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‘발전과 농사’ 모두 생산하는 영농형태양광 설치 노하우
농업지속성 확보 및 태양광발전소 수용성 확대 ‘동시충족’

[한국영농형태양광협회 남재우 이사] 우리나라 에너지 정책으로서 탈원전과 그 대안으로서의 태양광발전에 관한 여러 논란들이 많다. 다양한 논란의 중심에서 태양광발전 확산뿐만 아니라 농업의 지속성 확보를 위한 바람직한 방법으로 영농형태양광발전이 주목받고 있다.

충북 청주 오창에 있는 한국최초 영농형태양광 발전소 [사진=한국영농형태양광협회]

영농형태양광의 정의와 필요성

영농형태양광의 역사
영농형태양광은 1981년에 독일의 물리학자 괴츠베르거(A. Goetzberger)와 자스트로(A. Zastrow)가 처음으로 농업과 태양광발전을 병행하는 것에 대한 이론을 주장하면서 알려지게 되었다. 그 후 2004년에 일본에서 나가시마 아키라에 의해 영농형태양광 프로토타입 모델이 만들어져 확산되었으며, 한국에서는 2016년 농업회사법인솔라팜이 논에 최초로 도입해 벼를 재배했다.

영농형태양광의 정의
영농형태양광은 영어로는 ‘Agrivoltaic’, 유럽에서는 ‘Agrophotovoltaic’, 일본에서는 ‘Solar-sharing’ 또는 ‘營農型太陽光(영농형태양광)’으로 불리며, 한국에서는 태양광이모작, 태양광발전병행농업, 농업공존형태양광발전 등으로 불리다가 최근 ‘영농형태양광’으로 통일되고 있다. 영농형태양광은 관습농업(Conventional Agriculture)과 태양광발전을 병행해 작물과 전기 에너지 생산을 동시에 하는 방식이다. 형태는 다른 시설물이 없는 노지의 논·밭 위에 태양광 패널을 설치하는 방식, 유리 온실에 설치하는 방식, 버섯과 같은 식물재배사에 설치하는 방식, 축사나 계사에 설치하는 방식 등이 있으며, 비닐하우스, 어류건조장 겸용, 수생식물용으로도 개발이 되고 있다.

광포화점 이론
태양광발전소의 그늘 아래에서 식물이 자랄 수 있는 이론적 배경은, 식물은 빛을 이용한 광합성을 통해서 생장을 하는데, 일정량의 일조량을 넘어서면 더 이상 광합성량이 증가하지 않는 광포화점이 있으며, 광합성에 사용되지 않는 태양광을 발전과 공유하는 것이다.

영농형태양광 기대효과 [자료=한국영농형태양광협회]

영농형태양광 현황

농업 지속가능성의 위기
1차 산업으로서의 농업이 지속되기 위해서는 농사를 지을 수 있는 농지가 있어야 하고, 그 농지에서 영농을 할 수 있는 농업인이 있어야 한다. 그런데 농지면적이 지속적으로 감소하고 있으며 농업인도 감소할 뿐만 아니라 고령화가 진행되어 감소가 가속화될 것이다. 즉 한국의 농업의 지속가능성에 빨간불이 켜진 상황이다. 이와 같은 현상을 초래하는 근본 이유는 낮은 농업소득 때문이다. 농업소득이 충분히 높다면 농지도 유지될 것이고, 당연히 농촌으로 인구도 유입이 될 것이다. 그러나 농업소득을 높이는 것은 여러 가지 이유로 용이한 문제가 아니다.

태양광발전소 설치의 수용성 문제
최근에는 태양광발전소 설치를 위한 부지 확보를 위해서 농지에 발전허가를 받는 사례가 대폭 증가하고 있다. 이는 2가지 문제를 초래하고 있는데, 첫째는 농지의 감소이다. 태양광발전소 설치를 위해서는 농지를 잡종지 등으로 전용해야 하는데 이는 필연 농지의 감소를 야기한다. 둘째는 태양광발전 사업주가 대부분 외지인이어서 지역거주민 즉 농업인과의 마찰이 발생해 진행이 중단되는 것이다. 정부의 재생에너지 3020 계획에는 농가태양광이 10GW가 잡혀있으나 이와 같은 수용성 문제로 확산에 제한이 있다.

