영남대학교, 영농형 태양광 실증연구의 거점으로 우뚝
각계 전문가 속속 합류…'영농형 태양광' 연구팀 꾸려
정재학‧오수영‧서상곤‧이강용 영남대 교수-채종윤 모든솔라 대표
'축구장 2.5배' 크기 국가 MW급 태양광 실증센터 운영
영농형 태양광 산업 전망과 연구팀 성과 듣는 좌담회
"100년 걸려 해결할 인류문제, 영농형 태양광이 80년 단축"
영남대 연구팀 "영농형 태양광 기반 노지 스마트팜 보급하고파"
'그린에너지인재 양성의 요람', '신재생에너지 연구 선도 대학'.
최근 몇 년 사이 영남대학교 앞에는 이런 수식어가 따라다닌다. 특히 두각을 보이는 분야는 '영농형 태양광'이다. 현재 영남대는 경산캠퍼스 내 축구장 면적의 2배가 넘는 크기의 국가 MW(메가와트)급 태양광 발전 R&BD 실증센터를 운영 중이다. 실증센터는 세계 수준의 표준화 설계, 설치, 전력생산, 계통연계 인프라를 갖추고 있어 영농형 태양광 연구에 특화됐다는 평가다.
이 외에도 영남대는 대경태양광전지모듈지역혁신센터와 TUV태양광모듈인증시험소, KOLAS 태양광모듈인증시험소, 태양광 관련 고급인력양성사업단을 갖추고 있다. 전문 인력 양성, 연구개발 및 산학협력을 통한 기업 경쟁력 강화 지원까지 나서고 있다. 영남대가 신재생에너지 선도대학으로 발돋움할 수 있었던 비결을 두고 업계 안팎에서는 "우수한 연구진들의 노력 덕분이다"고 입을 모은다.
◆ 정재학 교수 등 태양광 전문가 한자리에…질 높은 연구 성과 도출
영남대학교에는 '영농형 태양광 드림팀'이 있다. 국내 영농형 태양광 보급의 표준모델을 만들기 위해 전문가를 모았다는 평이다. 먼저 영남대 영농형 태양광 연구팀의 선봉에는 정재학 화학공학부 교수가 있다. 연구팀을 꾸린 장본인이기도 하다. 정 교수는 지난 2000년부터 태양광 발전에 대한 연구를 이어오던 중 우연히 '영농형 태양광'과 관련된 책을 찾아냈다. 나가시마 아키라(Nagashima Akira)가 펴낸 '솔라 셰어링'이라는 책이다. 이때를 기점으로 정 교수는 영농형 태양광을 연구하기 시작했다.
정 교수는 "영농형 태양광은 일반 공학처럼 연구실 안에서 컴퓨터로 결과값을 얻어낼 수 없는 분야다"며 "실제 현장에서 실증을 하고, 1년을 기다려야만 결과를 얻을 수 있다"고 말했다. 학생들을 이끌고 연구를 하는데 한계를 느낀 정 교수는 자체 영농형 태양광 설비 기술을 구현해줄 '모든솔라'라는 기업을 발굴했다. 이어 영농형 태양광 하부 작황의 데이터화를 전담할 전문가인 서상곤 원예생명과학과 교수를 합류시켰다. 정 교수는 농민들에게 보급하기 위해서는 '경제성 입증'이 핵심이라고 판단했고, 연구를 진행할 연구진으로 이강용 화학공학부 교수를 초빙했다.
◆ ‘반도체 전문가’ 오수영 교수, 기술 연구 컨트롤타워 역할 수행
'영농형 태양광'을 연구하게 된 시점부터 연구팀을 꾸리고, 결과를 내는 데까지 정 교수 옆에는 항상 오수영 화학공학부 교수가 함께 했다. 오수영 교수는 30여 년간 반도체를 연구해온 전문가다. 학계·업계에서 권위자로 정평이 나 있다. 최근까지 여러 신재생에너지 관련 세미나에 참석하는 등 왕성한 활동을 이어가고 있다. 현재는 영농형 태양광 연구팀의 실증을 총괄하는 컨트롤타워 역할을 수행하고 있다.
