지속가능성
영농형 태양광: 농업과 태양광 발전의 결합
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농지와 태양광 발전의 공존
태양광은 중요한 에너지원으로 성장하고 있습니다. 한 시장 보고서는 미국 태양광 시스템 시장이 2030년까지 연평균 15.4% 성장할 것으로 전망했지만, 이는 해당 보고서의 범위와 가정에 따른 예측입니다.
중국은 2024년 세계 태양광 설비 확대에서 큰 비중을 차지했습니다. 건설 중인 프로젝트, 연간 신규 설치와 누적 설비 용량은 서로 다른 지표이므로 구분해서 비교해야 합니다.
중국은 2024년 상반기에 약 102기가와트의 태양광 설비를 추가했습니다. 이는 당시의 신규 설치 실적입니다.
풍력과 태양광을 합한 누적 설비 용량은 2024년에 1,200기가와트 목표를 달성했습니다. 2030년 목표보다 6년 빠른 달성이지만, 설비 용량과 실제 발전량은 다릅니다.
출처: Energy Wind Down Media의 관련 보도
태양광 확대는 새로운 에너지 시대에 대한 논의로 이어졌습니다. 관련 기술은 「태양광 시대: 인류의 에너지 미래」에서 살펴봅니다.
출처: The Economist
제조 기술과 생산 규모의 발전으로 태양광 모듈 가격은 장기적으로 크게 하락했습니다. 다만 모듈 가격과 발전소의 전체 설치비, 송전·저장 비용은 서로 다른 지표입니다.
출처: EIA
대규모 지상 태양광 발전에는 토지가 필요합니다. 필요한 면적은 일사량, 모듈 효율, 설치 간격과 부지 형태에 따라 달라집니다.
토지 이용을 비교할 때는 시설 자체의 면적과 그 사이에서 다른 활동이 가능한 면적을 구분해야 합니다. 태양광, 풍력, 수력과 바이오매스도 생애주기 배출이 완전히 0인 것은 아닙니다.
농지나 자연 서식지를 발전 부지로 바꾸면 식량 생산, 생태계와 배수에 영향을 줄 수 있습니다. 산지에서는 토목공사와 식생 제거로 침식 위험이 커질 수 있어 입지와 시공 관리가 중요합니다.
중국 푸젠성의 다음 사진은 언덕을 따라 조성된 태양광 시설을 보여 줍니다. 사진만으로 모든 부지의 이전 용도나 환경 영향을 확정할 수는 없습니다.
출처: The Atlantic
경작 가능한 토지 부족
UNCCD 자료에 따르면 2015~2019년에는 해마다 최소 1억 헥타르의 건강하고 생산적인 토지가 황폐화되었습니다. 이는 전부 경작지의 영구 소실을 뜻하지 않습니다. 침식, 사막화, 도시화와 부적절한 토지 관리 등 여러 요인이 작용합니다.
따라서 탄소 배출을 줄이는 과정에서도 농지와 생태계 보전을 함께 고려해야 합니다.
산업·주거 건물의 지붕은 토지 전환을 줄이는 선택지입니다. 사막 설치도 가능하지만 생태계, 먼지 관리와 물 사용을 검토해야 하며, 모든 세척 방식이 많은 물을 쓰는 것은 아닙니다.
태양광 확대에는 적합한 부지와 전력망이 필요합니다. 필요한 성장률과 면적은 미래의 수요, 다른 발전원과 기술 변화에 따라 달라집니다.
대안 중 하나는 같은 토지에서 농업과 태양광 발전을 병행하는 영농형 태양광, 즉 아그리볼타익스입니다.
출처: Dezeen
농장 건물
농장 건물의 지붕을 활용하면 농작물이 자라는 공간을 직접 차지하지 않고 전력을 생산할 수 있습니다. 다만 지붕 구조, 하중, 방향, 화재 안전과 계통 연결을 점검해야 합니다.
출처: X/Twitter
지붕 태양광은 작물 재배와 같은 면적을 공유하는 좁은 의미의 영농형 태양광과 다를 수 있지만, 농장의 전력 조달을 개선하는 방법입니다.
