우리나라의 고속도로에는 1982년 처음으로 방음벽이 설치된 이래 현재 800km가 넘게 설치되어 있는 상황이며, 방음벽이 지속적으로 도로소음 대책의 주류가 될 것으로 예상된다. 그러나 고속도로 교통소음 저감 목적으로 주로 사용되는 알루미늄 또는 압출 성형 시멘트 방음벽은 음향학적 성능은 우수하나 주변 환경과의 조화가 용이하지 않으며 운전자와 도로변 거주민들에게 중압감을 주고 시야를 가리는 단점이 있다. 최근 조망권에 대한 민원인들의 요구와 방음벽 디자인 평가 등으로 인하여 방음벽 전체 또는 일부에 투명 방음판을 적용하는 사례가 급속히 증가하는 추세이다.

투명방음벽은 일조?경관과 관련한 특유의 문제점을 해소 할 수 있고, 도로 이용자 측의 시야확보 및 나들목 또는 분기점 등 도로 진입 시 시계차단으로 발생될 수 있는 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.
이에 본 연구에서는 도시경관 및 운전자의 시야를 확보할 수 있는 투명방음벽에 태양전지를 설치하여 방음벽 주변에서 필요로 하는 에너지를 제공할 수 있는 ‘투명 태양광방음/발전 모듈’의 개발과 다양한 변수에 따른 발전성능 및 구조적 안전성을 평가하고자 한다. 연구의 결과는 다음과 같다.

제작된 투명태양광 방음/발전 모듈의 태양전지 배치 및 설치방위에 따른 발전성능을 평가하였다. 평가 기간은 8월부터 9월까지 진행하였으며 분석은 외부 기상조건이 쾌청한 날의 데이터를 활용하였다. 먼저 태양전지 배치 간격에 따른 발전성능은 태양전지 72개설치 모듈(Glass)의 평균 발전량은 62.86(Wh)로 측정되었다. 태양전지 72개설치 모듈(PC)의 평균 발전량 59.78(Wh)이며 72개설치 모듈(Glass) 대비 95.1(%) 효율을 나타내었다. 태양전지 36개설치 모듈의 평균 발전량은 27.89(Wh)이며 72개설치 모듈 대비 44.36(%) 효율을 나타내었다. 태양전지 32개설치 모듈의 평균 발전량은 25.70(Wh)이며 72개설치 모듈 대비 40.88(%)의 효율을 나타내었다. 태양전지 24개설치 모듈의 평균 발전량은 18.08(Wh)이며 태양전지 72개설치 모듈 대비 28.76(%)의 효율을 나타내었다.

투명 태양광방음/발전모듈의 설치방위에 따른 발전성능은 5개 모듈 모두 평균적으로 남향 설치 대비 북향 및 동향에서 평균 10%의 감소율을 나타내었으며, 북향 설치 시 평균 60%의 감소율을 나타내었다.
투명 태양광방음/발전모듈의 연간 발전량을 분석하기 위하여 제작된 모듈의 발전성능과 시뮬레이션을 통한 발전성능을 동일한 조건에서 비교분석 후 유효성 평가를 실시하였다. 평가는 시간당 발전량 분석을 통해 시뮬레이션과 현장실험 데이터의 발전량 오차율로 평가하였다. 비교분석 결과,
태양전지 72개설치 모듈의 경우 -11.76%의 36개설치 모듈은 6.44(%), 32개설치 모듈은 -4.92(%), 24개설치 모듈은 0.59(%)로 분석되어 시뮬레이션 데이터가 유효하다 평가되었다. 유효성 평가를 바탕으로 각 모듈 간 연간 발전량을 분석한 결과 각 모듈의 연간 발전량은 72개설치 239.70(kWh), 36개설치 127.80(kWh), 32개설치 106.03(kWh), 24개설치 78.86(kWh)로 분석되었다.

충격강도 평가는 KS F 4770(평가기준, 강철재질량 3kg, 낙하높이 100cm)에 따라 평가하였다. 실험은 평탄한 곳에 투명 태양광방음/발전 모듈이 움직이지 않도록 고정한 후 모듈의 모서리로부터 각각 125mm 떨어진 영역 내에서 모서리 부분의 1곳, 중앙부분의 1곳, 임의 위치에서의 1곳 등 총 3곳에 충격원을 타격하였다. 이때, 충격원이 방음판 표면에 수직하게 낙하되도록 실시하였다. 평가결과 강화유리 방음/발전모듈의 경우 1회 충격 시 완전 파괴되었으며, PC 방음/발전모듈의 경우 3회 충격 시에도 변형이 없었다.
허용변위량 평가는 실험하중은 내하중 등급(1호)에 따라 4.4(kPa)로 산정하였다. 실험은 태양광 방음/발전모듈 하단에 허용변위계(100mm)를 설치 후 TDS(변위 측정기)에 연결한 상태에서 시험하중을 2점 가가력하면서 변위량을 측정하였다. 측정결과 강화유리 및 폴리카보네이트 태양광 방음/발전모듈 모두 탄성변위량 기준 50(mm) 이하로 분석되어 허용변위량을 만족한 것으로 판단된다.
본 연구결과는 투명 태양광방음/발전모듈에 대한 연구 및 개발에 대해 기초적인 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.