◆ 美 명문주립대 출신 서상곤 교수, 영농형 태양광 재배 최적 작목 연구
'농학자' 서상곤 교수는 영농형 태양광에 적합한 농사법을 연구 중이다. 대조군인 일반 노지 재배와 면밀하게 비교하고 작황을 분석해 궁극적으로 '농민들이 농사를 쉽고 잘 지을 수 있는 방법'을 연구하기 위해 노력하고 있다. 서 교수는 농업 데이터 산업의 발전을 위해 ‘농업+AI’시스템을 만들어 국가 식량자급률은 물론 농가 소득도 높이겠다는 포부다.
◆ 이강용 교수, 영농형 태양광 경제성 분석 능력 독보적
영농형 태양광은 설비비용이 일반 태양광 시설보다 높다. 이 때문에 주저하는 농민들도 더러 있다. 비용을 줄이는 것이 관건인 반면 그동안 연구자들은 발전량과 수확량을 늘리는 방향으로 연구해왔다. 정 교수는 '경제성' 확보에 힘을 싣기 위해 이강용 교수를 초빙했다.
이 교수는 영농형 태양광의 산업적 효과와 농업적 작용 등의 시너지를 높이는 방안을 강구하고 있다. 초기 생산비를 줄이고, 지형별·기후별 선택할 수 있는 전략적 작물이 어떤 것인지 따져가며 연구 중이다.
◆ LG전자서 25년간 ‘디스플레이’ 한우물…채종윤 모든솔라 대표
영남대 실증센터의 태양광 모듈은 세로형태로 된 특수한 모듈이다. 정재학 교수을 비롯한 연구진과 채종윤 모든솔라 대표가 고안했다. 특히 큰 상용화 모듈을 쓰면서, 높이 세우는 '스마트 솔라 파이프(SSP)'시스템도 모든솔라의 작품이다. 한마디로 '영농형 태양광 드림팀'이 모이자, 연구 첫 해부터 성과를 내기 시작했다. 일반농지와 비교해 생산량이 10~20% 떨어진다는 영농형 태양광 하부의 생산량을 연구 첫 해부터 100%를 기록한 것. 생산량 증대의 비결을 묻자 정재학 교수는 "'LED'와 '물순환 시스템'"이 정말 핵심적인 역할을 했다"고 강조했다.
연구팀은 660nm LED 적색광을 설치해서 해가 지자마자 3~6시간 가량 프로그램을 적용했다. 적색광은 PFR(Phytochrome Pigment)을 생성해서 광합성에 의해 만들어진 포도당을 잎에서 열매나 뿌리로 이동시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 이를 통해 백색광보다 25~50배 적은 광량으로 증산 효과를 보게 됐다게 연구진의 설명이다.
이 외에도 영남대학교 실증센터에서는 전력발전 트랙 레코드(Track Record, 운영실적) 공인 기관 역할도 하고 있다. 국내에서 유일하다. 트랙 레코드는 기업들이 자사의 시설물을 센터에 설치·운용하여 연간 발전량과 세계 수준의 정밀 기후 정보를 측정·수집해 인증 받는 것을 의미한다. 트랙 레코드 공인을 요구하는 국가가 늘어나고 있기 때문에 영남대학교 실증센터의 역할이 더욱 중요해지고 있다. 특히 국내 태양광 발전시설물 및 부품기업들의 해외 진출에 크게 기여할 것으로 보인다.
AI타임스, 영남대 영농형 태양광 드림팀과의 특별인터뷰
"100년 걸려 해결할 인류문제, 영농형 태양광이 80년 단축시킬 것"
설 명절을 맞아 AI타임스가 영남대학교 영농형 태양광 연구팀을 한데 모아 좌담회를 개최했다. 좌담회는 코로나19 상황을 고려해 참석자들에게 공통질문을 주고, 답변을 받는 약식으로 진행됐다. 영남대학교 ‘CRC’(Convergence Research Center, 융복합연구센터)관에서 열린 현장 좌담회는 정재학 영남대학교 화학공학부 교수와 오수영 화학공학부 교수, 채종윤 모든솔라 대표, 서상곤 원예생명과학과 교수, 이강용 화학공학부 교수가 참여했고, 진행은 유형동 기자(호남취재본부)가 맡았다. 질문내용은 ▲연구팀에 합류하게 사연 ▲연구분야 ▲성과소개 ▲국내 영농형 태양광 시장 상황과 태양광 정책에 대한 평가 ▲연구 목표 등이다.
