1.머리말

빈기후위기 대응을 위한 RE100, 탄소중립 정책 등이 도입하면서 세계 각국은 재생에너지 도입 목표를 강화하고 있으며, 2020년 기준 전 세계 태양광설비 설치 규모는 150 GW이며, 2030년 까지 약 700 GW까지 성장할 전망이다. 국내 또한, 2020년에 5.5 GW를 정점으로 2030년까지 매년 약 3 GW 태양광설비 추가 증설이 지속될 것으로 전망된다. 무엇보다도 도시지역 건물의 소요에너지 비중이 높고 그린뉴딜, 녹색에너지 건축물 등 건축물 관련 정부 정책이 강화되면서 건축물에 설치되는 태양광설비에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.

빈태양광설비의 성장과 더불어 태양광설비의 화재건수 및 피해금액은 지속적으로 증가하고 있다(2019년 62건: 1억3357만원, 2020년 69건: 1억9344만원, 2021년 81건: 11억9986만원, 2022년 99건: 25억234만원). 화재로 인한 피해와 더불어 옥외 설치되는 설비의 특성상 자연재해에 노출되어 있으며 건축물과의 상호 연소확대위험도 간과할 수 없다. 국내 많은 태양광설비 관련 기준은 전기시설에 집중하고 있으며 이를 개선하기 위하여 전기시설을 포함하여 자연재해위험, 연소확대위험, 건축물의 피난 등을 포함한 안전관리 기준이 요구된다. 이와 관련하여 화재보험협회에서 최근에 제정한 건축물에 설치되는 태양광설비의 방호기준(KFS – 414)에 대해서 설명하고자 한다.

2. 태양광 설비의 위험특성

가. 전기화재 발생위험

빈태양광 설비의 주요 구성은 태양전지 모듈, 접속함, 보호장치, 전력변환장치 등 전기설비를 기본으로 구성되어 전기화재 위험에 노출되어 있다.

나. 발전설비

빈태양광만 있으면 지속적으로 에너지원이 발생하여 화재 시 진화가 어렵고 소화활동인원은 감전위험에 상시 노출되어 있다.

다. 옥외 노출설비

빈옥외 노출된 설비로서 전기설비에 의한 화재위험 외에도 풍·수재, 우박, 낙뢰 등에 의한 위험에 상시 노출되어 있다.

라. 건축물과 상호 연소확대 위험 및 피난 연관성

빈건축물에 설치되는 태양광설비는 건축물과의 상호 연소확대위험이 존재하며, 지붕 또는 발코니 등에 설치된 태양광 패널은 피난에 어려움을 초래할 수 있다.

3. 건축물에 설치되는 태양광설비의 방호기준 KFS 주요 내용

가. 목차 및 구성

빈국내·외 관련 자료를 검토하여 국내 실정에 적합하게 작성한 “ KFS 414 건축물에 설치되는 태양광설비의 방호기준”은 2023년 12월에 제정되었다. 이 기준은 1장 총칙, 2장 용어의 정의, 3장 일반사항, 4장 태양광설비의 화재 방호대책, 5장 태양광설비의 자연재해 방호대책, 6장 태양광설비의 유지관리로 구성되어 있다.

나. 태양광설비의 화재 방호대책

빈태양광 설비의 화재 방호대책은 전기적 요인에 대한 방호대책과 화재확산 방지대책으로 구성되어 있으며 주요 내용은 다음과 같다.

(1) 전기적 요인에 대한 방호대책

(가) 일반요건

① 태양전지 모듈, 전선, 개폐기 및 기타 기구는 충전 부분이 노출되지 않도록 시설하여야 한다.

② 모든 접속함에는 내부의 충전부가 전력변환장치로부터 분리된 후에도 여전히 충전상태일 수 있음을 나타내는 경고가 부착되어야 한다.

③ 태양광설비의 고장이나 외부 환경요인으로 인하여 계통 연계에 문제가 있을 경우 회로분리를 위한 안전시스템이 있어야 한다.

④ BIPV는 태양전지 모듈의 자체 발열에 대한 대비책이 수립되어야 한다.

(나) 전기배선

① 전선은 공칭단면적 2.5 mm²이상의 연동선 또는 이와 동등 이상의 세기 및 굵기인 것을 사용하고 각 부분을 통과하는 태양광설비의 최대 출력전류 이상의 허용전류를 가지는 굵기의 전선으로 배선하여야 한다.

② 모듈에서 인버터에 이르는 배선에 사용되는 케이블은 모듈 전용선 또는 단심(1C) 난연성 케이블을 사용하여야 하며 케이블이 지면 위에 설치되거나 포설되는 경우에는 피복에 손상이 발생되지 않도록 가요전선관, 금속 덕트 또는 몰드 등을 시설 하여야 한다.

