표제지
논문요약
목차
I. 서론 18
1. 연구의 배경 및 목적 18
가. 연구 배경 18
나. 연구 목적 22
2. 연구의 내용 및 방법 24
가. 연구의 내용 24
나. 연구 방법 24
3. 연구흐름 27
II. 이론적 배경 고찰 28
1. 태양광 발전 개념 28
가. 태양전지의 기본 원리 28
나. 태양광 기술의 분류 31
다. 태양광 발전 국내·외 현황 33
라. 신재생 에너지 태양광 발전 필요성 42
2. 태양광 발전 모듈 패널 및 BIPV 46
가. 태양광 발전 모듈 패널의 개요 46
나. 태양광 발전 모듈 패널의 종류 49
다. BIPV 정의 54
라. 건축 외장재 BIPV 57
3. BIPV 시장현황 조사 및 문제점 도출 63
가. BIPV 국내외 시장 현황 63
나. BIPV 기술 트랜드 71
다. BIPV 디자인 트랜드 78
라. BIPV 국내·외 제품 유형 81
III. BIPV 제품디자인개발 85
1. 제품디자인개발 방향 설정 85
가. 2세대 BIPV 제품 문제점 도출 85
나. BIPV 유닛화, 경량화, 슬림화 방향 114
2. 제품디자인개발 119
가. 단계별 개발방법 119
나. 제품 아이디어 도출 119
다. 제품디자인 컨셉 설정 및 아이디어 스케치 122
라. 3D 모델링 및 렌더링 125
마. 제품 설계 및 디자인 보완(지붕용 BIPV 복합 유닛 패널) 155
바. 디자인 시뮬레이션 158
사. 프로토타입 제작 160
아. 시험시공 163
자. 양산형 BIPV 복합 유닛 패널 유닛화, 규격화, 슬림화 164
차. 양산형 제품 실증 건물 설치 시공 165
카. 성능평가 167
IV. 사용성 평가 및 디자인 만족도 조사 169
1. 조사개요 169
가. 개요 169
나. 조사 항목 169
다. 평가대상제품 170
라. 자료수집 171
2. 데이터 분석 172
가. 분석 방법론 172
나. 사용성 평가 및 디자인 만족도 분석 결과 172
3. 소결 198
가. 조사 및 분석 소결 198
나. 설문지 타당성 198
V. 결론 202
1. 연구결과 202
가. 종합 결론 202
나. BIPV 유닛화, 규격화, 슬림화 205
다. 2세대 BIPV 기능, 형태, 디자인 차별화 205
라. 향후 제품개발에 관한 결론 206
2. 기대효과 및 활용방안 207
가. 기대효과 207
나. 활용방안 207
3. 연구의 한계점과 향후 연구 208
가. 연구의 한계점 208
나. 후속 연구 208
참고문헌 209
부록 212
부록 1. 설문지 212
부록 2. 설문지 216
Abstract 221
〈표 1-1〉 국내·외 태양광발전(BIPV) 관련 정책 및 이슈 21
〈표 1-2〉 조사통계설계표 25
〈표 2-1〉 태양전지 발전순서 29
〈표 2-2〉 태양전지 종류별 효율 및 특징(신에너지백서) 32
〈표 2-3〉 전 세계 태양전지 주요 업체별 생산량 34
〈표 2-4〉 국내 신재생에너지의 분류 44
〈표 2-5〉 글로벌 건물 일체형 태양광 발전 시장의 주요 기업 전략 현황 68
〈표 2-6〉 Canadian Solar의 주요 제품 및 서비스 제공 현황 69
〈표 2-7〉 First Solar의 주요 제품 및 서비스 제공 현황 69
〈표 2-8〉 Heliatek의 주요 제품 및 서비스 제공 현황 70
〈표 2-9〉 Wuxi suntech Power의 주요 제품 및 서비스 제공 현황 70
〈표 2-10〉 Yingli Green Energy Holding의 주요 제품 및 서비스 제공 현황 71
〈표 2-11〉 BIPV 모듈의 기술 트리 및 국내·외 기업 82
〈표 2-12〉 국내·외 BIPV 제품 디자인 형태 및 제작, 관리 방식 83
〈표 3-1〉 문제점 도출 및 개선 방향 85
〈표 3-2〉 조사개요 및 방법 88
〈표 3-3〉 정량적 조사/정성적 조사 89
〈표 3-4〉 조사 설계 90
〈표 3-5〉 정량적 조사/정성적 조사 90
〈표 3-6〉 인구통계학적 조사 92
〈표 3-7〉 인구통계학적 조사/성별 92
〈표 3-8〉 인구통계학적 조사/연령대 92
〈표 3-9〉 인구통계학적 조사/소득금액 93
〈표 3-10〉 인구통계학적 조사/직업군 93
〈표 3-11〉 곡률시공 94