국내 영농형 태양광 연구 선각자 정재학 교수
정재학= 포항공과대학교의 대학원 1기다. 석사, 박사를 최단기 했다. 포항공대가 배출하는 첫 박사과정을 진행 중이었기 때문에 당시 교수님들께서 저에게 큰 관심과 가르침을 주셨다. 이후 미국 매사추세츠공대(MIT)에 진학해 '포스닥(박사 후 연구원·post doctor)'으로 공장 설계 분야를 연구했다. 이후 영남대 교수가 됐고, 지난 2003년에 플로리다 대학에 교환교수로 미국에 건너갔다. 미국에서 태양광 연구를 시작했다. 망막 태양광을 연구했다. 다시 국내로 들어와 집중적으로 연구하게 됐다. 그러던 중 태양광이라는 아주 좋은 발전 시스템을 잘못 사용하게 되면 오명을 쓸 수도 있겠구나라는 사실도 알게 됐다.
이후 오수영 교수를 만나 일본에서 한 책을 찾게 됐다. 나가시마 아키라(Nagashima Akira)가 펴낸 '솔라 셰어링'이라는 책이다. 영농형 태양광에 대해 연구해야겠다고 마음먹고, 한국어와 영어로 번역해 출판했다. 그러다보니 많이 알려지게 됐다. 영농형 태양광 연구 업력이 길지 않지만 영농형 태양광 책 덕분에 많이 알려진 것 같다. 저 스스로도 영농형 태양광이라는 분야가 생소한 분야다. 사실 일본 외에는 모두가 비슷한 수준이다. 걸음마 단계라고 할 수 있다. 이러한 환경 속에 제가 뛰어들다보니 많이 부족하다는 것을 느꼈다.
영농형 태양광은 실증을 해야 하는 분야다. 연구실에서 할 수 있는 분야가 아니다. 가장 큰 애로사항은 결과가 나오려면 1년이 걸린다는 점이다. 작황을 해봐야 결과를 알 수 있다는 것이다. 당시는 상당히 낯설었다. 저는 최적화, 공장 설계, 자동화를 전공했는데, 이는 컴퓨터 프로그램으로 결과가 비교적 빠르게 나온다. 어떤 경우는 2~3일, 일주일 만에도 시뮬레이션이 가능하다. 그런데 영농형 태양광은 그렇지 않았고, 애로사항 중 하나였다.
태양광 연구단지도 필요했고, 연구진도 절실했다. 과업을 학생들과 하기에는 무리가 있었다. 그래서 스타트업을 발굴했다. 영농형 태양광 구조물 설비기업 '모든솔라'와 협업을 했다. 서로 많이 지원해줬다. 또 제가 연구하는 것을 구현해줬다. 이 외 농사를 지어야 하는데 저 스스로가 농학이 너무 낯설었다. 어떻게 보면 결과를 얻는데 너무 지루하고 힘든 연구다. 옥외에서 하다보니 일기에 큰 영향을 많이 받는다.
그러나 연구가 진척될수록 영농형 태양광의 긍정적인 효과를 많이 봤다. 지난 2019년과 2020년 모두 태풍 피해가 극심했다. 한번은 20m/s로 지나간 적이 있는데, 근처 농가들은 태풍 피해로 작황이 나빠졌다. 그러나 저희 실증센터는 태양광 시설물 때문에 피해를 거의 보지 않았다. 태풍이 태양광 시설을 관통했는데도 말이다. 실제 파 작물의 경우 500평 규모의 땅에서 약 5톤 가량의 수확물이 나왔다. 전문가들은 태양광 시설 없이 농사만 지어도 그 정도의 수확물이 나오지 않는다고 들었다.