③ 모듈 및 기타 기구에 전선을 접속하는 경우는 나사로 조이고, 기타 이와 동등 이상의 효력이 있는 방법으로 기계적·전기적으로 안전하게 접속하여야 하며 접속점에 장력이 가해지지 않도록 하여야 한다.

④ 배선시스템은 바람，결빙，온도，태양방사와 같이 예상되는 외부 영향을 견디도록 시설하여야 한다.

⑤ 모듈의 출력배선은 극성별로 확인할 수 있도록 표시하여야 한다.

⑥ 직렬 연결된 태양전지 모듈의 배선은 과도 과전압의 유도에 의한 영향을 줄이기 위하여 스트링 양극간의 배선간격이 최소가 되도록 배치하여야 한다.

(다) 긴급차단장치

① 건축물에 설치된 태양광설비 회로에는 다음 조건을 만족하는 긴급차단장치를 설치하여야 한다.

• a. Arrary Boundary 외각 또는 건축물 내부로의 인입구 지점에 1 m 이상 이격된 곳에 설치된 제어용 도체는 긴급차단장치 작동 후, 30초 이내에 30 V 이하로 제한되어야 한다.
• b. Arrary Boundary 내부 또는 건축물 벽체(또는 바닥) 관통부에서 1 m 이내에 설치된 제어용 도체는 긴급차단장치 작동 후, 30초 이내에 80 V 이하로 제한되어야 한다.
• c. 노출배선 또는 노출 도체가 없으며 노출된 접지도체와 2.5 m 이상 이격되었다면 “b”의 조건을 만족하지 않아도 된다.

② 긴급차단장치용 스위치 작동 시, 태양광패널 시스템과 연결된 모든 장치가 차단되었음을 나타내는“OFF”표시가 되어야 하며, 다음 중 하나의 기능이 포함되어야 한다.

• a. 인입 전원 차단장치
• a. 태양광설비 차단장치
• a. 접근이 용이하고 “ON”,“OFF” 상태를 명확히 표시할 수 있는 스위치
  참고 : C의 경우는 건물 내 유틸리티 설비의 전압 손실 시에도 전원이 계속 공급되는 대기 전력 시스템에 연결되는 경우에 적용한다.

(라) 보호장치

빈설비 보호를 위하여 과전류 차단장치, 지락보호장치, 아크보호장치, 접지설비, 피뢰설비, 서지보호장치를 설치하여야 하며 화재 시, 수동으로 신속하게 태양전지 모듈을 분리할 수 있도록 안전장비(절연장갑, 케이블 절단기 등)를 비치하여야 한다.

(2) 화재확산 방지대책

(가) 태양광패널에는 압출 또는 발포 폴리스틸렌과 같은 열가소성 플라스틱 폼을 사용하지 말아야 한다.

(나) BIPV는 화재위험성을 고려하여 결정질 모듈은 G2G(Glass to Glass) 방식을 사용하고, 박막형 BIPV 모듈은 후면이 금속판 등의 불연재를 적용한 모듈을 사용하여야 한다.

(다) 태양광패널이 설치되는 신축 건축물의 지붕은 내화구조로 하여야 한다.

(라) 내화구조가 불가한 기존 건축물의 경우, 후면이 금속판 등의 불연재를 적용한 패널을 사용하고 지붕과 태양광패널 사이에 감지선형 감지기의 설치 또는 CCTV를 설치하는 등 화재감시 수단이 제공되어야 한다.

(마) 태양광패널 하부에는 여러 겹의 지붕을 설치하지 않아야 한다.

(바) 건축물의 지붕에 태양광패널을 설치할 경우에는 지붕의 확장 이음부 또는 기타 지붕의 관통부 주변에 불연성, 압축성 단열재(미네랄울 등)를 사용하여야 한다.

(사) 태양광패널 어레이 사이, 태양광패널과 인접 장비 사이 등에는 각 방향으로 최소 1.2m 이상 너비의 통로를 46m 이하로 설치를 권장한다.

(아) 태양광설비는 연소확대방지를 위하여 다음 조치를 권장한다.

• ① 옥상에 태양광설비가 설치된 건축물이 가연성 외벽의 건축물과 면한 경우, 두 건축물의 높이 차이보다 더 큰 이격거리를 확보하여야 한다.
• ② 태양광설비가 설치된 건축물 인근에 옥외야적장이 위치하면 외벽의 가연성·불연성 여부를 확인하고 [그림 6]를 참고하여 옥외야적장과의 최소안전이격거리를 확보하여야 한다.

(자) 소화설비

빈태양광설비 설치장소에는 옥내소화전, 전기화재용 소화기, PVStop 등 소화수단을 제공하여야 한다.

