1. 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
1.2 국내 BIPV 정책 및 시장 동향
2. 분석 방법 설정
2.1 표준건축모델 설정
2.2 BIPV 적용 및 모듈 조건
2.3 비용 산정 방법
3. 결과 및 토의
3.1 표준건축모델별 BIPV 적용 가능 면적
3.2 입면형 BIPV 설치 비용
3.3 다양한 외장재별 비용 비교
3.4 지붕형 BIPV 설치 비용
3.5 종합 논의
4. 결 론
1. 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
기후 변화 대응을 위한 탄소중립이 국제 사회의 핵심 과제로 부상하면서, 건물 부문의 에너지 소비 저감과 온실가스 감축이 중요한 정책 목표가 되고 있다. 국내 건물 부문은 전체 최종에너지 소비의 약 20 ~ 25%를 차지하며, 온실가스 배출량에서도 상당한 비중을 차지하고 있다. 이러한 배경에서 건물 부문은 국가 온실가스 감축목표(NDC) 달성을 위한 핵심 분야로 주목받고 있으며, 건축물의 에너지 성능 개선과 재생에너지 통합 적용이 필수적 과제로 대두되고 있다1). 특히 건축 외피와 발전 기능을 결합하는 건물일체형 태양광(BIPV, Building-Integrated Photovoltaic)은 에너지 생산과 외피 성능을 동시에 구현할 수 있는 중요한 기술적 대안으로 주목받고 있다2,3).
BIPV는 태양광 모듈이 외장재, 커튼월, 지붕재 등 건축 외피 재료를 대체하여 전력 생산과 건축적 기능을 동시에 수행하는 시스템으로, 기존 건축물에 부가적으로 설치되는 건물부착형 태양광(BAPV, Building-Attached Photovoltaic)과는 적용 방식과 비용 구조에서 본질적인 차이를 가진다2,4). 이러한 특성상 BIPV의 경제성 평가에는 발전 설비 비용뿐 아니라 외장재 대체 효과를 함께 고려한 통합적 분석이 필요하다. 그러나 업무시설을 대상으로 한 기존 연구에서는 창면적비 변화에 따른 에너지 성능 분석5), 비주거용 표준건물 정의4,6,7), 업무시설 표준조건 확립 및 표준 에너지 모델 구축8,9,10,11) 등 다양한 기초 자료가 제시된 바 있으나, 업무시설 표준건축모델을 기준으로 외장재 대체 비용, 설치 비용, 발전량을 동일한 분석 틀에서 비교한 연구는 제한적이다. 특히 이러한 통합적 비교 연구를 위한 표준건축모델의 부재는 BIPV 경제성 평가에서 지속적으로 지적되어 온 주요 한계이다.
이를 보완하기 위해 Adilkhanova et al. (2025)11)은 서울특별시 및 경기도를 대상으로 실측 전체 건물군 분류에 기초한 통계적 대표 업무시설 유형을 정의하여 표준건축모델 개발을 제시한 바 있다. 본 연구는 선행연구를 종합하여 설정한 표준건축모델을 기반으로 입면형 및 지붕형 BIPV를 상세 모델링하고, 실제 시공 사례 조사를 통해 설치 비용과 지붕재를 포함한 외장재 대체 비용 절감 효과를 정량적으로 산정한다. 이러한 분석을 바탕으로 BIPV를 단순 발전 설비가 아닌 생산형 외피로 해석할 수 있는 경제적 근거를 제시하는 것을 목적으로 한다.
1.2 국내 BIPV 정책 및 시장 동향
국내 건물 에너지 정책은 건물 부분 온실가스 감축 목표 달성을 위해 에너지절약설계기준 강화와 제로에너지건축물(ZEB) 인증 확대를 중심으로 지속적으로 강화되어 왔다2,3). 따라서 정부는 단계적 ZEB 의무화 로드맵에 따라 2025년부터 공공 1,000 m2 이상에 ZEB 4등급, 민간 1,000 m2 이상에 ZEB 5등급을 의무 적용하였으며, 2030년에는 공공건축물의 인증 등급을 3등급 수준으로 강화하고, 민간건축물은 500 m2 이상으로 의무화를 확대할 예정이며, 2050년에는 모든 건축물에서 ZEB 1등급 달성을 목표로 설정하고 있다(Fig. 1).
특히 업무시설과 같은 중·고층 건축물에서는 공조시설, 설비 공간, 옥상 녹화 등으로 인해 옥상의 BAPV 적용 가능 면적이 제한됨에 따라, 충분한 에너지 자립률을 확보하기 위한 건물 및 지붕 외피를 활용한 BIPV 적용의 필요성이 증대된다.
