Integrated Design Process for Performance and Aesthetic Evaluation of PV System in Zero-Energy Building Plans

제로에너지 건축물 계획을 위한 태양광 시스템의 디자인·성능 통합 평가 프로세스

With the implementation of Zero-Energy Building (ZEB) certification, the installation of photovoltaic (PV) systems in buildings has become virtually mandatory. Consequently, planning for ZEBs must consider both the performance and integration of PV systems. Moreover, since the aesthetic impact of PV panels on architectural design must also be addressed, this study proposes an integrated evaluation process that simultaneously considers both the design and performance of PV systems in ZEB planning. The proposed process enables early-stage feasibility assessments of achieving target energy independence rates during the massing study phase, while also evaluating system performance and visualizing PV panel layouts. The accuracy of the core function- the performance evaluation module-was validated using the System Advisor Model (SAM), yielding a maximum CV(RMSE) of only 3.68% across various test cases, indicating high computational precision. Finally, case studies were conducted to verify the practical applicability of the process, with all three participants successfully developing design schemes that met the target energy independence rate.

제로 에너지 건축물(ZEB) 인증제 시행에 따라 건물에 태양광(PV) 시스템의 설치가 의무화되고 있는 추세이다. 이에 따라, PV 시스템의 발전 성능을 고려한 계획이 수행되어야 한다. 또한, PV 패널이 건축 디자인에 미치는 미적 영향도 고려해야 하므로, 본 연구에서는 ZEB 계획에서 PV 시스템의 디자인과 성능을 동시에 평가할 수 있는 디자인·성능 통합 평가 프로세스를 제안하고자 한다. 이 프로세스는 매스 스터디 단계에서 목표 자립률 달성 가능성을 초기에 평가할 수 있도록 하며, PV 패널 계획을 기반으로 성능을 평가하고 배치를 시각화한다. SAM을 사용하여 핵심 기능인 성능 평가 모듈의 정확도를 검증하였으며, 다양한 케이스 중 최대 CV(RMSE)는 3.68%로 계산 정확도가 높게 나타났다. 마지막으로, 케이스 스터디를 통해 이 프로세스의 실제 적용 가능성을 확인한 결과, 세 명의 참가자가 모두 목표 자립률을 만족하는 설계안을 도출할 수 있음을 확인하였다.