국립 부경대학교

‘태양광 발전·LED 디스플레이를 하나로’ 신기술 개발

- 부경대·한국에너지기술연구원 공동연구 … 국제학술지 게재·특허등록

△격자형 LED 디스플레이 모듈을 이용하여 광고 및 영상 재생이 가능한 건물 일체형 태양광 모듈 이미지.

하나의 모듈로 낮에는 태양광 발전을, 밤에는 LED 디스플레이로 활용할 수 있는 ‘고효율 태양광용 LED 디스플레이 모듈’이 개발됐다.

국립부경대학교(총장 장영수)는 신동윤 교수(나노융합공학과·사진 왼쪽) 연구팀과 강기환 한국에너지기술연구원 태양광연구단 책임연구원(사진 오른쪽) 연구팀이 공동연구를 통해 태양광-디스플레이 융합 신기술을 개발했다고 밝혔다.

공동연구팀은 태양광 모듈과 LED 디스플레이 모듈을 융합하면서도, 태양광 모듈의 전기 생산효율 감소를 3%까지 획기적으로 낮추는 데 성공했다.

이번에 개발된 모듈을 건물 외벽에 설치하면 전기만 생산하는 기존 태양광 모듈과 달리, 전기 생산은 물론 미디어 재생 기능까지 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

기존 LED 디스플레이 모듈은 태양광 모듈에 도달하는 태양 빛을 과도하게 가려 태양광 모듈 전기 생산효율을 23%나 감소시키면서 두 모듈 융합에 한계가 있었다. 또 LED 디스플레이의 수명이 태양광 모듈보다 짧아 고장 시 태양광 모듈까지 함께 교체해야 하는 문제도 있었다.

연구팀은 격자 구조를 적용해 이 같은 문제들을 해결해냈다. 격자의 교차점에 LED를 설치하고, 격자의 빈 곳으로 태양 빛이 태양광 모듈에 간섭 없이 도달하도록 해 탈부착이 가능한 태양광용 LED 디스플레이 모듈을 개발한 것.

특히 격자 구조를 적용하면 태양고도에 따라 태양 빛이 비스듬하게 모듈에 입사할 때 격자 그림자로 전기 생산효율이 감소하는 또 다른 문제가 발생하지만, 연구팀은 격자 구조 벽면에 반사판을 설치해 태양 빛을 태양광 모듈로 재 반사되도록 하는 방식으로 이 문제까지 해결해냈다.

연구팀이 이 모듈을 서울의 한 건물에 장착한 시뮬레이션을 진행한 결과 낮 동안 생산한 전기로 밤에 LED 디스플레이 모듈을 최대 22시간 작동할 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 연구결과를 담은 논문 ‘Grid-type LED media facade with reflective walls for building-integrated photovoltaics with virtually no shading loss’을 국제학술지 <Applied Energy>(IF: 11.2)에 게재한 데 이어, 연구성과물의 특허등록까지 최근 마쳤다.

신동윤 교수는 “이번 연구로 개발한 모듈 기술이 한국의 태양광 산업뿐만 아니라 디스플레이, 건설 등 관련 산업에서의 기술경쟁력 유지에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. <부경투데이>

△(a) 반사 수직벽을 가진 격자형 LED 디스플레이 모듈을 태양광 모듈에 부착한 개념도 및 (b) 반사 수직벽에 의해 비스듬하게 입사한 태양광이 태양광 모듈로 지향되는 개념도

New technology development in 'photovoltaic & LED display in one'

- joint research between PKNU and Korea institute of energy research published research paper in international academic journals and completed patent registration

A 'high-efficiency solar LED display module' has been developed that can utilize solar power generation during the day and LED display at night with a single module.

Pukyong National University (President Jang Young-Soo) announced that a research team led by professor Shin Dong-Yoon (dept. of nanotechnology eng.) and the research team of senior researcher Kang Ki-Hwan from the photovoltaic research center at Korea institute of energy research developed a new solar display convergence technology through joint research.

The joint research team succeeded in converging a solar module and an LED display module, while dramatically lowering the reduction in electricity production efficiency of the solar module by 3%.

Unlike existing solar modules that only produce electricity, it is expected to be able to utilize not only electricity generation but also media playback functions when this developed module is installed on the outer wall of a building.

Existing LED display modules excessively block sunlight reaching the solar module, reducing the solar module's electricity production efficiency by 23%, so there was a limit to the fusion of these two modules. In addition, since the lifetime of the LED display is shorter than that of the solar module, there has been a problem that even the solar module must be replaced when it malfunctions.

The research team solved these problems by applying a lattice structure. By installing LEDs at the intersections of grids, solar light reaches the empty areas of the grids without interfering with the solar modules, developing detachable solar LED display modules.

Especially when a lattice-type structure is applied, another problem arises in that electricity production efficiency decreases due to a lattice shadow when sunlight is incident on the module at an angle according to the altitude of the sun. In response, the research team solved this problem by installing a reflector on the wall of the lattice structure to reflect sunlight back to the solar module.

As a result of the simulation after the research team installed this module in a building in Seoul, it was shown that the LED display module could be operated for up to 22 hours at night with the electricity produced during the day.

Following the publication of the paper 'grid-type LED media facade with reflective walls for building-integrated photovoltaics with virtually no shading loss', which contains the results of this research, in the international journal <Applied energy> (IF: 11.2), the research team has recently obtained patent on it.

Professor Shin Dong-Yoon said, "I expect that the module technology developed through this research can be a great help in maintaining technological competitiveness not only in Korea's photovoltaic industry but also in display and construction-related industries." <Pukyong Today>