농장의 화석연료 사용을 줄이려면 발전 설비뿐 아니라 다음과 같은 보완 요소도 검토해야 합니다.
- 트랙터와 농기계의 전동화.
- 작업 시간, 충전, 배터리 무게와 비용을 만족해야 하므로 모든 작업에 같은 방식이 적합하지는 않습니다.
- 일부 작업에는 소형 농업 로봇도 활용할 수 있습니다. 관련 내용은 「농업에 도입되는 로봇 기술」에서 다룹니다.
- 발전 시간과 수요가 맞지 않을 때 사용할 저장 장치와 보완 전원.
- 열 저장은 축사 난방 등에 활용할 수 있지만, 저장한 열을 트랙터나 전기 장비의 전력으로 직접 쓰는 것과는 다릅니다. 계절 저장에는 별도의 설계가 필요합니다.
- 농촌의 발전량과 전력 수요를 수용할 송배전망 및 연결 용량.
- 농가의 초기 비용과 현금흐름에 맞는 금융 지원 및 계약 구조.
- 탄소 가격이나 지원 제도의 효과는 지역의 규칙과 실제 배출 저감량에 따라 달라집니다.
작물과 발전 설비의 햇빛 공유
농업과 태양광 발전은 햇빛을 공유합니다. 작물과 패널에 필요한 빛의 균형을 맞추는 것이 설계의 핵심입니다.
작물과 목초는 광합성으로 빛 에너지를 생물량으로 전환합니다. 발전량만 늘리도록 설계하면 작물에 필요한 빛이 부족해질 수 있습니다.
그러나 작물이 받는 빛을 조금 줄이는 것이 항상 수확량 감소로 이어지는 것은 아닙니다. 작물의 광 요구량과 더위·수분 스트레스에 따라 효과가 달라집니다.
광저해
광합성은 빛, 물과 이산화탄소를 이용해 유기물을 만드는 과정으로 요약할 수 있습니다.
실제로는 빛 반응, 탄소 고정과 보호·복구 작용 등이 결합된 복잡한 생리 과정입니다.
식물이 흡수한 에너지가 이용·소산 능력을 넘으면 광합성 기능이 저하되는 광저해가 생길 수 있습니다.
특히 다른 스트레스가 겹칠 때 빛이 지나치게 강하면 활성산소종이 증가하고 광합성 장치가 손상될 수 있습니다. 정도는 작물과 환경에 따라 다릅니다.
따라서 일사량이 높은 지역의 일부 작물은 한낮의 적절한 그늘에서 이점을 얻을 수 있습니다. 모든 여름날의 햇빛이 해롭다거나 대부분의 작물에 같은 차광이 필요하다는 뜻은 아닙니다.
패널의 간격과 높이를 조절하면 필요한 시간대에 그늘을 제공할 수 있습니다. 적합한 차광률은 현장 시험으로 확인해야 합니다.
물 사용량 감소
그늘은 지표와 작물의 온도 및 증발산을 낮춰 관개 수요를 줄일 수 있습니다. 효과는 강수량, 토양, 작물과 배치에 따라 달라집니다.
조건에 따라 패널 표면에 맺힌 이슬을 모아 보조 수원으로 사용할 수도 있습니다. 그러나 응축량은 습도와 기온에 달려 있어 주요 관개 수원으로 일반화할 수 없습니다.
흡습성 하이드로젤로 밤에 수증기를 모으고 낮에 패널의 열로 방출시킨 뒤 응축하는 실험도 있습니다. 이 방식은 집수 장치가 필요하며, 모든 농장에 충분한 물을 공급하는 기술로 확립된 것은 아닙니다.
실험 시스템에서는 밤에 재료가 공기 중 수분을 흡수하고, 낮의 열로 방출된 수증기를 별도로 모아 물을 얻습니다. 증발 과정은 패널의 열을 제거하는 데도 기여할 수 있습니다.
태양광 패널 냉각
적절한 차광은 일부 환경에서 식물의 과도한 가열과 수분 손실을 줄일 수 있습니다.
