온실가스가 지구온난화의 주범이라는 사실이 발견된 이후 화석 에너지를 천연 에너지로 전환하기 위한 노력이 지속되고 있습니다. 최근 에너지 대전환의 신호탄이 된 ‘그린 뉴딜' 정책으로 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데, 농사는 농사대로 짓고, 전기도 생산할 수 있는 영농형 태양광이 또 하나의 솔루션으로 주목받고 있습니다.
농사도 짓고, 태양광 발전도 얻고!
영농형 태양광이란, 농지 상부에서 태양광 전기를 생산하고, 그 아래에서는 작물 재배를 병행하는 방식을 의미합니다. 즉, 농지의 본 목적인 밭과 논, 과수원 등의 기능을 유지하면서 추가로 신재생에너지 생산까지 가능한 시스템인데요. 게다가 영농형 태양광은 토지에서 3.5m 위에 설치되기 때문에 이앙기, 콤바인 등 규모가 있는 경작 기계도 태양광 하부를 자유로이 지나다닐 수 있습니다.
<영농형 태양광>
영농형 태양광 설치 시 최소 80% 이상의 농지 수확량을 유지할 수 있고, 전기 생산으로 추가 수입도 얻을 수 있습니다. 실제로, 전남농업기술원의 2020년 영농형 태양광 시설 시범 운영 결과에 따르면, 영농형 태양광을 설치한 경우와 단지 벼만 생산하는 경우를 비교했을 때 영농형 태양광이 부대비용을 제외하고 약 *5배 정도의 수익이 창출된다고 합니다.
*100kW급 영농형 태양광 발전 설비, 600평 규모 벼농사 지역 기준 (출처: 전남농업기술원)
게다가 기존의 농지를 활용하기 때문에 국토의 효율적 활용에 도움이 되고 농가소득 증가는 물론 탄소 감소 효과까지 거둘 수 있다고 하니 일석 삼조가 아닐 수 없습니다. 그런데, 농사도 지으면서 어떻게 태양광 발전도 가능한 걸까요? 태양광 패널로 생긴 그늘이 오히려 농사에 악영향을 미치는 것이 아닌지 의문이 들 수 있는데요.
이에 대한 답변은 ‘광포화점’이라는 개념을 통해 쉽게 이해할 수 있습니다. 작물은 광합성을 통해에너지를 생산하는데요. 광합성은 빛의 세기에 비례하여 속도가 빨라지게 됩니다. 여기서 특정 빛의 세기에 이르면 광합성 속도가 더 이상 증가하지 않는 상태가 되는데, 이를 광포화점이라고 부릅니다. 작물의 종류마다 광포화점은 차이가 있는데요. 대표적으로, 벼의 경우 조도 50klux에서 하루 5시간 정도의 빛을 필요로 한다고 합니다. 이를 초과하는 빛은 더 이상 광합성에 사용되지 않기 때문에 더 많은 태양빛이 있어도 작물이 자라는데 도움이 되지 않는 것이죠. 영농형 태양광은 이러한 특성을 활용하여 태양광 모듈의 크기와 배치를 조절하여 농작물 재배에 적합한 일조량을 유지하면서 전기를 생산하는 것이 핵심입니다.
<주요 작물의 광포화점 그래프, 출처: 한국남동발전>
세계는 지금 영농형 태양광에 스며드는 중
영농형 태양광은 각국의 환경에 맞는 시스템 마련이 무엇보다 중요합니다. 나라마다 농사 형태와 재배하는 작물이 제각각 다르기 때문인데요.
유럽에서는 독일과 프랑스 등을 중심으로 농작물 생산성 극대화 연구가 빠르게 진행되고 있습니다. 프랑스는 세계적 포도주 생산 국가 답게 영농형 태양광을 통한 포도 재배에 적극적으로 나서고 있는데요. 관련 영농형 태양광 연구를 진행 중인 프랑스 리옹에서는 최근 기후변화에 따른 폭염에 대처하면서도 에너지 생산까지 가능한 시스템을 만들었다고 합니다. 폭염이 극심한 지역의 경우, 일사량이 높은 오후에는 태양광 모듈을 조절해 의도적으로 포도나무에 그림자를 만듭니다. 이를 통해 불볕더위에 따른 포도의 스트레스를 줄여 열과(熱果)는 물론, 열매의 당도를 조절하고 있습니다.