이러한 배경에서 BIPV 시장은 빠른 성장세를 보이고 있다. 글로벌 BIPV 시장 규모는 2020년 35억 달러에서 연평균 성장률 16.1%로 증가하여 2026년 86억 달러에 이를 것으로 전망되며, 국내 시장 역시 2020년 약 1억 1,000만 달러에서 2023년 약 3억 6,000만 달러로 연평균 약 21% 성장한 것으로 보고 되었다12). 이러한 시장 성장과 함께 BIPV의 기술적·경제적 여건도 개선되고 있다. 모듈 단가 변화를 보면 Color Type 결정질 셀 비노출형 BIPV (Medium Gray)의 경우 2022년 조사 시 W당 약 3,600 ~ 4,100원 수준이었으나, 2025년 조사에서는 W당 약 2,000 ~ 2,950원으로 약 20 ~ 40%의 하락하였으며, 모듈 효율 역시 2022년 최대 15%에서 2025년 최대 18%로 약 20% 개선되었다. 이와 같은 가격 하락과 효율 개선은 건축설계 단계에서의 BIPV 채택 부담을 낮추는 요인으로 작용하고 있다. 한편 서울특별시는 녹색건축물 설계기준 질의응답3)을 통해 BIPV 적용 시 태양광 셀이 외부에서 보이지 않도록 계획하고, 건물 외피와 조화를 이루는 색상 및 디자인을 적용할 것을 권고하고 있어, 건축 미관과의 통합이 중요한 설계 요소로 부각되고 있다.
그러나 국내에서는 층수·창면적비·장단변비 등 BIPV 설치 가능 면적을 정량적으로 산정하기 위한 외피 요소 기반의 제도적 가이드라인이 마련되어 있지 않다. 또한 BIPV 외피 통합 방식과 설치 프로세스를 체계적으로 규정하는 독립적인 설계기준 역시 부재한 실정이다. 건축물의 유형, 설치 위치, 외피 구성, 모듈 사양에 따라 비용 구조와 경제성이 크게 달라지는 만큼, 업무시설 표준건축모델을 기반으로 한 외장재 대체 비용·설치 비용·발전량을 동일한 분석 틀에서 비교하는 정량적 경제성 평가가 요구된다.
2. 분석 방법 설정
본 연구는 다음의 네 단계로 수행하였다. 첫째, 서울·경기 지역 업무시설 16,529동을 대상으로 한 최근 표준 에너지 모델 연구를 바탕으로11) 국내외 선행연구를 검토하여 중층 및 고층 업무시설 표준건축모델을 설정하였다. 둘째, 입면형 GtoG (Glass to Glass) 컬러 BIPV와 지붕일체형 BIPV를 대상으로 적용 부위 및 효율, 용량 조건을 정의하였다. 셋째, 건축 적산 프로그램 X-Cost와 2026년 조달청·거래가격·유통물가 자료를 기반으로 설치 비용을 산정하고, 외장재 대체 효과를 반영하기 위해 화강석·세라믹 타일·유리 커튼·금속 패널 등 다양한 외장재와 비교 분석을 수행하였다. 넷째, 태양광 발전 시뮬레이션 PVsyst (ver. 7.3.1)13)를 활용하여 연간 발전량과 전기요금 절감액을 산정하고 비용조사 결과에 대한 정량적 평가를 수행하였다.
2.1 표준건축모델 설정
표준건축모델은 비주거용 표준건물 연구4,6,7), 업무시설 표준조건 연구8), 표준 업무용건물 정의 방법 리뷰14), 그리고 최근 제시된 한국 업무시설의 표준 에너지 모델 연구4,11)를 종합하여 설정하였다. 표준건축모델을 도출하는 방법론은 크게 세 가지 유형으로 분류된다. 첫째, 전문가 경험 및 소규모 표본에 기반한 EDPB (Empirical Decision Based Prototypical Building), 둘째, 실측 데이터와 전문가 판단을 혼합한 HIPB (Hybrid Information Based Prototypical Building), 셋째, 통계 데이터를 체계적으로 분석하여 대표 유형을 도출하는 SAPB (Statistical Analysis Based Prototypical Building)가 이에 해당한다7). 기존 연구들은 대부분 소규모 표본 또는 전문가 경험에 기반한 EDPB 및 HIPB 방법을 활용하였으며, 이는 통계적 대표성 확보에 한계를 가진다.
이에 본 연구에서는 Adilkhanova et al. (2025)11)이 서울·경기 지역 업무시설 16,529동의 건축물대장과 공간정보를 결합하여 계층적 군집분석(Ward 방법)을 수행한 결과를 기준 모델로 채택하였다. 해당 연구는 SAPB 방법에 기반하여 중층과 고층의 두 대표 유형을 도출하였으며, 국내 업무시설 표준건축모델을 통계적으로 정의한 최초의 사례에 해당한다. 표준건축모델 개발과 국내 선행연구에서 제시된 주요 설계 변수는 Table 1과 같다.
