지속가능한 농업을 위한 태양광 발전

태양 에너지는 재생 에너지 산업의 주요 트렌드로 자리 잡고 있으며, 특히 기술 비용이 급격히 하락하고 재생 에너지로의 전환이 전 세계적으로 확산됨에 따라 더욱 그러합니다.

Báo Nhân dân•30/11/2025

Tay Ninh성 Dau Tieng 태양광 발전소. (사진: MINH PHUONG)

Tay Ninh 성 Dau Tieng 태양광 발전소. (사진: MINH PHUONG)

태양 에너지는 재생 에너지 산업의 주요 트렌드로 자리 잡고 있으며, 특히 기술 비용이 급격히 하락하고 재생 에너지로의 전환이 전 세계적으로 확산됨에 따라 더욱 그러합니다. 태양 에너지를 전기로 변환하여 인간의 필요를 충족시키는 가장 일반적인 방법 중 하나는 태양광 패널을 사용하는 것입니다.

하지만 전문가들에 따르면, 전 세계적으로 태양광 발전소 건설이 진행됨에 따라 환경 및 토지 자원 측면에서 상당한 한계가 드러나고 있습니다. 태양광 발전 공정에는 염산, 황산, 질산, 불화수소와 같은 독성 화학물질이 사용되는데, 이는 특히 생산 현장 작업자들에게 건강상의 위험을 초래할 수 있습니다. 미국 에너지 연구소(IER)의 보고서에 따르면, 태양광 패널은 동일한 에너지 생산량 기준으로 원자력 발전소보다 300배 더 많은 유해 폐기물을 발생시킵니다. 또한 납, 크롬, 카드뮴과 같은 중금속을 사용하는 태양광 패널은 분쇄하여 매립할 경우 토양 환경을 오염시킬 수 있습니다.

게다가 대규모 발전소용 태양광 패널은 많은 공간을 차지하여 아래쪽의 식물 성장을 저해하고 해당 지역을 불모지로 만듭니다.

베트남에서는 최근 몇 년 동안, 특히 닌투안 주를 중심으로 태양광 발전이 급속도로 발전해 왔으며, 닌투안 주는 베트남의 '태양 에너지 수도'로 불리고 있습니다. 이러한 붐은 빠른 경제 성장, 높은 에너지 수요, 그리고 급격히 감소하는 기술 비용 속에서 일어났습니다. 그러나 대규모 태양광 발전 프로젝트는 많은 토지를 차지하며 환경에 부담을 주고 있습니다. 대부분의 프로젝트는 수명이 다한 태양광 패널을 어떻게 처리할지에 대한 계획이 부족한데, 이러한 패널에는 오염을 유발할 수 있는 물질과 중금속이 포함되어 있어 일반적인 매립 방식으로 폐기할 경우 심각한 문제를 야기할 수 있습니다.

전 세계 많은 연구 그룹들이 집광형 태양광 발전 기술을 활용하여 평판형 태양광 발전의 한계를 극복하고자 노력해 왔습니다. 이 기술은 햇빛을 작은 영역에 집중시켜 필요한 태양광 전지의 수를 크게 줄입니다. 중국의 한 과학자 그룹은 햇빛을 구성 요소별로 분리하는 모델을 최초로 제안했는데, 적색광과 청색광은 농업용으로 사용하고 나머지는 전기로 변환하는 방식입니다. 그러나 이 모델은 빛을 분리하기 위해 고가의 나노 광학 필름을 사용해야 하므로 비용이 매우 많이 들고, 내구성이 떨어지며, 집광 배율이 수십 배에 불과하여 실험실 용도로만 적합합니다.

최근 페니카 대학교 연구팀은 국가과학기술개발기금(Nafosted)의 지원을 받아 수행한 "집중형 태양 에너지 기술 기반의 친환경 태양광 농업 시스템 연구, 설계 및 제작" 프로젝트를 통해 앞서 언급한 단점을 극복하고 실제 적용에 적합한 새로운 접근 방식을 개발했습니다.