다. 태양광설비의 자연재해 방호대책

빈자연재해 방호대책에서는 풍해, 폭우, 우박, 폭설, 지진 등에 대해 언급하고 있으며 손해율이 가장 높은 풍해 부분에 대한 기준을 자세히 소개하고자 한다.

(1) 풍해

(가) 평지붕에 설치하는 태양광패널의 경사각은 발전효율을 고려하여 설치할 수 있으며, 경사지붕 등에 설치하는 건물부착형 태양광패널의 경사각은 지붕면과 평행하게 설치하여야 한다.

(나) 태양광설비는 현행 건축구조기준을 만족하고 예상되는 최대 풍하중에 대해서 견딜 수 있도록 견고하게 설치하여야 한다.

(다) 태양광설비에 가해지는 풍하중을 감소시키기 위하여 주변 다른 구조물에 의한 차폐효과를 반영하지 말아야 한다.

(라) 강자갈 및 큰 석재 골재가 있는 지붕에는 태양광설비를 설치하지 않아야 한다.

(마) 태양광설비를 설치하는 동안 작업 교대가 끝나기 전에 태양광패널 고정에 필요한 모든 작업(이전에 설치된 패널과 추가 설치된 기초에 대한 기계적 연결을 포함)을 완료하여야 한다.

(바) 태양광패널과 지붕간의 큰 경사각으로 인한 추가 피해가 예상된다면 윈드디플렉터를 설치할 수 있다.

라. 태양광설비의 유지관리 및 비상대응

빈점검 주기 및 항목에서는 설비의 내구연한에 따른 교체주기, 유지관리 주기 및 기준 등에 대하여 명시하고 있으며 비상대응 부분에서는 화재 시를 대비하여 피난을 포함한 비상대응 계획 수립에 관한 내용을 포함하고 있다.

(1) 점검 주기 및 항목

(가) 제조업체의 유지관리 기준이 제공되지 않을 경우, 다음 각 목에 따른 안전관리 점검기준에 따라 설비를 점검하고 기록·관리하여야 한다.

(나) 태양광설비의 점검은 일상(월간)점검, 정기(분기)점검, 전수(연간) 점검으로 구분하여 실시하며, 현장 점검의 목적 이외에 발생한 고장·수리에 대한 이력관리를 하여야 한다. 장비별 세부 점검항목 및 점검요령은 KFS 전문에서 확인할 수 있다.

(다) 예상치 못한 고장이 발생한 장비의 경우, 고장 원인을 파악하여 장비의 유지점검 간격을 줄여야 하는지 여부를 판단하여야 한다.

(2) 청소

(가) 태양광설비 및 관련장비의 청소 시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

• ① 열충격으로 인해 모듈이 손상될 수 있으므로 뜨거운 태양광 어레이에 차가운 물을 뿌려서는 안된다.
• ② 청소 장비 및 방식은 설비 소유자 및 설계자를 통하여 기후, 환경 및 모듈 유형에 적합한지를 확인하여야 한다.
• ③ 손상되거나 갈라진 모듈에 물이나 세척액을 사용해서는 안된다.
• ④ 접속함 및 인버터 내부에는 적치된 먼지가 없도록 관리하여야 한다.

(3) 비상대응

• ① 소방서와 함께 사전 비상대응 계획을 수립하여야 한다. 소방차 접근 장소, 소방관의 지상 접근방법, 지붕으로 올라가는 계단, 태양광패널 어레이 통로, 접속박스및 인버터의 위치, 모든 관련 퓨즈 및 분리에 대해 정확히 이해하고 있는지 확인하여야 한다.
• ② 화재 시 원활한 피난을 위해 건축물의 특성에 적합한 피난계획이 수립되어야 한다.

4. 맺음말

빈 태양광설비의 확산과 더불어 화재발생 건수 및 피해액은 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 더욱이, 건축물 제로에너지 정책과 더불어 건축물에 설치되는 태양광설비에 대한 관심은 지속적으로 증가하고 있다. BIPV, BAPV를 포함한 건축물에 설치되는 태양광설비는 자체 위험뿐만 아니라, 태양광설비가 설치된 건축물과의 상호 연소확대위험, 건축물 내 거주인원의 안전과 피난 등에도 많은 영향을 준다.

빈이를 반영하여 태양광 설비의 전반적인 위험을 반영하기 위하여 건축물에 설치되는 태양광설비의 방호기준(KFS – 414)을 제정하였다. KFS는 법이나 고시 형태의 의무 규정은 아니지만, 본 기준이 태양광 설비의 피해 예방 및 손실경감을 위해 설계부터 유지관리에 이르기까지 지속적으로 활용되기를 바란다.