영농형태양광의 기대효과
이와 같은 농업지속성 확보와 태양광발전소 수용성 확대라는 2가지 과제를 동시에 해결할 수 있는 것이 영농형태양광이다. 즉, 농가에 태양광발전 수입이라는 농업 외 소득을 제공해 농가의 숫자를 유지하고, 농업을 병행할 수 있도록 하여 농지와 농업을 지속시키는 것이다. 또한 실제 농업인들이 발전사업자가 되도록 하여 주민 수용성을 대폭 확대시키는 것이다. 이를 통해 정부의 재생에너지 확대와 농업의 지속성 확보라는 2가지 정책을 효과적으로 충족시킬 수 있을 것으로 기대한다.

국내 영농형태양광 설치현황 [자료=한국영농형태양광협회]

한국 영농형태양광 설치 약력
한국에서는 노지 논, 밭의 경우 2016년 농업회사법인솔라팜이 충북 오창에 논과 밭에 각 15kW를 설치해 벼와 배추를 재배한 것이 최초이다. 이때 구조물은 일본 방식과 유사하게 설계하여 설치했다. 이곳에서 2019년 현재까지 4년차 작물재배를 지속하고 있으며, 한국에서 가장 오랫동안 작물재배 결과를 가지고 있는 사이트이다. 2016년 12월에 농림축산식품부의 연구과제를 수주해 국책과제도 동시에 수행하고 있다.

2017년에는 남동발전과 한수원이 경남 고성과 경기 가평의 논에 각각 설치해 재배를 시작했다. 2018년부터는 다수 업체 및 기관들이 시범단지 구축에 참여하고 있으며, 2019년 6월에는 전남 보성에서 농업인이 한국 최초로 자비를 들여 논에 영농형태양광을 설치해 벼농사와 동시에 발전을 개시했다.

한국에 설치된 영농형태양광발전 현황을 보면, 2가지 시사점이 있다. 첫째는 개인이 자비로 설치하는 경우가 최근 처음 나왔는데 그것도 해당지역 농협조합장이 영농형태양광의 취지를 전파하고자 시범용으로 설치한 것이다. 즉, 일반형에 비해 영농형태양광이 불리한 부분이 있다는 것이며, 뒤에서 제도 개선에 관한 부분을 설명하겠다. 둘째는 다양한 형태로 설치되고 있다는 것인데 새로운 사업이고 충분한 데이터가 축적되지 않아 표준과 기준이 아직 제정되지 않아서이다.

새마을연수원 밭에 설치된 영농형태양광 전경 [사진=한국영농형태양광협회]

일본의 영농형태양광 현황
나가시마 아키라가 2003년도에 제안하고 프로토타입을 설치해 도입되었으며, 2013년 3월에 농림수산성의 지침에 의해 농용지구역에 조건부 설치허가를 해주면서 확산이 시작되었다. 일본의 영농형태양광 허가실적은 2018년 10월 약 1,300건인데, 2019년 현재 2,000개 이상으로 집계되고 있으며, 1MW 이상의 대규모(메가솔라) 영농형태양광은 치바현과 군마현에 각 1개소씩이고, 대부분은 50~200kW의 소규모 발전소가 주를 이루고 있다.

일본의 영농형태양광 재배작물 벼, 밭작물 등 다양한 작물을 재배하고 있으며, 블루베리 등은 사례가 있으나 과수는 사례가 많지 않다. 구조물 설치에 사용되는 태양광패널은 폭이 좁은 것이 주로 사용되고 있으며, 폭이 넓은 일반형 패널의 경우, 동일한 차광률이라도 하부 작물의 생육에 차이가 발생하며, 추천하는 차광률은 33% 이하이다.

일본의 설치기준은 지역농업위원회 승인을 받는 것으로 하고 있을 뿐 영농형태양광에 대한 통일된 기준이 없으며, 수확 결과에 대한 체계적인 자료 정리도 되어 있지 못한 실정이다. 중금속 오염 등에 관한 기준도 아직 없다. 영농형태양광 확산을 위한 단체가 여러개 활동 중이나 농업인이 주도적인 역할을 하지 않고, 산업인들이 주도를 하고 있는 것을 한계로 여기고 있다.