프로젝트 책임자인 부교수 부교수 부교수는 직선 집광을 위해 포물선형 홈을 사용하는 대신, 연구팀이 얇고 가벼우며 저렴하면서도 빛을 최대 수백 배의 집광 계수로 작은 점으로 집중시킬 수 있는 광학 부품인 프레넬 렌즈를 사용했다고 밝혔습니다. 빛이 이렇게 강하게 압축되면 필요한 태양광 전지의 면적이 수백 배 줄어들어 재료, 유해 화학 물질, 폐기물이 감소하고 비용도 절감됩니다. 이 프레넬 렌즈 또한 이번 프로젝트를 통해 연구팀이 개발한 것입니다.

부교수 Vu Ngoc Hai는 연구팀이 빛이 모이는 지점에 반사경을 설치하여 자연광의 구성 요소를 분리했다고 설명했습니다. 식물이 강하게 흡수하는 적색광과 청색광은 거울을 통과하여 생장 영역으로 전달됩니다. 나머지 빛, 특히 열에너지가 많은 적외선 영역은 반사되어 고효율 태양광 패널에 집중됩니다. 작은 지점에서 빛의 구성 요소를 분리함으로써 필터 코팅이 필요한 표면적을 25~30배 줄일 수 있어 더욱 내구성이 뛰어나고 저렴하며 산업적으로 생산 가능한 코팅 기술을 사용할 수 있게 됩니다. 이는 전 세계 기존 기술과 비교했을 때 상당한 발전입니다.

분리된 적색 및 청색 광원은 광섬유를 통해 전달되어 광학 구조를 이용하여 재분배됩니다.これにより 식물에 빛이 고르게 전달되어 그림자가 생기지 않고, 태양광 패널 간격이 넓거나 온실 지붕에 설치된 패널을 사용하는 모델에 비해 수확량 감소를 방지합니다. 반사된 고에너지 광은 기존 평판형 패널 기술보다 높은 효율로 전기 에너지로 변환됩니다.

연구팀에 따르면, 이 기술은 베트남의 농업용 태양광 발전 모델, 특히 일조량이 높고 전력 생산과 작물 재배를 병행해야 하는 지역에서 잠재적인 활용 가능성을 열어줍니다. 다음 단계에서 연구팀은 시스템을 더욱 완성도 높은 수준으로 개발하여 실용성을 평가하고, 이를 바탕으로 베트남 내 기업 및 농업용 태양광 발전 모델에 기술을 이전하는 것을 목표로 하고 있습니다.

확장성을 확보하기 위해 연구팀은 광학, 재료 및 신재생 에너지 분야의 전문성을 갖춘 명지대학교(대한민국)와 협력하여 실험용 프로토타입 시스템을 공동 개발했습니다. 이 협력을 통해 연구팀은 한국 하노이의 열대 기후와 서울의 온대 기후를 포함한 다양한 환경 조건에서 성능 측정을 수행할 수 있었습니다. 프레넬 렌즈와 광학 필터의 내구성을 평가하고 식물 전체에 걸쳐 빛 분포의 안정성을 검증했습니다. 초기 테스트 결과, 이 시스템은 동일한 일조 조건에서 기존 평판형 조명 시스템보다 에너지 변환 효율이 높으면서도 식물 성장에 필요한 충분한 적록 스펙트럼을 제공하고, 국부적인 음영을 방지하며, 수확량 감소를 막는 것으로 나타났습니다. 이 공동 연구 프로그램의 초기 성과는 Q1 등급의 국제 학술지인 PLOS One에 게재되었습니다.

국가과학기술개발기금 관계자에 따르면, 이번 연구 프로젝트는 차세대 태양광 농업 기술의 실현 가능성을 입증할 뿐만 아니라, 베트남이 지속 가능한 농업을 위한 집광형 태양열 발전 기술을 보유한 국가 대열에 합류할 수 있는 큰 기회를 열어줍니다. 2025년부터 2027년까지 광학 소재 최적화, 비용 절감, 대규모 시제품 제작을 목표로 연구를 진행하여, 해당 시스템이 현장 시험 단계로 나아가 상용화되고, 베트남의 녹색 농업, 순환 경제, 재생 에너지 목표 달성에 직접적으로 기여할 것으로 기대됩니다.

눈 내리는 빛

출처: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html