이다. 총 출력이 약 800와트인 기존 패널 두 개를 정격 3킬로와트, 전압 230볼트인 가열 소자에 직접 연결할 경우, 자료에 제시된 비교에 따르면 전압과 전류 특성 때문에 전달되는 출력은 약 300와트를 넘지 않을 수 있다.
반면 태양광 창문은 출력이 더 낮은 발전 소자를 더 많이 사용하므로, 총 출력은 적정 수준으로 유지하면서 가열 소자에 더 적합한 직류 전압에 도달하도록 배열할 수 있다. 이 시스템은 정정된 정격 출력 845와트 피크에서 온수기 측정 기준으로 499와트의 최대 출력을 기록했다.
능동형 MPPT 변환기는 일부 조명 조건에서 순간 출력을 높일 수 있지만, 이러한 증가분을 반드시 같은 정도의 유용한 연간 에너지로 전환하지는 못한다. 온수기는 설정 온도에 도달하면 작동을 멈추며, 변환기는 소비 전력과 손실, 비용 및 복잡성을 추가하기 때문이다. 이 결론은 실험 구성과 관련된 것이며, 모든 시스템에서 전력 전자 장치가 필요하다는 점을 부정하는 일반적인 규칙은 아니다.
추가적인 이점과 주의해야 할 한계
자료에 따르면 온수를 현지에서 생산하면서 중앙 온수 시스템의 온수가 샤워실에 도착할 때까지 기다리는 시간이 줄었다. 분당 6.7리터로 측정된 유량과 9월 말 약 43°C에 도달하기까지 약 5분을 기다리는 조건을 바탕으로, 이 사례 모델은 4인 가구가 기다리는 동안 연간 약 62.1세제곱미터의 물을 낭비하는 것으로 추정했다. 출처는 배관 길이, 순환 시스템 및 운전 조건이 건물마다 다르므로 이것은 해당 사례에 특화된 추정치이며 일반적인 수치는 아니라고 강조한다.
태양광 유리는 차양 요소로도 작동한다. 전체 유리 면적 약 12.9제곱미터 중 반투명 태양광 유리가 차지하는 면적은 7.92제곱미터다. 모델은 투명 유리를 태양광 유리로 교체하면 외벽을 통한 태양열 취득이 약 40% 감소하며, 이 아파트의 여름철 냉방 소비가 433킬로와트시에서 481킬로와트시 사이, 중앙값 기준 약 457킬로와트시 줄어들 것으로 추정한다. 이는 실제 에어컨 절감량을 측정한 수치가 아니라 계산된 수치다.
certi.news의 편집적 해석: 이 실험의 중요성은 아파트에서 태양 에너지를 활용하는 방식을 재정의하는 데 있다. 전기를 항상 교류로 변환하거나 배터리에 저장할 필요는 없으며, 이미 설치된 물탱크가 유연하고 유용한 부하가 될 수 있다. 그러나 이 결과만으로 경제성이나 확장 가능성이 입증된 것은 아니다. 또한 데이터는 해당 기술과 연관된 기관에서 제공되었고, 냉방 및 물 절약의 일부 이점은 모델과 추정에 기반한다. 따라서 이 해결책을 일반화하기 전에 기존 패널과의 비교, 설치 비용, 건물의 안전 및 규제 요건을 독립적으로 평가해야 한다.