Table 1
Summary of reference building parameters from prior studies
| Study |
Gross floor area (m2) | Stories |
Floor height (m) | Aspect ratio |
WWR (%) |
Core (%) | |||||||||||||
| Jeong et al. (2014)4) | 20,838 | 7 | 4.0 | 1:1.92 | 36.9 | 20 | |||||||||||||
| Kim et al. (2017)8) | 306.8 | 589 | 1,157 | 6 | 9 | 16 | 3.24 | 3.55 | 3.84 | 1:1.7 | – | – | |||||||
| Kim and Seo (2018)7) | 1,444 | 2,977 | 5,518 | – | 7 | 16 | 3.9 | 4.0 | 5.0 | 1:1 | 1:1.8 | 1:1.92 | 40 | 36.9 | 63 | – | |||
| Choi and Lee (2021)14) | 1,414 | 2,720 | 11,308 | 1 | 3 | 5 | 3.8 | 1:1.79 | 1:1.85 | 1:2.09 | 47 | – | |||||||
| Lee (2022)15) | 20,838 | 7 | 4.0 / 4.5(1F) | 1:1.92 | 36.9 | 20 | |||||||||||||
| Adilkhanova et al. (2025)11) | 4,092 | 45,523 | 8 | 18 | 3.64 | 1:1.83 | 1:2.05 | 35 | – | ||||||||||
본 연구에서는 연면적, 건축면적, 층수, 층고, 장단변비, 창면적비(WWR), 코어 비율을 주요 설계 변수로 적용하였다4,11). 장변은 남향으로 배치하여 남·동·서측 입면에 BIPV 적용이 가능하도록 하였으며, 중심 코어는 전체 평면의 약 20%로 설정하였다. 슬라브 두께는 콘크리트 슬래브 기준 125 mm로 지정하였고, 창문 높이는 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙16)에 따라 0.8 m로 설정하였다. 또한 대형 업무시설의 저층부는 공공성과 접근성을 고려하여 커튼월 방식의 열린 평면으로 규정하고, 1층 층고를 4.5 m로 지정하여 BIPV 적용 대상에서 제외하였다17).
건물 구조는 국토교통부 건축물 생애이력 관리시스템 기준 전국 연면적 15,000 m2 이상 업무시설 8,351개 중 8,341개가 철근콘크리트 및 철골 구조로 확인됨에 따라18), 이를 표준건축모델의 기본 구조로 설정하였다. 설정된 중층 모델(8층)과 고층 모델(18층)의 주요 기하학적 특성은 Table 2와 같다(Fig. 2).
Table 2
Reference office building model parameters
2.2 BIPV 적용 및 모듈 조건
BIPV 적용 부위는 입면과 지붕으로 구분하여 설정하였다. 입면형 BIPV는 남·동·서측 불투명 외벽면을 적용 대상으로, GtoG 타입의 Medium Gray 컬러 모듈을 적용하였다. 해당 모듈은 Back Contact Cell (N Type) 구조(Fig. 3)를 기반으로 하여, 전극이 후면에 배치됨으로써 전면이 균일한 색조로 구현되어 건축 외피와의 시각적 조화가 우수한 것으로 평가된다19,20). 모듈 효율은 국내 3개 제조사의 Medium Gray 컬러 GtoG 모듈 사양서를 조사한 결과, 16~18% 수준으로 확인되었으며, 본 연구에서는 이를 근거로 약 16.8%를 적용하였다. 이는 All Black 기준 효율 21% 대비 컬러 적용에 따른 빛 투과 감소율 20%를 반영한 수치이다.
모듈 크기는 최적 효율을 고려하여 1,140 mm × 1,140 mm의 Half-Cut 셀 적용 모듈로 설정하였으며, 내풍압 기준 충족을 위해 전·후면 5 mm의 GtoG 구조를 적용하였다. 색상은 대다수 지자체가 채택하는 서울특별시 녹색건축물 설계기준에서 셀 노출 및 All Black 모듈 사용을 제한하는 점을 반영하여, 무채색 계열 중간색인 Medium Gray로 결정하였다3).
지붕형 BIPV는 일반 PV와 유사한 외관을 가지는 지붕일체형 All Black 모듈(효율 21%) 1,135 mm × 2,460 mm를 적용하였다. 지붕은 외관·경관·색채 등에 대한 규제가 입면 대비 완화되어 있어 설계 유연성이 높고, 음영·반사 등의 변수가 적어 안정적 실발전량 확보에 유리하다. 따라서 동일한 BIPV 시스템이라도 적용 부위에 따라 경제성 평가 기준을 차별화하여 분석하였다(Table 3).
Table 3
BIPV application scenarios and capacities
설치 용량 산정은 Table 2의 표준건축모델 기하학적 조건을 기반으로 수행하였다. 입면의 경우 건축 특성상 창호 형태 및 면 분할이 다양하므로, 정형화된 분석을 위해 정방형 모듈(1,140 mm × 1,140 mm, 210 W)을 표준 모듈로 선정하였다. 정방형 모듈은 다양한 입면 분할 조건에서 배치 효율이 높아 본 연구에 적합하다고 판단하였으며, 개구부를 제외한 불투명 외벽면 전체에 균등 배치하는 방식을 적용하였다. 모듈 배치 후 발생하는 미설치 영역은 통계적 산정이 불가하여 반영하지 않았으며, 지붕형 BIPV의 경우도 동일한 기준을 적용하였다.