〈표 3-12〉 자재관리 95
〈표 3-13〉 인력효율 96
〈표 3-14〉 기간단축 97
〈표 3-15〉 시공품질 98
〈표 3-16〉 체결 및 해체 용이성 99
〈표 3-17〉 커넥터 관리 및 수납 용이성 100
〈표 3-18〉 패널간 결합의 견고함 101
〈표 3-19〉 통기/방열기능 102
〈표 3-20〉 수밀성 103
〈표 3-21〉 기밀성 104
〈표 3-22〉 하중(외압을 견디는 힘) 105
〈표 3-23〉 내풍압성 106
〈표 3-24〉 단열성 107
〈표 3-25〉 결로방지 108
〈표 3-26〉 타 마감재와의 호환성 109
〈표 3-27〉 운반 및 취급 용이성 110
〈표 3-28〉 BIPV 복합 유닛 패널의 컬러 선호도1 111
〈표 3-29〉 BIPV 복합 유닛 패널의 컬러 선호도 심층면접 의견 112
〈표 3-30〉 BIPV 복합 유닛 패널의 크기 선호도 112
〈표 3-31〉 제품개발 구성요소 117
〈표 3-32〉 제품디자인개발 세부 목표 내용 122
〈표 3-33〉 사용자 니즈 반영 제품디자인개발 123
〈표 3-34〉 BIPV 복합 유닛 패널 제품디자인 러프 컬러 스케치 124
〈표 3-35〉 BIPV 복합 유닛 패널 제품디자인 러프 컬러 스케치 125
〈표 3-36〉 BIPV 복합 유닛 패널간 방수 캡 적용 제품디자인 128
〈표 3-37〉 BIPV 복합 유닛 패널간 방수 캡 내부 방수설계 129
〈표 3-38〉 BIPV 복합 유닛 패널 제품디자인 패널 거치 방식 130
〈표 3-39〉 패널 두께를 고려한 벽체형 파스너 고정 및 체결 방식 133
〈표 3-40〉 금속 알루미늄 자재에 적용 가능한 패턴의 종류 139
〈표 3-41〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 제품디자인 3D 모델링 141
〈표 4-1〉 조사 항목 구분 169
〈표 4-2〉 자료 수집 방법 및 조사 유형 171
〈표 4-3〉 성별 172
〈표 4-4〉 연령대 173
〈표 4-5〉 직업군 173
〈표 4-6〉 제품의 특성_양산형 BIPV 복합 유닛 패널 제품의 필요성 174
〈표 4-7〉 제품의 특성_개발 결과물의 완성도 175
〈표 4-8〉 제품의 특성_제품 기능의 전달성 176
〈표 4-9〉 제품의 특성_이동 용이성 177
〈표 4-10〉 제품의 특성_설치 및 조립의 용이성 178
〈표 4-11〉 제품의 특성_안전성 179
〈표 4-12〉 제품의 특성_차별성 180
〈표 4-13〉 제품의 특성_지속 가능성 181
〈표 4-14〉 제품의 특성_관리 용이성 182
〈표 4-15〉 제품의 특성_유지 보수성 183
〈표 4-16〉 제품의 특성_관심도 184
〈표 4-17〉 제품의 특성_오류 감지 신속 교체 가능성 185
〈표 4-18〉 디자인 특성_외장재 심미성 186
〈표 4-19〉 디자인 특성_유닛화, 규격화, 슬림화 디자인 설계 187
〈표 4-20〉 디자인 특성_조립 안전 디자인 설계 188
〈표 4-21〉 디자인 특성_시각적 안전성 189
〈표 4-22〉 디자인 특성_CMF 만족도 190
〈표 4-23〉 디자인 특성_CMF 변형 가능성 191
〈표 4-24〉 디자인 특성_BIPV 트랜드 적합성 192
〈표 4-25〉 디자인 특성_디자인 고도화 가능성 193
〈표 4-26〉 디자인 특성_주변 경관과의 조화로움 194
〈표 4-27〉 양산화_유닛화 195
〈표 4-28〉 양산화_규격화 196
〈표 4-29〉 양산화_슬림화 197
〈표 4-30〉 사전조사 설문지 데이터 결과 199
〈표 4-31〉 제품특성 설문지 데이터 결과 200
〈표 4-32〉 디자인특성 설문지 데이터 결과 200
〈표 4-33〉 양산화 설문지 데이터 결과 201
〈표 5-1〉 BIPV 연구개발 제품 발전단계 202
〈표 5-2〉 기존 제품의 문제점과 개선사항 204
〈그림 1-1〉 BIPV(Building Integrated PhotoVoltaic) 설치 예 18
〈그림 1-2〉 BIPV 시스템 구성도 19
〈그림 1-3〉 평가대상 및 인지모델에 최적화된 방법론 검토 UX Evaluation, Design Evaluation, In-depth Interview 적용 26