연구팀은 여러 작물을 대상으로 실험하고 있다. 그 중에서 손이 많이 가는 작물들이 있다. 특히 파의 경우도 그렇다. 그러나 연구팀은 제초제나 농약을 친 적이 없다. 쉽게 농사를 지은 셈이다. 요즘 연구하는 것이 상당히 재미있다. 결과도 좋다. '팀을 잘 꾸렸구나'라는 생각도 든다. 현재 완벽한 결론이 나진 않았지만, 여러 성과들에 현재 만족한다. 영남대학교 영농형 태양광 연구팀은 태양광이 대중화될 때까지 연구를 쭉 이어갈 계획이다.
'반도체 전문가' 오수영 교수, 기술 연구 컨트롤타워 역할 수행
오수영= 에너지 문제를 해결하는 방법으로는 태양광이 제격이라고 판단했다. 그래서 태양광 연구를 시작했다. 연구를 시작할 2007년 당시 태양광 발전의 문제는 3가지였다. 설비 비용이 비쌌고, 넓은 부지가 필요했고, 기후변동성에 취약하다는 문제가 있었다. 반면 현재 돌아켜보면 값은 10배 이상 떨어져서 설비 비용 문제는 되지 않는다.
기후변동성도 구름이 움직이는 위성사진을 찍고 예측을 해서, 가스 발전소와 30분간 연동하면 극복할 수 있다. 기술적으로는 에너지 전환을 위해 태양광을 활용하는 것에 문제가 없다. 지구에 들어오는 태양광 에너지가 지구에서 소모되는 에너지의 1만 배가 된다. 에너지문제, 기후변화문제를 해결할 수 있다. 그러나 부지가 문제다. 에너지 전환을 위해서는 발전사업을 해야하는데 남는 땅이 없는 실정이다. 결국 논과 밭에 깔아야 한다. 그러나 문제점이 많은 상황이다. 우리나라는 영농형 태양광 아니면 에너지 전환을 온전하게 할 수 없다.
실제 농촌에 와보니 환경이 너무 열악했다. 특히 농촌 경제가 매우 위태로운 수준이다. 식량만 생산해서는 농촌이 가난에서 벗어날 수 없다고 판단했다. 농업과 동시에 태양광 에너지까지 생산해야 소득이 보전된다. 농작물에서 얻는 소득에 5배~10배를 얻을 수 있을 것으로 본다. 그렇기 때문에 반드시 영농형 태양광을 해야 한다. 특히 우리나라는 반드시 해야 한다. 우리는 이것을 해야만 살 수 있다. 그래서 저의 소명이라고 생각하고 연구를 진행하고 있다.
연구를 하면 할수록 잘했구나라는 생각이 든다. 문재인 대통령이 2050년에 탄소제로라는 비전을 선포했다. 이는 독일의 선례를 참고해 태양광과 풍력을 하겠다는 것인데, 반드시 성공할 것이라 보고 있다. 저는 스탠포드대학에서 반도체 분야를 연구했고, 박사학위를 받았다. 한국전자통신연구원(ETRI)에 입사해 반도체를 연구했다. 이후 30년간 반도체를 연구했다.
이 과정에서 태양광, 태양전지가 인류의 삶에 반드시 필요하다는 것을 느꼈다. 태양광은 인류가 앓고 있는 문제인 에너지, 기후, 농촌 문제를 해결할 수 있다고 생각한다. 해결하는데 100년이 걸릴 문제인데, 영농형 태양광이 대중화된다면 20~30년 안에 해결할 수 있을 것이라 본다.
'농학 전문가' 서상곤 교수, 영농형 태양광 재배 최적 작목 연구
서상곤= 미국 아이오와 주립대학에서 박사학위를 받고, 지난 1990년부터 영남대학교에서 연구를 수행하고 있다. 올해로 30년째 생명공학을 연구하고 있다. 경남 쪽에 가면 파프리카를 재배한다. 일본으로 수출하는 품목이고, 대부분 장비는 네덜란드 산이다. 그러나 이 곳에서 만들어지는 데이터가 모두 외국으로 가고 우리나라에 남는 것이 없다.