작물과 토양에서의 증발산은 주변 공기를 식혀 패널 온도를 낮출 수 있습니다. 25°C는 일반적으로 셀 성능의 표준 시험 기준 온도이며 보편적인 최적 외기 온도가 아닙니다. 온도가 오를 때의 출력 감소율도 모듈별 온도 계수에 따라 다릅니다.
더운 환경에서는 외기보다 뜨거워진 셀의 출력 저하가 나타날 수 있습니다. 40~45°C라는 외기 온도만으로 모든 프로젝트의 경제성이 크게 훼손된다고 단정할 수는 없습니다.
증발산에 의한 냉각이 발전량을 늘릴 가능성은 있으나, 관개수 사용과 작물 관리까지 포함한 전체 성과를 평가해야 합니다.
축산과 태양광 통합
태양광 부지에서는 식생이 패널을 가리거나 접근을 방해하지 않도록 관리해야 합니다.
예초 장비를 사용하는 방법 외에도 부지에 맞는 식생과 방목을 활용할 수 있습니다. 관리 장비가 반드시 화석연료로 구동되는 것은 아닙니다.
양 방목은 널리 검토되는 사례입니다. 소나 다른 동물도 설계에 따라 가능하지만, 체격과 습성, 시설 보호와 동물 복지를 고려해야 합니다.
케이블 보호, 울타리, 물 공급과 패널 높이를 적절히 설계해야 합니다. 방목도 관리와 비용이 필요하므로 예초 비용이 완전히 없어지는 방식은 아닙니다.
패널이 그늘과 일부 비가림을 제공할 수 있지만, 그것만으로 축사나 모든 기상 보호 시설을 대체하지는 않습니다.
출처: Rated Power
포도 재배와 태양광의 결합
포도밭에서는 패널의 지지 구조를 재배 시설과 통합하는 방식도 연구됩니다. 작물과 시설의 하중 및 작업 동선을 함께 검토해야 합니다.
구조물을 공유하면 설치 작업을 줄일 여지가 있습니다. 다만 차광이 포도의 성숙, 수분 수요와 품질에 미치는 효과는 품종과 지역에 따라 달라집니다.
출처: Vinetur
포도 재배와 태양광을 결합한 비티볼타익스는 장기적인 시험이 필요한 분야입니다. 여러 해의 수확량과 당도, 산도 및 와인 품질을 평가해야 합니다.
독일, 프랑스, 이탈리아와 스페인 등에서 관련 시험이 진행되어 왔습니다. 초기 성과를 모든 포도밭에 그대로 적용할 수는 없습니다.
수직 양면 패널
양면형 태양광 패널은 영농형 태양광에 활용할 수 있는 기술 중 하나입니다.
양면형 패널은 앞면과 뒷면에 들어오는 빛을 이용해 전기를 생산합니다. 빛 자체를 생산하는 패널이라는 뜻은 아닙니다.
예를 들어 양면이 동쪽과 서쪽을 향하도록 패널을 수직으로 설치할 수 있습니다. 이때 패널 열의 방향은 대체로 남북입니다.
이런 배치는 조건에 따라 다음과 같은 이점이 있을 수 있습니다.
- 남향 경사 배치와 다른 시간대별 발전 곡선을 얻을 수 있습니다. 정오의 발전 제한은 인버터 용량 등에 따른 출력 제한과 구분해야 합니다.
- 통풍이 좋아지면 셀의 과열에 따른 출력 손실을 줄일 수 있습니다.
- 눈이나 지표에서 반사되는 빛을 뒷면으로 활용할 수 있습니다.
- 수직 배치는 패널 위에 눈이 쌓이는 것을 줄일 수 있습니다.
- 동서향 면은 아침과 늦은 오후의 발전 비중을 높일 수 있습니다. 실제 전력 수요의 최고 시간대와 연간 총발전량은 지역별로 다릅니다.
출처: Wikipedia
수직 패널을 작물 열 사이에 배치하면 농기계와 공존할 여지가 있습니다. 그러나 회전 공간, 충돌 위험과 경작 폭을 고려해야 하며 모든 대형 장비의 작업을 방해하지 않는다고 보장할 수는 없습니다.
