신재생 에너지 확대 정책으로 전 세계적으로 태양광 발전 단지가 빠르게 증가하고 있다. 이처럼 급증하는 태양광 패널 아래에서 농작물을 효율적으로 재배하는 것이 가능할까?

광합성에 필요한 파장의 빛의 선택적으로 통과시키는 자홍색 반투명 태양광 패널 아래에서 브로콜리를 재배하는 실험에서 전기를 생산하는 동시에 줄어든 햇빛으로도 브로콜리의 생산량을 노지 재배 수준으로 유지할 수 있다는 결과가 나왔다.

스웨덴 말라르달렌대 실비아 마 루 박사팀은 3일 과학 저널 셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)에서 자홍색 반투명 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 태양광 패널 아래에서 브로콜리를 재배해 노지 재배와 비슷한 수준의 수확량을 확보하면서 전기도 생산할 수 있는 가능성을 확인했다고 밝혔다.

마 루 박사는 "태양광 패널은 들어오는 햇빛의 일부를 이용해 전기를 생산하면서 일부 빛은 아래에서 자라는 작물로 통과시킨다"며 "앞으로 태양광 스펙트럼의 서로 다른 부분을 작물 생장과 전기 생산에 각각 배분, 햇빛을 더 효율적으로 이용할 수 있는지를 조사할 것"이라고 말했다.

최근 기후 변화에 대응하기 위한 신재생에너지 확대 정책으로 태양광 발전이 증가하면서 식량 생산과 태양광 발전에 필요한 토지를 어떻게 효율적으로 함께 이용할 것인지는 중요한 과제가 되고 있다.

이에 대한 대책으로 발전과 농작물 재배를 병행하는 영농형 태양광 발전이 연구되고 있으나 기존 영농형 태양광은 불투명 패널이 작물에 도달하는 빛을 지나치게 줄여 농업 생산성을 떨어뜨리는 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 태양광 패널을 청색광과 적색광을 고려해 자홍색 반투명으로 제작했다. 식물의 광합성은 주로 400~700나노미터의 빛을 이용하며, 엽록소는 이 가운데 청색광과 적색광을 상대적으로 많이 흡수한다.

연구팀은 자홍색 반투명 패널을 광합성 유효복사 투과율 13.2%(투명도 50%)와 19.2%(투명도 70%)로 제작했다. 이어 두 패널로 각각 20㎡ 규모의 태양광 시스템을 설치해 그 아래에서 브로콜리를 재배하고 이를 노지 재배와 비교했다.

그 결과 노지 재배 브로콜리는 이식 후 79일에 성숙했지만 두 태양광 패널 아래의 브로콜리는 104일이 지나서야 성숙해 수확 시기가 25일 늦었다.

그러나 수확 때 꽃봉오리 무게는 70% 투명도 패널에서 평균 168.5ｇ, 투명도 50% 패널에서 173.7ｇ으로 노지 재배의 187.6ｇ과 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 특히 태양광 패널 아래의 브로콜리는 노지보다 훨씬 적은 빛을 받았지만 빛 이용 효율은 노지보다 훨씬 높은 것으로 나타났다. 복사에너지 이용 효율(RUE)은 50% 투명도 패널에서는 노지의 4.5배, 70% 패널에서는 2.8배였다.

또 브로콜리 재배와 동시에 태양광 발전도 해 50% 투명도 자홍색 CdTe 패널에서는 재배 기간에 약 447.6킬로와트시(kWh)의 전력을 생산할 수 있을 것으로 추정됐다. 태양 빛을 전기로 바꾸는 광전변환 효율은 7.2%였다.

연구팀은 면적을 1㏊로 확대하고 태양광 구조물 등으로 인해 전체 면적의 40%를 경작하지 못한다고 가정할 경우, 토지 이용 효율을 계산한 결과 토지 등가비율(LER)이 1.18로 나타났다고 설명했다.

농업과 태양광 발전을 각각 별도 토지에서 하는 것보다 두 가지를 한 토지에서 함께 생산할 경우 토지 이용 효율이 이론적으로 약 18% 높아질 수 있다는 의미다.

연구팀은 이 연구는 스웨덴 중부에서 한 차례 생육기간에 진행한 개념 증명으로 이 결과를 다른 기후와 작물에 그대로 적용할 수는 없다며 실제 적용을 위해서는 다양한 기후와 작물, 여러 생육 기간과 시스템에서 추가 검증이 필요하다고 말했다.

◆ 출처: Cell Reports Physical Science, Silvia Ma Lu et al., Evaluating land productivity with semi-transparent colored CdTe thin-film PV and broccoli cultivation in agrivoltaic systems, https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2026.103555