이를 어떻게 하면 우리가 데이터화해서 인공지능까지 연계할 수 없을까 고민했다. 그러던 중 정재학 교수와 오수영 교수가 농업 분야의 영농형 태양광 연구를 제안해왔다. 이에 순수하게 통계적으로 농사만 잘 지을 수 있는 방안을 모색하는데 역점을 뒀다. 특히 일반 노지 대조군과 태양광 LED 등과 비교, 분석하는 쪽에 집중하고 있다.
지난해 보리를 심었다. 영농형 태양광의 차광때문에 수확량이 떨어질 것으로 예상했었으나, LED의 도움을 받아 효과를 봤다. 두 번째로 파를 재배했다. 파의 경우 LED를 6시간 적용한 곳은 20~25% 증산 효과를 냈다. 스스로 효과가 정말 좋구나 놀랄 정도였다.
내년에는 작황을 늘려가면서 연구할 계획이다. 앞으로 우리나라의 농업 데이터 산업을 발전시켜서, 국가 식량자급률을 높이고 농가 소득도 높이는데 일조하겠다.
이강용 교수, 영농형 태양광 경제성 분석 몰두
이강용= 영남대학교 화학공학부 교수이자 산학협력중점 교수로 재직 중이다. 영농형 태양광 연구팀에 합류하면서 영농형 태양광에 대한 여러가지 면들을 살펴봤다. 그랬더니 영농형 태양광은 산업적인 효과와 농업적인 효과의 시너지를 높이는 것이 중요하겠다는 생각이 들었다.
그래서 영농형 태양광 경제성 분석에 중점을 두고 연구하고 있다. 일단 경제성을 제고하기 위해서는 서로간의 시너지를 높여야 된다. 과거에 LG전자에서 근무할 당시 컬러브라운관을 개발한 적 있다. 그 때 LCD에 밀려 컬러브라운관 산업이 도태되는 경험을 떠올리며 연구에 더욱 박차를 가했다.
비용을 낮추는 것이 관건이다. 비용을 줄일 수 있는 방법의 연구가 선행돼야 태양광 시설 확산도 가능하다. 또 생산적 측면으로 살펴보면 고소득 작물을 선택하는 것이 중요하다. 지형별, 기후별 작물을 선택해야 한다. 비용은 적게, 소득은 증대시킬 수 있는 전략의 작물을 선정하는 게 영농형 태양광에서 경제성을 확보하는 전략이라고 말할 수 있겠다.
LG전자서 25년간 ‘디스플레이’ 한우물…채종윤 모든솔라 대표
채종윤= LG에서 25년간 디스플레이 분야에서 근무했다. 모든솔라는 지난 2018년 2월 LG전자 출신의 생산·품질·연구개발·전기공사 전문가들이 모여 창업한 회사다. 현재 수상태양광과 영농형 태양광 구조물을 연구·개발에 몰두하고 있다. 영농형 태양광 경제성 확보에 가장 중요한 점은 농민들을 대상으로 싸고 좋은 구조물 공급할 수 있는지 여부다.
그래서 이를 실현시킬 수 있는 기업으로 연구팀에 참여하게 됐다. 구조물의 경우 땅을 넓게 써야 하고 높게 설치해야 했다. 부품수를 최대한 적게 만들어 단가를 낮춰보자는 계획을 세웠다. 또 지상에서 조립해서 회전 직립방식을 통해 세우는 방식으로 시공했더니 비용이 절감됐다. 초간단 부품 혁신, 초단편 시공, 안전 등 과제를 모두 해결했다고 자부한다. 스마트 솔라 파이프(SSP시스템), 회전 직립시스템이 직접적으로 적용되고 있다.
저희들은 정재학 교수에게 아이디어를 지원받아, 구현하는데 주력하고 있다. 덕분에 나름대로 자체 기술력도 크게 향상됐다. 국내 태양광 산업에 대해 한 가지만 첨언을 하자면 중소 태양광 기업들에게 보 다 많은 성장 기회가 주어지는 건강한 생태계가 만들어졌으면 좋겠다.
AI타임스 유형동 기자 yhd@aitimes.com
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