부유식 태양광
수상 태양광은 육상 부지 사용을 줄이는 대안으로 논의됩니다. 하지만 호수와 연못도 생태계, 수자원과 지역 이용 측면에서 가치가 있으므로 «쓸모없는 공간»으로 보아서는 안 됩니다.
일부 장소에서는 수상 태양광과 양식을 결합하는 방안도 연구됩니다.
급이식 양식에서도 플랑크톤과 수질, 용존산소는 중요할 수 있습니다. 차광은 과도한 조류 증식을 줄일 수도 있지만 수생태계와 양식 생산에 미치는 영향은 시스템별로 확인해야 합니다.
발전은 추가 수입원이 될 수 있지만, 양식 설비와의 호환성 및 유지관리 비용을 함께 평가해야 합니다.
완벽한 것은 없다
영농형 태양광에는 장점과 함께 다음과 같은 설계·운영 과제가 있습니다. 모두 해결 불가능한 문제라고 볼 필요는 없습니다.
복잡성
농업과 발전을 결합하면 두 활동의 요구를 함께 충족해야 합니다.
- 작물에 필요한 빛과 패널 배치의 균형을 맞춰야 합니다.
- 크고 무거운 농기계의 이동과 작업 공간을 확보해야 합니다.
- 농업인과 설치 업체가 기술 및 작물 관리 정보를 공유하고 전환 과정에서 지원을 받아야 합니다.
생산성 손실
패널의 간격을 넓히면 면적당 발전량이 줄 수 있습니다. 작물 수확량은 차광과 환경에 따라 늘거나 줄 수 있어, 두 생산량이 반드시 모두 감소한다고 일반화할 수는 없습니다.
같은 면적을 농업과 발전에 따로 나누는 경우보다 전체 토지 이용 효율이 높아질 수 있습니다. 비교에는 농산물과 전력의 서로 다른 단위를 적절히 반영해야 합니다.
반면 배선, 구조물과 농작업 동선이 복잡해져 비용이 늘 수 있습니다. 살포, 수확과 정비에 미치는 영향도 검토해야 합니다.
추가 작업 시간과 유지관리 비용까지 포함해 농가와 발전 사업자 모두에게 경제적인지 평가해야 합니다.
결론
영농형 태양광은 농업을 유지하면서 발전을 확대하는 선택지입니다. 특히 토지 이용의 경쟁이 큰 지역에서 검토할 가치가 있습니다.
보급에는 적합한 설계, 설치·농업 기술, 계통 연결, 금융과 관련 제도의 정비가 필요합니다.
수직 양면형을 포함한 여러 방식이 시험되고 있습니다. 어느 한 방식이 모든 농장에 최소한의 작업만으로 도입될 수 있는 것은 아닙니다.
농업 로봇이나 전동 장비와의 결합도 장기적인 가능성 중 하나입니다.
파종, 작물 관찰, 제초와 수확 등에 쓰이는 장비의 전력을 일부 공급할 수 있습니다. 필요한 충전·저장 체계와 작업 적합성은 별도로 검토해야 합니다.
출처: Advanced.farm
영농형 태양광에 투자하기
영농형 태양광은 다양한 기후와 농업 조건에서 설계 및 사업 모델을 발전시키는 분야입니다.
일부 농가는 식량과 전력을 함께 생산할 수 있습니다. 다만 모든 농가가 발전 사업자가 되거나 모든 농촌 부지가 적합하다는 뜻은 아닙니다.
태양광 관련 기업은 증권사를 통해 거래할 수 있습니다. Securities.io에는 미국, 캐나다, 오스트레일리아, 영국과 그 밖의 국가의 증권사 관련 정보가 있습니다. 상품과 이용 조건은 지역마다 다릅니다.
2024년 관련 ETF의 예로는 Global X Solar ETF(RAYS), Invesco Solar ETF(TAN)와 Global X China Clean Energy ETF(2809.HK) 등이 있었습니다. RAYS는 2025년 8월 청산되었으므로 현재 거래 가능한 상품으로 보아서는 안 됩니다. 다른 펀드도 보유 종목, 비용과 이용 가능 여부를 확인해야 합니다.
