태양광 발전의 효율을 높이기 위한 실란 커플링제와 나노 무기산화물을 첨가한 계면활성제를 이용한 친수성 코팅액을 제조하여 태양광 모듈의 유리 표면에 도포하여 김서림 방지(antifogging) 및 내오염성(antifouling)을 부여하였다. 1% 친수성 코팅액에 나노 무기산화물인 LudoxⓇ를 첨가한 경우 LudoxⓇ의 농도에 관계없이 초친수성 과 우수한 antifogging 효과를 나타내었다. 그러나 유리에 대한 antifouling 효과는 LudoxⓇ를 10% 이상 첨가하였을 때부터 발현되었다. 또한, pH 4에서 가수분해한 TEOS를 첨가한 코팅액의 경우 TEOS를 0.7% 첨가한 경우 steam test 결과 antifogging 효과를 유지하였으며, 코팅한 유리 표면을 젖은 킴와이 프로 100회 문지른 후에도 pollution test 결과 antifouling 효과를 유지하였다. 또한, AFM을 이용하여 표면 거칠기(Rq)를 확인한 결과 TEOS를 너무 많이 첨가하면 가장 높은 표면 거칠기 값을 보였으며 코 팅된 표면의 상태도 매우 불규칙하였다. TEOS가 0.7% 첨가된 경우 비교적 높은 표면 거칠기 값과 안 정된 표면 상태를 나타내었다. 결론적으로 김서림 방지 특성만을 위하여는 나노 무기산화물인 LudoxⓇ는 필요없으나, antifouling의 효과를 나타내기 위해서는 최소 10%의 LudoxⓇ가 첨가되어야 하며, 우수한 내구성을 나타내기 위해서 는 0.7%의 TEOS를 첨가해야 한다.

태양광 패널의 최적 경사각은 한국의 경우 위도 범위인 30∼40도로 상당히 크기 때문에 패널을 지나가는 바람은 필연적으로 유동박리가 수반된다. 본 연구에서는 유동박리가 수반되는 대기유동장 해석시 난류강도 모델링이 우수한 대와류모사(LES)를 이용하여 풍동실험용 축소모형 및 실제규모 태양광 패널에 대한 수치해석을 수행하였다. 태양광 패널에 작용하는 풍하중이 최대가 되는 풍향인 0도와 180도에 대해 해석하고 압력계수를 실측자료와 비교하였다. 패널 경사면을 타고 올라가는 풍향 0도의 경우는 실측자료와 LES로 예측한 압력계수가 잘 일치하였으나 반대로 패널에 부딪쳐 타고 내려가는 풍향 180도의 경우는 실측값과 상당한 차이가 있었다. 패널 위, 아래면의 압력계수의 차이로 정의되는 순압력계수를 산출하고 이를 건축구조기준의 독립된 편지붕의 최소 설계기준과 비교하였으며, 설계기준 범위 이내인 것을 확인하였다.

Solar power is being spotlighted recently as a new energy source due to environmental problems and applications of solar power to curved structures are increasing. Solar panels installed on curved surfaces have different efficiencies depending on its position and the efficient positioning of solar panels plays a critical role in the design of solar power generation systems. In this study, the changing characteristics of solar irradiance were analyzed for hemispherical dome with a large curvature and the positioning of solar panels that can efficiently utilize solar energy was investigated. With an icosahedron-based hemispherical dome consisting of triangular elements as target model, a program for calculating solar irradiance using a normal vector of the solar module on each face was developed. Furthermore, the change of solar irradiance according to the sun’s path was analyzed by time and season, and its effects on shades were also examined. From the analysis results, the effective positioning could be determined on the basis of the efficiency of the solar panels installed on the dome surfaces on solar irradiance.

국내 태양광발전 설비는 그간 4.5GW 규모(총 신재생에너지 발전용량의 30%에 해당)로 설치되어 왔으며, 신재생에너지원 중 전년 대비 가장 큰 성장률을 보이고 있다. 2030년까지 전력생산비율의 20%를 재생에너지로 달성하고자 하는 목표(재생에너지 3020)가 제시된 만큼, 앞으로 태양광 설비 역시 크게 확대될 것으로 전망된다. 하지만, 태양광 산업이 성장함에 따라 태양광 폐패널 처리 문제가 크게 부각되고 있다. 태양광이 손상되거나 폐기 시 발생하는 폐패널의 관리체계가 현재 미흡하여 이에 대한 개선이 필요한 상황이다. 2000년대 들어 태양광 사업이 본격적으로 시작되었으나 이후 파손･자연재해 등으로 인해 실 사용기한이 15~20년에 그치고 있으며, 도로용 및 통신전원용의 경우 5년에 불과하여 현재 폐패널이 본격적으로 발생되는 시점에 있다. 특히, 2020년 기점으로 폐패널의 발생량이 크게 증가할 것으로 전망되고 있어 이에 대한 대비가 필요하다. 한편, EU, 일본 등 해외에서는 태양광 폐패널 처리 문제를 미리 인식하여 2010년 초반부터 적정 처리방안을 모색하고, 폐패널의 관리체계 구축 및 재활용 기술 개발을 발빠르게 진행 중에 있다. 특히, EU의 경우 2012년 태양광 폐패널을 WEEE 규제대상에 포함시킴에 따라 생산자 책임 하에 폐기물 처리방안을 마련한 바 있다. 일본 환경성 역시 부적절한 장비 폐기 시의 문제 발생을 우려하여 2015년 태양광 폐패널의 수거, 재활용, 적정처리와 관련한 로드맵을 수립하고, 이에 따른 기술 개발 촉진 및 친환경적 설계, 해체･운반･처리 가이드라인을 제시하고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 태양광 패널의 폐기 이후 관리 실태조사를 통해 현황을 파악하고, 국내 여건에 적합한 관리 개선방안을 제시하였다.

Mostly, solar panel support structure has been constructed as flat-type structure. But, it is not harmonized with the existing buildings. Therefore, this study presents the curved support structures and performs the structural analysis for the selection of member size. Also, the structural safety is evaluated through joint experiments and finite element analysis.