입면형 BIPV의 설계 시에는 발전 성능 외에 환기·구조·화재 안전 등 건축적 조건이 함께 고려되어야 한다. 모듈 온도 상승에 따른 발전량 저감을 최소화하기 위해 벽체와 모듈 사이 15 cm 이상의 후면 통풍공간을 확보하였으며, 화재 확산 방지를 위해 모듈 후면에 불연재(유리)를 적용하였다. 풍하중 및 구조 안전성, 수밀·기밀 성능, 시공 등은 관련 건설기준코드에 따라 검토하였다. 본 연구의 설치 비용 산정은 한국에너지공단 신·재생에너지센터에서 고시한 신·재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침21)을 준용하였다. Figs. 4, 5는 일반 외장재 건물과 입면형, 지붕형 BIPV 적용 건물을 비교하여 외장재 대체 개념을 보여주는 사례이다.
2.3 비용 산정 방법
설치 비용 산정은 적산 프로그램 X-Cost를 기반으로, 2026년 1월 조달청 단가·거래가격·유통물가 자료를 종합하여 수행하였다. 모든 비용은 일위대가 기준으로 산정하였으며, 노무비는 표준 품셈에 근거하였다. 재료비·노무비·경비를 구분 산출하였고, 4대보험·안전관리비·환경보전비 등은 2026년 관련 기준을 적용하였다.
입면형 BIPV의 시공 방식은 건축 구조에 따라 세 가지로 구분하여 검토하였다. 첫째, 철근 콘크리트 구조의 건식 입면 설치 방식은 콘크리트 앵커에 하지 금속재를 설치한 후 패널을 부착하는 방식이다. 둘째, 유리 커튼월 설치 방식은 복층유리의 후면에 BIPV를 적용하여 기존 커튼월 구조체를 활용하는 방식으로, 별도의 구조 설치 비용이 발생하지 않는 특성을 가진다. 셋째, 경량 철골 패널 방식은 경량 패널 형태로 외장을 설치하는 방식이다. 본문에서의 비용 비교는 보수적 분석을 위해 건식 입면 및 유리 커튼월 방식을 비교하여 제시하되, 세 가지 시공 방식에 대한 종합 비교 결과를 함께 검토하였다.
모듈 가격 조사 결과, 입면형 Medium Gray 컬러 모듈은 2025년 국내 3개 제조사의 제품 조사를 기반으로 평균 약 2,450원/W로 산정되었으며, 지붕형 All Black 모듈은 2개 제조사 기준 평균 약 345원/W로 산정되었다. 입면형 모듈의 단가가 지붕형 대비 약 7배 높은 것은 컬러 처리·GtoG 구조·Back Contact 셀 적용 등 건축 외피 통합을 위한 제조 공정 차이에 따른 결과로 해석된다.
전기 설계는 전기안전공사 사용전점검기준(2025)22)에 따라 방위별로 구분하여 수행하였으며, 중층 및 고층 표준건축모델의 방위별 모듈 수량, 설비 용량 및 인버터 구성은 Table 4에 정리하였다.
Table 4
BIPV module and inverter specifications by orientation
외장재 대체 효과를 검토하기 위해, BIPV가 대체 가능한 외장재로 석재 마감, 컬러 강화 접합유리, 알루미늄 금속 패널로 총 세 가지를 선정하였다. 발전량은 PVsyst 시뮬레이션을 통해 산정하였다. 기상 데이터는 서울 서대문구 관측소 기반 표준기상연도(EPW) 파일을 적용하였으며, PVsyst 시뮬레이션은 면적 파라미터가 아닌 설비 용량(kW) 파라미터를 기준으로 수행하였다. 모듈 효율은 입면형 모듈은 16.8%, 지붕형 모듈은 21%의 효율을 적용하였고, 앞서 설정한 모듈 사양을 직접 입력하여 진행하였다. 실제 반영 용량은 평균 개구율, 녹지 공간, 시스템 손실률 등을 종합적으로 반영하여 보수적으로 산정하였으며, 입면형 중층 212.2 kW / 고층 1,038.4 kW, 지붕형 중층 84.3 kW / 고층 414.7 kW의 용량을 설치하도록 설계되었다.
경제성 평가는 한국전력공사 전기요금 단가 168원/kWh23)를 기준으로 연간 절감액과 태양광 모듈의 일반적인 설계수명(25 ~ 30년)을 고려한 25년 누적 절감액을 산정하는 방식으로 수행하였다. 다만, 본 연구의 경제성 분석은 BIPV 설치 비용 비교의 직관성 확보를 위해 할인율 및 유지관리비 등 일반적인 경제성 분석에서 포함되는 세부 요인들을 배제하고, 실발전량 기반 전기요금 절감액과 초기 설치 비용 비교에 한정하였다.