관련 기사 「태양광 관련 상장기업 10곳」도 참고할 수 있습니다.
태양광 기업
1. Daqo New Energy Corp.
DQ 가격 차트
Daqo New Energy는 중국의 주요 폴리실리콘 생산업체입니다. 폴리실리콘은 결정질 실리콘 태양전지의 주요 원료지만 모든 종류의 태양광 모듈이 이를 쓰는 것은 아닙니다.
회사는 2019년 이후 생산 능력을 크게 늘렸습니다. 생산 능력 확대와 실제 가동률, 판매량 및 이익은 별개의 지표입니다.
출처: Daqo
매출은 2020년 약 6억 8,000만 달러에서 2022년 약 46억 달러로 증가했습니다. 그러나 폴리실리콘 가격의 변동과 공급 확대가 이후 수익성에 영향을 미쳤습니다. 과거 매출 성장만으로 장기적인 이익을 추정해서는 안 됩니다.
회사의 공식 웹사이트와 공시에서 생산, 재무와 사업 위험을 확인할 수 있습니다. 웹사이트의 인상만으로 투자 가치를 평가하는 것은 적절하지 않습니다.
Daqo는 폴리실리콘 가격과 무역 규제에 노출됩니다. 신장 지역의 강제노동 관련 의혹과 규제 조치는 구분해서 읽어야 하며, 의혹을 법적으로 확정된 사실과 동일시해서는 안 됩니다. 회사의 부인과 관련 수입 제한도 함께 검토해야 합니다.
낮은 주가배수는 이익의 경기순환성과 지정학적 위험을 반영할 수 있습니다. 저평가나 큰 상승 여력이 보장되는 것은 아닙니다.
2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.
JKS 가격 차트
JinkoSolar는 중국을 중심으로 생산하는 대형 태양광 모듈 업체입니다. 해외 생산 시설의 역할은 서로 다르며, 미국 시설은 2024년 발표 기준 모듈 생산이었습니다. 이를 태양전지 셀 제조와 혼동해서는 안 됩니다.
출처: Jinko Solar
판매 지역은 중국, 아시아·태평양과 다른 시장에 걸쳐 있습니다. 지역별 매출 비중과 관세·통상 규제의 영향을 함께 살펴야 합니다.
출처: Jinko Solar
2024년 1분기 태양광 모듈 출하량은 약 19.99기가와트로, 전년 동기보다 53.3% 증가했습니다. 셀·웨이퍼를 포함한 총출하량과 모듈 출하량, 누적 실적은 구분해야 합니다.
이는 당시 모듈 출하량 기준으로 업계 선두권의 규모를 보여 줍니다. 모든 기술·수익성 지표에서 1위라는 뜻은 아닙니다.
회사의 N형 태양전지와 양면형 패널은 서로 관련되지만 다른 특성을 가리킵니다. 셀 효율과 완성 모듈 효율도 구분해야 합니다.
N형 모듈은 2024년 1분기 모듈 출하량의 약 80%를 차지했습니다. 회사는 2024년 연간 비중을 약 90%로 높이는 목표를 제시했으며, 이를 2023년 실적으로 읽어서는 안 됩니다.
2024년 1분기 발표에서 연말 웨이퍼·셀·모듈 생산 능력 목표는 각각 120·110·130기가와트였습니다. 생산 능력과 실제 출하량은 다릅니다.
JinkoSolar는 생산에 재생가능 전력을 활용한 NeoGreen 제품을 발표했습니다. 특정 제조 단계의 전력 조달을 제품의 전체 생애주기 탄소 배출이 0이라는 뜻으로 해석할 수는 없습니다.
생산 능력 확대는 성장 전략의 일부지만, 가격 경쟁, 공급 과잉, 자본 지출과 무역 규제의 위험도 수반합니다. 태양광 수요 증가가 개별 기업의 이익 증가로 자동 연결되지는 않습니다.