〈그림 1-4〉 사용자 표본 수 대비 사용성 문제 발견 비율 26
〈그림 1-5〉 양산형 BIPV 복합 유닛 패널 및 제품디자인 개발 연구의 흐름 27
〈그림 2-1〉 반도체 PN 접합도 28
〈그림 2-2〉 후면전극 29
〈그림 2-3〉 태양전지-전기에너지 순서 30
〈그림 2-4〉 태양광 모듈의 종류 31
〈그림 2-5〉 태양전지 종류별 시장 점유율 35
〈그림 2-6〉 국내 태양광 신규 설치용량 39
〈그림 2-7〉 글로벌 태양광 설치량 현황 및 전망 41
〈그림 2-8〉 전력공급량과 소비량 42
〈그림 2-9〉 지구 이산화탄소 및 평균기온 상승 그래프 43
〈그림 2-10〉 태양광 전지 구동 방식 46
〈그림 2-11〉 태양전지 패널 제조 공정 48
〈그림 2-12〉 태양전지 패널의 6가지 주요 구성요소 49
〈그림 2-13〉 태양전지의 종류 50
〈그림 2-14〉 결정질 실리콘 모듈 (좌: 다결정 실리콘, 우: 단결정 실리콘) 52
〈그림 2-15〉 박막형 모듈 53
〈그림 2-16〉 BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 개념 55
〈그림 2-17〉 BIPV panel system 56
〈그림 2-18〉 BIPV 적용 건축물 58
〈그림 2-19〉 BIPV 시스템 구성도 59
〈그림 2-20〉 글로벌 건물 일체형 태양광 발전 시장 규모 및 전망 63
〈그림 2-21〉 글로벌 건물 일체형 태양광 발전 시장 규모 및 전망 64
〈그림 2-22〉 글로벌 건물 일체형 태양광 발전 시장의 최종사용자별 시장 규모 및 전망 64
〈그림 2-23〉 글로벌 건물 일체형 태양광 발전 시장의 적용 분야별 시장 규모 및 전망 65
〈그림 2-24〉 글로벌 건물 일체형 태양광 발전 시장의 지역별 시장 규모 및 전망 66
〈그림 2-25〉 우리나라 건물 일체형 태양광 발전 시장 규모 및 전망 67
〈그림 2-26〉 가시광투과율 40%에 단위면적당 출력 38W의 하너지사의 BIPV 모듈 73
〈그림 2-27〉 LSCs를 적용한 PV-window 개념도 76
〈그림 2-28〉 70% 가시광투과율, 30W/㎡ 출력의 LSCs 기반 창호로 구성된 ClearVue사의 PV 유리온실 실증사례 77
〈그림 2-29〉 7LSCs를 이용한 Domal smart windows의 실증사례, Milan Design Week 2018 77
〈그림 2-30〉 국내에서도 현재 다양한 종류, 색상, 크기의 컬러 모듈 79
〈그림 2-31〉 대구문화예술회관 미술관(좌) 압구정 갤러리아(우) 80
〈그림 2-32〉 국내외 BIPV 개발업체 81
〈그림 3-1〉 조사 대상 제품 88
〈그림 3-2〉 조사 방법론 89
〈그림 3-3〉 시공방식 전문가 의견(기제품과 연구개발 제품의 비교) 93
〈그림 3-4〉 BIPV 복합 유닛 패널 제품디자인개발 115
〈그림 3-5〉 적용 부위별 핵심 포인트(지붕용/벽체용) 116
〈그림 3-6〉 적용 부위별 핵심 포인트(지붕용/벽체용) 116
〈그림 3-7〉 양산형 BIPV 복합 유닛패널 제품디자인개발 단계 119
〈그림 3-8〉 BIPV 복합 유닛 패널 컨셉 방향 설정을 위한 키워드 분석결과 120
〈그림 3-9〉 BIPV 복합 유닛 패널 컨셉 방향 설정_디자인 트랜드 적용 121
〈그림 3-10〉 BIPV 복합 유닛 패널 결합부 구조 상세 모델링 126
〈그림 3-11〉 BIPV 복합 유닛 패널 지붕형 결합부 안전 체결 방식 127
〈그림 3-12〉 BIPV 복합 유닛 패널간 방수 캡 체결방식 129
〈그림 3-13〉 복합 유닛 패널 규격 및 구성 134
〈그림 3-14〉 통기로 구성 및 커넥트 박스 134
〈그림 3-15〉 패널 간 결합 방식 및 프레임 구조 135
〈그림 3-16〉 지붕용 복합 유닛 패널의 구조, 방수기능 및 설치 방식 136
〈그림 3-17〉 지붕용 복합 유닛 패널 거치바 프레임 고정방식 137
〈그림 3-18〉 지붕용 복합 유닛 패널 조립 및 고정방식(2중 방수) 137
〈그림 3-19〉 지붕용 복합 유닛 패널 배수구조 138
〈그림 3-20〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 BIPV 조립 형태 144