3. 결과 및 토의
3.1 표준건축모델별 BIPV 적용 가능 면적
입면 적용 가능 면적은 장단변비 및 창면적비(WWR) 조건을 기반으로, 남·동·서측 불투명 외벽면에 정방형 모듈(1,140 mm × 1,140 mm)을 균등 배치하는 방식으로 산정하였다. 1층은 커튼월로 계획된 저층부로 BIPV 적용 대상에서 제외하였으며, 모듈 배치 후 발생하는 미설치 영역은 반영하지 않았다. 지붕 적용 가능 면적은 옥상 전체 면적에서 공조시설, 설비 공간, 옥상 녹화 공간을 제외한 유효면적을 기준으로 산정하였다.
BIPV 적용 면적 산정 결과, 중층 모델의 입면 적용 가능 면적은 1,944.6 m2, 고층 모델은 9,498.1 m2로 나타났다. 지붕의 경우 중층 모델은 옥상 전체 409.19 m2 중 366.57 m2, 고층 모델은 옥상 전체 2,023.23 m2 중 1,812.48 m2가 실제 적용 가능 면적으로 산정되었다(Table 5). 이는 업무시설에서 지붕의 BIPV 적용 가능 면적이 옥상 전체 면적 대비 제한적인 반면, 입면은 상대적으로 넓은 적용 면적을 확보할 수 있음을 보여준다.
Table 5
Applicable BIPV areas and electricity-saving benefits
PVsyst 시뮬레이션 결과, 입면형 BIPV의 연간 실발전량은 중층 137,696 kWh, 고층 678,831 kWh로, 지붕형 BIPV는 각각 83,971 kWh, 415,488 kWh로 산정되었다. 입면은 단위 면적당 발전 성능이 지붕 대비 낮으나, 적용 가능 면적이 넓어 중·고층 업무시설의 BIPV 전략에서 핵심적인 검토 대상으로 분석되었다. 특히 고층 업무시설의 경우 입면 적용 가능 면적이 지붕 대비 약 5.2배(9,498.1 m2/ 1,812.48 m2)로 산정되어, 입면형 BIPV 적용 여부가 총 발전량과 경제성을 좌우하는 핵심 변수로 작용하였다. 반면 지붕은 면적이 제한적이나 일사 조건과 설치 효율이 우수하여 직접적인 경제성 확보에 강점을 가진다.
3.2 입면형 BIPV 설치 비용
설치 비용은 적산 프로그램 X-Cost를 기반으로 산정하였으며, X-Cost에 반영되지 않은 모듈, 인버터 등 주요 자재는 별도 시장 조사 가격을 적용하였다. 설치 용량이 입면 적용 가능 면적 기반 도출값보다 낮게 산정된 것은 모듈 배치 후 발생하는 미설치 영역이 반영되었기 때문이다.
건식 입면 방식을 기준으로 석재 마감과 비교한 결과, 중층 모델의 석재 마감 평균 공사비는 약 8.83억 원(45.4만 원/m2)인 반면, 동일 면적에 입면형 BIPV를 적용할 경우 약 22.4억 원(115만 원/m2)이 소요되어 13.6억 원의 추가 투자비가 발생하였다. 고층 모델에서는 석재 마감 기준 약 42.74억 원(45만 원/m2) 대비 BIPV 적용 시 약 101.13억 원(106만 원/m2)으로, 약 58.39억 원의 추가 비용이 산정되었다(Table 6).
Table 6
Façade BIPV cost comparison with stone finish cladding
그러나 BIPV는 외장재 기능과 발전 기능을 동시에 수행하는 복합 부재이므로, 초기 공사비와 외장재 대체 효과를 함께 고려하여 경제성 평가가 필요하다. 중층 모델의 경우 입면형 BIPV는 연간 약 2,313만 원의 전기요금 절감액을 제공하며, 25년 기준 누적 절감액은 약 5.78억 원으로 산정되었으나, 석재 마감 대비 추가 비용 13.6억 원을 상쇄하기에는 부족한 것으로 나타났다. 고층 모델에서도 연간 절감액이 약 1.14억 원, 25년 누적 절감액이 약 28.51억 원으로 산정되었으나, 석재 마감 대비 추가 비용 58.39억 원을 상쇄하기 어려운 것으로 분석되었다. 이는 석재 마감 대비 BIPV의 경제적 부담이 상당함을 의미하며, 보다 현실적인 비교 기준으로서 유리 커튼월 방식과의 비교가 필요함을 시사한다.
유리 커튼월 방식을 기준으로 비교한 결과, 중층 모델의 유리 커튼월 공사비는 약 19.5억 원(100만 원/m2)인 반면, 동일 면적에 입면형 BIPV 적용 시 약 25.9억 원(133만 원/m2)이 소요되어 약 6.4억 원의 추가 투자비가 발생하였다. 고층 모델에서는 유리 커튼월 기준 약 92.2억 원(97만 원/m2) 대비 BIPV 적용 시 약 122억 원(128만 원/m2)으로, 약 29.84억 원의 추가 비용이 산정되었다(Table 7).
