탄소중립 기술과 알고리즘 적용 스마트팜 선택적 태양광 투과 태양전지

한국과학기술원(KIST)이 최신 탄소중립형 스마트팜 전용 태양전지 기술을 개발했다. 스마트팜 전용 태양전지 기술은 작물 재배에 필요한 태양빛을 선택적으로 투과시키고 나머지 빛으로는 전기를 생산하는 기술이다.

이 연구성과를 광주에 있는 김대중 컨벤션센터(2022. 8.25~ 8.27)에서 열리는 ‘그린&애그리 테크 아시아 2022’에서 참가해 전시한다.

1. 스마트팜 종류와 장단점

스마트팜(smart farming, 지능형 농장)은 정보통신 과학기술을 활용해 온도, 습도, 이산화탄소 농도 등 작물의 생육환경을 최적의 상태로 관리하는 농업방식이다.

노지형 스마트팜이 있고 도시형(=수직형) 스마트팜이 있다. 메트로 팜은 도시형에 해당한다. 메트로 팜은 상도역, 답십리역, 천왕역, 충정로역, 을지로3가역 등 지하철 역사 내에서 식물을 재배해 바로 샌드위치 등으로 만들어 팔고 있다.

장점으로는 생산성과 품질 향상, 수익증대 효과가 있다. 스마트팜은 농촌의 고령화로 일손부족과 기후이상으로 인한 식량위기를 해결하는데 도움이 된다.

단점은 초기 비용이 억소리가 날 정도로 크다는 점이다. 또한 스마트팜의 모호한 법적 지위와 각종 규제도 걸림돌이다. 그리고 냉·난방 등 시설 운영에 많은 전력이 투입된다.

스파트팜의 에너지 해결을 위해 KIST 차세대 태양전지연구센터의 스마트팜 융합연구센터 등이 산학공동연구를 진행하고 있다.

스마트팜 전용 태양전지 기술은 작물 재배에 필요한 태양빛을 선택적으로 투과시키고 나머지 빛으로는 전기를 생산하는 기술이다. 식물마다 활용하는 흙속의 양분이 다르고 필요한 태양광이 다르다.

태양전지를 스마트팜에 적용해 작물 재배와 전기생산을 동시에 진행하는 선택적 광 투과 기술이다. 이는 탄소중립형 스마트팜 관련 최신 연구성과이다.

KIST 김형석 청정기술 연구팀이 고려대와 국민대 연구팀과 함께 투광형 태양전지 기술과 이색성 광필터 기술을 접목했다. 청색광(430~ 470nm)과 적색광(630~680nm) 태양빛을 투과시켜 작물 생육에 활용한다.

나머지 태양빛에 해당하는 파장의 빛을 광필터가 모두 반사시켜 태양전지가 흡수해서 전력생산을 할 수 있는 기술이다. 이 태양전지는 투과하는 빛의 파장 영역과 광량을 미세하게 조절할 수 있다.

작물의 종류에 맞는 최적의 광 조건을 만들 수 있는 장점이 있다. 그리고 전력생산도 가능하다. 단, 전자제품 화재가 문제된다. 솔라 패널은 높은 기온에 약하다. 태양광 전지를 만드는 재료와 부품이 안전한 것이어야 한다.

KIST는 위의 광투과 태양전지 기술과 더불어 마커와 알고리즘도 발표했다. 이를 ‘스마트팜 수집 데이터의 모델링을 통한 의사결정 알고리즘’이라고 부른다.

이러한 개발 내용을 앱 형태로 서비스화하는 것은 SW 전문기업인 원투씨엠(주)에서 수행하고 있다. 현재까지 개발된 온라인 재배 컨설팅 SW는 15개 실증 스마트팜 농가를 대상으로 적용되어 데이터의 수집 및 SW 고도화를 진행하고 있다.

또한 보다 범용성있는 서비스 개발을 위해 온도 습도 등 온실 내부 환경을 모니터링하면서 내부 환경 인자들이 적정 기준을 벗어날 때 경고를 하는 서비스 앱을 30개 시범농가에 적용했다.

이 기술은 스마크팜 내 센서 테이터를 수집, 분석하고 온라인으로 컨설팅 서비스를 제공한다. 김형석 센터장은 스마트팜 작물 재배 온라인 컨설팅 서비스 상용화에 매진하고 있다.

비대면 온라인 재배컨설팅은 기존 재배 컨설팅 서비스를 온라인을 간편하게 대체하고 정확하고 효율적인 스마트팜 관리 처방으로 발전시킬 수 있다는 점에서 의미가 크다.