정부의 재생에너지 3020 이행계획에 따라 2030년까지 설치해야 하는 태양광에너지 구축 목표는 37GW 규모다. 우리나라의 70%는 임야, 20%는 논과 밭으로 이뤄져 있기 때문에 3020 이행계획의 목표 달성을 위해 농지를 활용한 태양광 보급은 매우 중요하다.

또한 국내 농업은 경지면적과 생산 가능 인구가 감소하고 있고 고령화율도 증가하는 추세다.

영농형 태양광은 재생에너지 3020 이행계획의 목표 달성과 더불어 농가의 새로운 소득 사업으로 주목을 받고 있다.

영농형 태양광은 농지의 상부 공간을 태양광 발전으로 활용하는 시스템으로 영농활동을 유지하면서 신재생 발전을 병행하는 방식이다.

모든 작물은 일정 수준의 일조량이 넘어서면 더 이상 광합성이 증가하지 않는 광포화점이 존재한다. 광포화점 이상의 일조량은 작물 재배에 추가적인 도움이 되지 않는 것을 의미한다. 작물 재배에 활용되지 못하는 광포화점 이상의 일조량을 태양광 발전에 활용해 태양광 이용률을 극대화하는 것이 영농형 태양광의 목적이다.

원광전력(대표 전연수)은 국내 영농형 태양광 농가 보급을 위해 ▲시스템 내구성 ▲구축 비용 ▲농업 수익과 발전 수익 ▲관리 시스템 등 네 가지 분야를 중심으로 영농형 태양광 발전 표준 시스템 개발 및 실증을 완료했다.

본 연구개발은 한국에너지기술평가원의 ‘에너지기술개발사업’ 일환으로 2017년 12월부터 3년간 진행됐다. 사업 주관기관인 원광전력은 (재)녹색에너지연구원과 작물별 다양한 환경을 고려한 경제성 높은 구조물 개발, 엘지전자와 에스케이솔라에너지는 친농업형 모듈(경량형, 투광형, 양면형) 개발, 한국남동발전과 전라남도농업기술원, 솔라팜은 다양한 농작물 재배를 통한 생육 분석, 에스엠소프트는 작물 관리를 위한 노지 농업용 ICT 관리 시스템 개발을 담당했다.

본 연구는 먼저 마늘, 양파, 양배추, 감자, 무 등의 밭작물을 대상으로 영농형 태양광 시스템을 실증했다.

밭작물 대상 영농형 태양광 시스템 구축 시 고려인자로는 첫 번째, 시스템 하부의 영농 활동을 위해 구조적 공간을 확보해야 한다. 구조적 공간(구조물의 높이 및 경간)이 넓을수록 트랙터 등 농기계 이동이 원활해 영농 활동에 유리하고, 영농형 시스템에 의한 작물 빛 차단율이 낮아 작물 재배에도 긍정적이다. 반면 구조적 강도가 낮아지기 때문에 안전성 확보를 위해 구조물의 규격을 상향 조정하는 등 추가적인 구축 비용이 발생할 수 있다. 따라서 농업 활동성과 시스템 안전성을 모두 고려해 경제적인 구조적 공간을 확보하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 농기계 사용을 고려해 4~6m의 경간 및 3.5~4.5m의 높이를 확보했다.

두 번째, 경작 방향에 따라 구조물을 설치하되 태양광 모듈 설치 방식에 대해 고려해야 한다. 영농형 태양광은 영농 활동을 위해 경작 방향에 따라 구조물을 설치해야 한다. 설치한 구조물에 태양광 모듈을 고정하면 태양광 모듈은 의도치 않게 동서쪽을 향할 수 있다. 태양광 발전의 최적 방위인 남향 설치와 비교해 동서향 설치 시 일사 효율은 20% 이상 저하될 수 있으며 이는 태양광 발전 수익 감소와 직결된다. 본 연구에서는 태양광 발전 수익 최대화를 위해 각도 가변형 구조물 및 경작지와의 방향과 관계없이 태양광 모듈을 정남향으로 설치 가능한 방위 가변형 구조물을 개발했다.

세 번째, 낙수에 의한 피해를 최소화해야 한다. 국내뿐 아니라 해외 영농형 태양광 실증 사례에서도 낙수에 의한 작물 품질 저하에 주목하고 있다. 강수 시 일차적으로 태양광 모듈에 떨어진 물은 모듈의 경사면을 따라 모아져 농지로 낙수한다. 농지 전면적으로 고르게 낙수하는 것이 아니라, 특정 위치에 대한 낙수량이 상당하기 때문에 해당 위치에 재배 중인 작물의 생육 저하는 불가피하다. 이러한 피해를 최소화하기 위해 일반 태양광 모듈의 절반 크기인 하프 모듈을 사용해 낙수량을 줄이고, 모듈의 하부에 물 받침대를 설치해 낙숫물이 농지로 떨어지지 않고 경작지 측면으로 유도하는 방식도 고려해야 한다.

본 연구 결과에 따른 밭작물 대상 영농형 태양광 실증단지는 전라남도 나주시와 충청북도 청주시에 구축해 실증했다. 밭작물인 마늘, 양파, 양배추, 녹차, IRG(사료작물), 감자 및 과수 작물인 포도를 태양광 발전 시스템과 병행 재배했고, 그 결과 농작물 감수율 목푯값 15% 대비 향상된 9.8%를 확보했다.

* 출처 : 전기신문 "http://www.electimes.com/article.php?aid=1628125459221082002"