Table 7
Façade BIPV cost comparison with glass curtain wall
중층 모델의 입면형 BIPV는 연간 약 2,313만 원의 전기요금 절감액을 제공하며, 25년 기준 누적 절감액은 약 5.78억 원으로 산정되어 추가 비용 6.4억 원 대비 약 90%를 상쇄하는 것으로 나타났다. 고층 모델에서도 연간 절감액 약 1.14억 원, 25년 누적 절감액이 약 28.51억 원으로 추가 비용 29.84억 원의 약 96%를 상쇄하는 것으로 확인되었다. 이는 석재 마감 대비 경제적 부담이 크게 완화됨을 의미하며, BIPV 설치 시 초기 투자 지원 정책과 장기 운영·관리 비용 분석을 함께 고려한 의사결정이 필요하다.
3.3 다양한 외장재별 비용 비교
BIPV의 경제성을 외장재 유형에 따라 종합적으로 검토하기 위해, 석재 마감과 컬러 강화 접합유리(UV), 알루미늄 금속 패널과의 비교를 수행하였다(Table 8). 각 외장재는 건축 구조별 적용 형태에 따라 건식 입면 설치 방식에는 석재 마감을, 유리 커튼월 설치 방식에는 컬러 접합유리를, 경량 철골 설치 방식에는 금속 패널을 대응시켜 비교하였다.
Table 8
Façade BIPV cost comparison with various cladding materials
Table 8의 Unit Cost of BIPV (KRW/m2)는 모듈, 하지 금속재, 인버터, 전기공사 등 설치 전체 비용을 적용 가능 면적으로 나눈 값이며, BIPV Cost (KRW/kW)는 동일한 전체 설치 비용을 설비 용량으로 나눈 값이다. 이 단가는 모듈 효율만으로 산출한 이론값과 달리 실제 설치 공사비가 포함된 값이다.
비교 결과, 석재 마감 대비 건식 입면 방식 BIPV의 추가 비용은 중층 m2당 약 69.6만 원, 고층 약 61만 원으로 산정되어 초기 비용 부담이 상당하다. 반면 컬러 강화 접합유리(UV) 대비 유리 커튼월 방식 BIPV의 추가 비용은 중층 m2당 약 32.6만 원, 고층 약 30.9만 원, 알루미늄 금속 패널 대비 경량 철골 방식 BIPV의 추가 비용은 중층 m2당 약 35.3만 원, 고층 약 32.7만 원으로 비교적 적은 추가 투자로 발전 기능을 확보할 수 있다. 또한 입면형 BIPV의 총 설비 용량은 중층 212.2 kW, 고층 1,038.4 kW로 산정되었으며, 시공 방식별 kW당 설치 비용을 환산한 결과, 중층 모델의 경우 건식 입면 약 882만 원/kW, 유리 커튼월 약 1,057만 원/kW, 경량 철골 약 882만 원/kW로 나타나 세 가지 방식의 평균은 약 940만 원/kW로 산출되었다. 고층 모델에서는 건식 입면 약 809만 원/kW, 유리 커튼월 약 1,012만 원/kW, 경량 철골 약 809만 원/kW로, 평균 약 877만 원/kW로 산출되었다.
이러한 시공 방식별 비용 차이는 BIPV의 경제성 평가에서 건축 구조와 외피 조건이 주요 변수로 작용함을 시사한다. 특히 유리 커튼월 방식의 경우 구조체 비용이 건축 공사에 이미 반영되어 있어, BIPV 자체의 추가 비용이 모듈 비용과 전기 시공 비용에 한정되는 반면, 건식 입면 방식은 별도의 하지 금속재 및 구조물 설치가 요구된다. 이에 따라 설계 초기 단계에서 건물의 구조 방식과 외피 계획을 BIPV 적용 전략과 연계하여 검토하는 것이 경제성 확보에 유리하다.
3.4 지붕형 BIPV 설치 비용
지붕형 BIPV는 외장재 대체 효과 없이 순수 발전만으로도 초기 투자비 대비 경제성을 확보할 수 있어, 입면형 대비 직접적인 경제성을 갖는다. 중층 모델의 경우 366.57 m2의 적용 가능 면적에 84.3 kW의 설비 용량을 확보하였으며, 연간 실발전량은 83,971 kWh로 산정되었다. 이에 따른 연간 전기요금 절감액은 약 1,411만 원, 25년 누적 절감액은 약 3.53억 원이다. 설치 비용은 약 2.03억 원(55.4만 원/m2)으로, 단순 투자회수 기간은 약 14.4년으로 분석되어 모듈 설계수명(25 ~ 30년) 내 회수 가능한 수준인 것으로 나타났다. 고층 모델에서는 적용 가능 면적 1,812.48 m2에 설비 용량 약 414.7 kW, 연간 실발전량 415,488 kWh로 산정되었으며, 이에 따른 연간 전기요금 절감액은 약 6,980만 원, 25년 누적 절감액은 약 17.45억 원이다. 설치 비용 약 9.39억 원(51.8만 원/m2)으로 단순 투자회수 기간은 약 13.5년이며, 중층 모델과 마찬가지로 모듈 설계수명 내 투자회수가 가능한 것으로 확인되었다(Table 9).
