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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 군산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수17
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산업통상자원부는 새롭게 변화하는 기후 체제에 대한 선제적 대응을 위하여 ‘2030 에너지 신산업 확산전략’을 수립하였다. 2030년까지 재생에너지 발전 비중을 20%로 높이고 신규설비 95% 이상을 청정에너지로 공급하겠다는 계획이다. 그러나 현재 태양광 보급용량 중 63%가 농촌에 설치되어 임야와 농지를 잠식하고 있는 상황으로 ‘2030 에너지 신산업 확산전략’ 목표 달성을 위해 추가적인 농지 잠식은 불가피하다. 본 논문에서는 이러한 현실에서 ICT 기술을 기반으로 농업과 태양광발전을 병행하는 방식의 타당성과 효율성을 입증하고자 영농형 태양광발전소 설계에 요구되는 필수 고려 사항을 제시하고 영농형 발전 실증단지를 구성하여 작물에 미치는 영향과 경제성 분석을 수행하였다.
본 논문에서 사례로 분석한 태양광 발전소는 Smart ICT 기술을 활용하여 농작물(포도)을 경작하면서 신재생에너지를 이용한 발전이 가능하도록 설계된 농업병행 태양광발전소이다. 경작지는 6개 구역으로 나누어 3종류의 태양광 패널을 시험구역에 각각 33kW급으로 설치하였고, 시험구 바로 옆에 동일 조건의 태양광발전을 하지 않는 대조구를 조성하여 실증 연구를 2년간 진행하였다. 태양광 모듈은 30%의 수평차광율로 농작물 위에 설치되어 농업과 발전을 병행하였다. 또한 재배환경의 변화와 발전량을 모니터링하기 위하여 정보통신 기술을 이용한 재배환경 센서, 무선통신 장치, 웹서버를 구축하였다.
실증 결과 일반 모듈은 67.2MWh, 양면 모듈은 56.4MWh, 투명 모듈은 62.1MWh의 전기를 생산하여 일반 태양광 발전소와 차이점이 없었으며 3종의 모듈 중 가장 남쪽으로 설치되었던 일반형 모듈의 발전량이 우수하였다.
생육면에서는 3종류의 모듈 중 투광형 모듈이 포도의 생육에 약간 좋은 결과를 나타냈으며, 대조군에 비해 태양광이 설치된 비교군에서 포도 성장이 약간 느려진 것으로 나타났다. 그럼에도 불구하고 수확기 비교구 포도 열매의 당도는 평균 11.5 Brix였고, 대조구의 당도는 11.7 Brix로 측정되었다. 성장이 2주 느린 비교구의 생육 기간을 2주 ~ 1개월 지연시켜 종래의 포도밭 대조군 동일한 품질의 포도를 수확할 수 있었다.
결론적으로 본 연구는 정상적인 포도 재배에 부정적인 영향 없이 재생 가능 에너지를 생산할 수 있음을 실증하였으며, 영농형 태양광 발전 시 필수적으로 고려해야 하는 요소 (광포화점을 고려한 재배 작물 선정, 차광율을 고려한 태양광 모듈의 이격거리, 모듈의 각도 선정, 영농활동을 고려한 구조물의 설계, 재배환경 모니터링 방법 등)을 도출하였으며 이를 반영한 최적 설계안을 제시하였다.
국내 최초의 과수작물 태양광 발전소의 2년간의 발전 수익을 반영한 경제성 평가를 실시한 결과 100kW 영농형 태양광발전소 구축 시 초기 투자 비용은 약 1.8억 원이고 한국에너지공단의 금융지원사업을 이용하여 20년간 발전소를 운영한다는 가정할 경우, ① 현물시장 전력거래 시 B/C 는 1.24 ② 고정계약 활용 시 B/C 는 1.23 ③소형태양광 고정가격 계약(한국형 FIT) 거래 시 B/C 는 1.47로 분석되었다.
본 논문에서 제안한 태양광 시스템 설계 자료와 운영데이터 등의 분석결과들이 향후 보다 효율적인 영농형 태양광 발전소 보급 확대를 위한 밑거름이 되길 기대한다.
본 논문에서 사례로 분석한 태양광 발전소는 Smart ICT 기술을 활용하여 농작물(포도)을 경작하면서 신재생에너지를 이용한 발전이 가능하도록 설계된 농업병행 태양광발전소이다. 경작지는 6개 구역으로 나누어 3종류의 태양광 패널을 시험구역에 각각 33kW급으로 설치하였고, 시험구 바로 옆에 동일 조건의 태양광발전을 하지 않는 대조구를 조성하여 실증 연구를 2년간 진행하였다. 태양광 모듈은 30%의 수평차광율로 농작물 위에 설치되어 농업과 발전을 병행하였다. 또한 재배환경의 변화와 발전량을 모니터링하기 위하여 정보통신 기술을 이용한 재배환경 센서, 무선통신 장치, 웹서버를 구축하였다.
실증 결과 일반 모듈은 67.2MWh, 양면 모듈은 56.4MWh, 투명 모듈은 62.1MWh의 전기를 생산하여 일반 태양광 발전소와 차이점이 없었으며 3종의 모듈 중 가장 남쪽으로 설치되었던 일반형 모듈의 발전량이 우수하였다.
생육면에서는 3종류의 모듈 중 투광형 모듈이 포도의 생육에 약간 좋은 결과를 나타냈으며, 대조군에 비해 태양광이 설치된 비교군에서 포도 성장이 약간 느려진 것으로 나타났다. 그럼에도 불구하고 수확기 비교구 포도 열매의 당도는 평균 11.5 Brix였고, 대조구의 당도는 11.7 Brix로 측정되었다. 성장이 2주 느린 비교구의 생육 기간을 2주 ~ 1개월 지연시켜 종래의 포도밭 대조군 동일한 품질의 포도를 수확할 수 있었다.
결론적으로 본 연구는 정상적인 포도 재배에 부정적인 영향 없이 재생 가능 에너지를 생산할 수 있음을 실증하였으며, 영농형 태양광 발전 시 필수적으로 고려해야 하는 요소 (광포화점을 고려한 재배 작물 선정, 차광율을 고려한 태양광 모듈의 이격거리, 모듈의 각도 선정, 영농활동을 고려한 구조물의 설계, 재배환경 모니터링 방법 등)을 도출하였으며 이를 반영한 최적 설계안을 제시하였다.
국내 최초의 과수작물 태양광 발전소의 2년간의 발전 수익을 반영한 경제성 평가를 실시한 결과 100kW 영농형 태양광발전소 구축 시 초기 투자 비용은 약 1.8억 원이고 한국에너지공단의 금융지원사업을 이용하여 20년간 발전소를 운영한다는 가정할 경우, ① 현물시장 전력거래 시 B/C 는 1.24 ② 고정계약 활용 시 B/C 는 1.23 ③소형태양광 고정가격 계약(한국형 FIT) 거래 시 B/C 는 1.47로 분석되었다.
본 논문에서 제안한 태양광 시스템 설계 자료와 운영데이터 등의 분석결과들이 향후 보다 효율적인 영농형 태양광 발전소 보급 확대를 위한 밑거름이 되길 기대한다.
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