독일은 영농형 태양광의 개념을 처음으로 정립한 국가로 볼 수 있는데요. 2011년부터 영농형 태양광 연구에 돌입한 이후 칠레·베트남·인도 등 세계 각국의 다양한 도시에서 영농형 태양광 기술의 발전을 위해 노력하고 있습니다. 독일은 영농형 태양광을 토지 효율성, 재생에너지 확대 등에 중점을 두고 있는데요. 독일의 대표적인 응용과학 연구조직인 프라운호퍼 연구소는 이를 통해 식량 문제와 기후변화 대응, 에너지 문제 등의 해결책을 마련하는 데 이바지하겠다는 목표를 밝히기도 했습니다.
<독일 헤겔바흐 콘스탄스 호수 근처 인근에 위치한 영농형 태양광 단지, 출처:프라운호퍼 홈페이지>
일본의 경우 2013~2018년에 약 1,300건의 소형 영농형 태양광 발전이 허가되었으며, 중국은 황하 동쪽 유역에 1GW급 영농형 태양광 단지를 조성하는 등 세계 다양한 국가에서 영농형 태양광을 위한 노력을 이어가고 있습니다.
국토 면적이 좁은 한국은 영농형 태양광 발전 시스템이 국토를 효율적으로 활용하며, 재생에너지를 생산할 수 있는 방안을 마련한다는 점에서 각광받고 있습니다. 한국영농형태양광협회에 따르면 한국의 2016~2019년 영농형 태양광 실증 실험 사례는 총 16건으로 집계되고 있는데요. 유럽, 일본, 중국 등에 비해 아직 초기 단계지만, 산업통상자원부에서 올해 도심‧영농형 태양광 설비에 지난해 보다 약 213억원을 추가 투입하는 등 영농형 태양광 산업의 발전을 위한 움직임이 본격화되고 있습니다.
영농형 태양광 보급을 위한 한화큐셀의 노력
<한화큐셀이 영농형 태양광 시범단지에서 진행한 모내기 행사 >
2019년 기준 한국의 농경지는 약 160만 헥타르(ha)로 알려져 있습니다. 이중 단, 5%의 면적에 영농형 태양광 발전 시스템을 설치하더라도 32GW의 발전소를 만들 수 있는데요. 이는 4인 가구 기준 917만 가구가 사용할 수 있는 발전량으로 볼 수 있으며, 2025년까지 신규 태양광·풍력발전 설치 목표인 25GW의 130%에 해당하는 수준으로 볼 수 있습니다.
<한화큐셀이 남해 관당마을에 설치한 영농형 태양광 발전소 모습>
영농형 태양광 설치의 핵심 중 하나는 농작물 재배에 적합한 일조량을 유지하면서 전기를 생산하는 데 있습니다. 한화큐셀은 태양광 하부의 음영을 최소화하기 위해 기존 육상 태양광 모듈 크기의 절반에 해당하는 소형 모듈을 개발하였고, 이로써 농작물이 필요한 광합성량을 충분히 확보할 수 있게 되었습니다.
뿐만 아니라, 최근 한화큐셀은 한국남동발전과 함께 경남 남해에 영농형 실증단지를 설치하며, 이를 통해 영농형 태양광 발전 시스템에 대한 잠재력과 효용성을 확인할 수 있었는데요. 게다가 정부가 추진하는 ‘영농형 태양광 표준화 총괄 국책 과제’ 공동 연구기관으로 선정되어 논과 밭, 그리고 과수원 각각에 대한 한국형 표준 영농형 태양광 발전시스템 표준안을 제정하는 과제를 수행하게 되었습니다.
영농형 태양광의 보급 확산을 위해서는 몇 가지 해결되어야 할 숙제도 있습니다. 무엇보다 농민 대상의 영농형 태양광 발전 시스템 수용성 확보가 우선되어야 하며, 영농형 태양광 발전의 효율을 입증할 수 있는 실증실험 데이터 등 객관적 자료를 확보하는 것이 중요합니다. 이에, 한화큐셀은 시범 실증사업 수행을 통한 영농형 태양광의 객관적인 데이터 수집 활동과 함께, 농민들이 안심하고 태양광 시스템을 긍정적으로 검토할 수 있도록 다양한 인식 개선 및 사업 이해도 제고를 위한 노력을 지속해 나갈 예정입니다.