Table 9
Roof BIPV installation cost and economic analysis
지붕은 건축물 최상부에 위치하여 외부 환경에 직접 노출되므로 방수·마감 유지관리 비용이 생애주기 동안 반복하여 발생하는 부위이다. 지붕형 BIPV는 기존 방수·마감 체계의 일부 기능을 대체하여 통상 3 ~ 5년 주기로 발생하는 방수 비용을 절감할 수 있어, LCC (Life Cycle Cost) 기반 경제성을 강화할 수 있는 것으로 판단된다24,25). 또한 공조시설, 설비 공간, 옥상 녹화 공간을 제외한 대부분의 지붕 면적이 안정적 유효면적으로 활용 가능하며, 단위 면적당 설치 비용이 낮아 추가 투자비 회수 속도가 빠른 것으로 분석되었다.
지붕형 BIPV의 kW당 설치 비용은 중층 약 240만 원/kW, 고층 약 226만 원/kW로 산출되어, 입면형 BIPV평균(중층 940만 원/kW, 고층 877만 원/kW) 대비 약 1/3 수준으로 나타났다. 이는 지붕형이 입면형 대비 모듈 단가가 낮고(지붕형 345원/W, 입면형 2,450원/W), 별도의 외장 구조물 설치가 필요하지 않기 때문이다. 따라서 지붕형 BIPV는 신축 및 리모델링 프로젝트에서 우선적으로 검토 가능한 적용 부위로서, 입면형 BIPV와의 병행 전략 수립 시 경제성 확보의 기반이 된다.
이러한 병행 전략은 발전량 측면에서도 유효성을 갖는 것으로 나타났다. PVsyst 시뮬레이션 결과, 입면형 BIPV는 봄·가을에 발전량이 높고 여름에 저하되는 반면, 지붕형 BIPV는 봄·여름에 발전량이 높아 두 유형의 계절별 발전 패턴이 상호 보완적 구조를 형성하였다. 따라서 입면형 BIPV와 지붕형 BIPV를 병행 적용할 경우 연간 발전량 편차를 완화하고 안정적인 에너지 공급이 가능할 것으로 판단된다(Fig. 6).
3.5 종합 논의
본 연구의 결과를 종합하면, BIPV 경제성은 적용 부위에 따라 상이한 해석 틀이 요구되는 것으로 나타났다. 지붕형 BIPV는 순수 발전량을 통한 절감액 기준에서도 높은 경제성을 확보하여, 신축 및 리모델링 프로젝트에서 우선적으로 검토할 수 있는 적용 부위로 해석된다. 반면 입면형 BIPV는 초기 투자비 측면에서는 부담이 있으나, 건물 외장재를 전력 생산이 가능한 외피로 전환하여 비용을 창출하는 구조를 가지는 것으로 분석되었다. 또한 건물 규모가 클수록 BIPV 도입의 경제적 타당성이 높아지는 것으로 확인되었으며, 단순 투자회수 기간은 중층 모델과 고층 모델에서 유사한 수준으로 나타났다. 특히 고층 업무시설처럼 옥상 면적 비중이 낮은 건축물에서는 지붕형과 입면형을 병행하는 전략이 ZEB 자립률 확보와 디자인 통합을 동시에 달성할 수 있는 대안이 된다.
BIPV 설치 비용에 대한 경제성은 대체되는 외장재의 단가 수준에 따라서도 크게 달라지는 것으로 나타났다. BIPV 건식 입면 설치 방식의 경우 석재 마감 대비 추가 비용이 중층 기준 약 69.6만 원/m2, 고층 기준 약 61만 원/m2으로 산출되었으며, 유리 커튼월 설치 방식은 중층 약 32.6만 원/m2, 고층 약 30.9만 원/m2 그리고 경량 철골 설치 방식은 중층 약 35.3만 원/m2, 고층 약 32.7만 원/m2의 추가 비용이 발생하였다. 따라서 동일한 BIPV 시스템이라도 적용 방식과 대체 외장재에 따라 추가 비용이 달라지는 것처럼, 입면형 BIPV의 경제성은 단순한 설치 비용 수준만으로 판단하는 것이 아닌 적용 방식별 비용 구조·외장재 대체의 비용 수준을 통합적으로 고려하여 해석할 필요가 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 업무시설 표준건축모델을 기반11)으로 입면형 및 지붕형 BIPV의 설치 비용을 분석하였다. 국내 업무시설을 대표하는 중층(4,091.85 m2, 8층)과 고층(45,522.63 m2, 18층) 모델을 설정하고, 창면적비 35%, 장단변비 1:1.83 및 1:2.05, 중심 코어 20% 조건을 적용하였다.