〈그림 3-21〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 BIPV 조립 형태 145
〈그림 3-22〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 BIPV 조립 형태 146
〈그림 3-23〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 BIPV 조립 형태 147
〈그림 3-24〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 BIPV 조립 형태 148
〈그림 3-25〉 지붕용 하부 마감 패턴 적용 BIPV 조립 형태 149
〈그림 3-26〉 컬러 및 텍스쳐 적용 3D 렌더링1 150
〈그림 3-27〉 컬러 및 텍스쳐 적용2 151
〈그림 3-28〉 컬러 및 텍스쳐 적용3 152
〈그림 3-29〉 벽체용 복합 유닛 패널의 유닛화 및 규격화 155
〈그림 3-30〉 지붕용 복합 유닛 패널의 구조 보완 155
〈그림 3-31〉 지붕용 복합 유닛 패널의 프레임 보완 156
〈그림 3-32〉 지붕용 복합 유닛 패널의 가로간 결합 형태 보완 156
〈그림 3-33〉 지붕용 복합 유닛 패널의 주요 기능 157
〈그림 3-34〉 BIPV 설치 모델 이미지 158
〈그림 3-35〉 건물 외벽 시뮬레이션 이미지 159
〈그림 3-36〉 BIPV 복합 유닛 패널 시제품 제작 공정 160
〈그림 3-37〉 하단 프레임 조립 공정 160
〈그림 3-38〉 진공단열재 삽입 공정 161
〈그림 3-39〉 진공단열재 삽입 공정 161
〈그림 3-40〉 열 반사필름 부착 공정 162
〈그림 3-41〉 측면 가스켓 삽입 공정 162
〈그림 3-42〉 BIPV 복합 유닛 패널의 통기 모듈 제작과정 162
〈그림 3-43〉 벽체용 복합 유닛 패널 시공공정 163
〈그림 3-44〉 벽체용 복합 유닛 패널 시험시공 163
〈그림 3-45〉 지붕용 복합 유닛 패널 시험 시공 공정 및 실증 현장 164
〈그림 3-46〉 양산형 BIPV 복합 유닛 패널 양산제품 공장 제작 165
〈그림 3-47〉 공장 양산 제품 현장 실증 건물 시공 166
〈그림 3-48〉 하중시험 시료설계 및 제작 167
〈그림 3-49〉 내풍압/수밀 시험시료 설계 및 제작 168
〈그림 3-50〉 열관류율 시험시료 설계 및 제작 168
〈그림 4-1〉 양산형 BIPV 복합 유닛 패널 이미지 170
〈그림 4-2〉 양산형 BIPV 복합 유닛 패널 디자인 평가 이미지 171
〈그림 4-3〉 성별 172
〈그림 4-4〉 연령대 173
〈그림 4-5〉 직업군 174
〈그림 4-6〉 제품의 특성_양산형 BIPV 복합 유닛 패널 제품의 필요성 174
〈그림 4-7〉 제품의 특성_개발 결과물의 완성도 175
〈그림 4-8〉 제품의 특성_제품 기능의 전달성 176
〈그림 4-9〉 제품의 특성_이동 용이성 177
〈그림 4-10〉 제품의 특성_설치 및 조립의 용이성 178
〈그림 4-11〉 제품의 특성_안전성 179
〈그림 4-12〉 제품의 특성_차별성 180
〈그림 4-13〉 제품의 특성_지속 가능성 181
〈그림 4-14〉 제품의 특성_관리 용이성 182
〈그림 4-15〉 제품의 특성_유지 보수성 183
〈그림 4-16〉 제품의 특성_관심도 184
〈그림 4-17〉 제품의 특성_오류 감지 신속 교체 가능성 185
〈그림 4-18〉 디자인 특성_외장재 심미성 186
〈그림 4-19〉 디자인 특성_유닛화, 규격화, 슬림화 디자인 설계 187
〈그림 4-20〉 디자인 특성_조립 안전 디자인 설계 188
〈그림 4-21〉 디자인 특성_시각적 안전성 189
〈그림 4-22〉 디자인 특성_CMF 만족도 190
〈그림 4-23〉 디자인 특성_CMF 변형 가능성 191
〈그림 4-24〉 디자인 특성_BIPV 트랜드 적합성 192
〈그림 4-25〉 디자인 특성_디자인 고도화 가능성 193
〈그림 4-26〉 디자인 특성_주변 경관과의 조화로움 194
〈그림 4-27〉 양산화_유닛화 195
〈그림 4-28〉 양산화_규격화 196
〈그림 4-29〉 양산화_슬림화 197