입면형 BIPV는 중층과 고층에서 각각 1,944.6 m2와 9,498.1 m2의 적용 가능 면적을 확보하였으며, 초기 투자비는 대체 외장재 종류에 따라 상이하게 산정되었다. 특히 업무시설에서 일반적으로 채택되는 유리 커튼월 방식을 기준으로 할 경우, 외피 계획 단계에서 입면형 BIPV를 외장재로 선택하는 전략은 외장재 대체와 함께 25년 내 비용 회수가 가능한 현실적 접근임을 확인하였다. 따라서 설계 초기 단계에서 건물의 구조 방식 및 외피 계획을 BIPV 적용 전략과 연계하여 검토하는 것이 경제성 확보에 유리하며, 이를 설계 의사결정 과정에 반영할 필요가 있다.
지붕형 BIPV는 중층 84.3 kW, 고층 약 415 kW 규모로 적용 가능하였으며, 25년 기준 누적 절감액이 설치 비용 대비 각각 약 1.7배, 1.9배로 분석되어 전력 절감 측면에서의 경제성이 검증되었다. 종합하면, BIPV는 단순한 태양광 설비가 아닌, 외장재를 대체하면서 전력을 생산하는 건물 외피 시스템으로 해석할 수 있다. 따라서 초기 공사비 비교와 함께 외장재 대체 효과를 종합적으로 고려한 평가가 필요하다.
다만, 본 연구의 경제성 분석은 다음과 같은 방법론적 한계를 지니며, 결과 해석 시 이를 유의할 필요가 있다. 첫째, 재무적 부대 비용의 미반영이다. 초기 설치 비용 외에 대출 이자율 등 금융 비용 및 유지관리비(Operating and Maintenance, O&M)가 산입되지 않았다. BIPV는 건물 외장재이자 발전 설비이기 때문에 일반적으로 오염원 세척, 인버터 교체 등 운영 및 유지보수 비용이 지속적으로 발생하며, 규모가 큰 건물의 경우 금융 비용(대출 이자)이 추가로 발생한다. 따라서 재무적 부대 비용이 경제성 분석 시 포함되지 않을 경우 경제성이 과대 평가될 수 있다. 둘째, 생애주기 변동 요인의 미반영이다. 연간 약 0.5% ~ 0.8% 수준의 모듈 성능 저하율 및 인플레이션 등 시간 흐름에 따른 변동성이 미반영된 명목가치 기준의 단순 절감액 비교에 한정되어 있다. 하지만 태양광 모듈은 장기간 운영됨에 따라 불가피한 성능 저하(Degradation)가 발생하며, 물가 상승에 따른 화폐가치 하락 및 자본의 시간가치가 존재한다. 따라서 이러한 변수를 반영하지 않고 단순 절감액을 누적할 경우, 장기적인 관점에서 BIPV 시스템의 실제 경제적 편익이 과대 평가될 수 있다. 셋째, PVsyst 산출값과 실측 모니터링값 간 편차가 검증되지 않았으며, 또한 모듈은 인증 모듈 기준으로 분석되어 최신 고효율 미인증 모듈 대비 보수적인 결과가 산출되었다. 넷째, 옥탑 입면 면적이 산입되지 않아 실제 설치 용량이 축소되어 산정되었다.
향후 연구에서는 할인율·유지관리비를 포함한 생애주기비용(LCC) 기반의 종합적인 재무 분석이 요구된다. 또한 ESS (Energy Storage System) 연계를 통해 잉여 전력을 활용하고, 수전 용량 절감 및 피크 부하 제어 편익을 반영한 다각적인 경제성 평가에 대한 검토도 필요할 것으로 판단된다. 아울러 PVsyst 시뮬레이션 값과 실측 모니터링 값의 건물의 입지 및 기상 조건에 따른 지역별 비교 분석을 통한 발전량 검증이 요구된다. 본 연구는 업무시설 표준건축모델에 한정된 분석으로, 향후 다양한 건물 용도로의 확장이 필요하다. 특히 최근 공동주택이 판상형에서 탑상형으로 전환되면서 입면이 창호 위주로 구성되는 경향이 강해지고 있어, 난간 일체형 BIPV, 공용공간 입면, 옥상·커뮤니티 공간 대상 BIPV 등을 중심으로 한 공동주택 전용 BIPV 모델의 검토가 요구된다. 또한 옥상휴게공간을 퍼걸러형 BIPV로 계획할 경우 적용 가능 면적을 확장할 수 있으므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 나아가, 기존 건축물을 대상으로 한 리모델링 적용 연구도 필요하며, 특히 지붕형 BIPV의 방수 기능 대체 효과를 포함한 LCC 기반 분석과 에너지 취약계층을 고려한 노후 다세대·다가구 주택에 대한 적용 연구가 필요하다.