일본의 메가솔라 치바현에 설치된 영농형태양광 전경 [사진=한국영농형태양광협회]

일본은 2013년 3월에 농림수산성 농촌진흥국의 지침을 통해 농용지구역에 영농형태양광에 한해서 조건부 설치허가를 해주면서 확산이 시작되었다.

1) 조건부 일시 전용허가 : 농용지구역의 갑종과 1종에 대해서 영농형 태양광에 한해서 토지의 기둥 단면적만큼 만을 일시사용허가 (초기 3년, 현재 10년)

2) 허가의 조건 1 : 농업에 적합한 구조물 설치, 즉 농작물의 생육에 적합한 일조량 유지 및 농기계 및 영농을 위한 공간 확보

3) 허가의 조건 2 : 농업 지속, 즉 매년 농산물 생산 현황을 보고하고 수확량이 인근 평균대비 20% 이상 감소 시 철거 명령

4) 위 허가조건에 대한 판단과 관리는 기존 지역농업위원회가 수행

초기에는 일시사용허가의 갱신 주기를 3년으로 했으나, 대출의 제약과 관리의 번거로운 문제 등으로 2018년 일시사용허가 기간을 10년으로 연장했다. 현재는 일본 FIT의 판매단가가 kW당 16엔 이하로 떨어져서 태양광발전사업 전체가 위축되어 있어, 영농형태양광도 농업용 전기로 자가소모 방법 등을 모색하고 있다.

시즈오카현 논에 설치된 영농형태양광 전경 [사진=한국영농형태양광협회]

유럽의 영농형태양광 설치현황
독일은 영농형태양광 개념을 처음 주장한 A. Goetzberger 박사가 만든 회사인 독일 프라운호퍼ISE(Fraunhofer ISE)사의 파일럿 시설물로 높이는 8m, 진입가능 높이는 5m인 구조물로 여러 밭작물 수확 실증을 하고 있다. 그 시설물은 한국의 것과 비교해 견고하고, 차광률이 낮은 특징이 있다. Fraunhofer ISE사는 영농형태양광에 알맞은 작물을 3개 분류로 나누어 정리했는데, 수확량이 증가하는 작물군이 있다는 점이 흥미롭지만 더 검증을 해야 할 부분이다.

프랑스, 이탈리아에서는 프랑스는 온실(Green House)를 베이스로 설치하는 사례가 많으며, 포도 등에 적용한 사례가 있다. 중국도 다수의 영농형태양광 설치 사례가 있는데 정부의 태양광발전소를 가난지역에 설치하는 과정에서 영농형태양광이 일부 도입되었으나 2018년 태양광발전에 대한 보조금이 축소되어 현재는 설치가 되지 않고 있다. 대만은 영농형태양광에 대한 관심이 높아서 도입을 검토하고 있다.

영농형태양광의 향후 과제

영농형태양광의 필수 조건
영농형태양광의 필수 조건은 크게 두 개로 나눌 수 있다. 첫째는 농업이 가능해야 한다는 것이며, 둘째는 태양광발전소로서의 기능을 하는 것이다. 특히 영농형태양광과 일반태양광의 다른 점이 하부 농지에서의 일반작물 재배의 가능 유무이므로, 영농형태양광은 병행 농업의 가능성이 태양광발전소의 기능보다 우선해야 한다.

농업이 가능하기 위해서 고려해야 할 조건

감수율
태양광발전소가 상부에 설치된 농지에서는 그로 인한 영향으로 대부분의 작물에서 수확량 감소가 발생한다. 따라서 어느 정도 수확량 감소까지를 인정할 것이냐고 하는 것이 영농형태양광과 일반태양광을 구별하는 가장 중요한 기준이 된다. 2004년부터 영농형 태양광을 도입하고 있는 일본의 경우, 농용지구역에 설치할 수 있는 영농형태양광의 경우, 감수율을 인근 작물 평균 대비 20% 이하로 정하고 관리하고 있다. 감수율에 가장 큰 영향을 미치는 것은 태양광패널 및 구조물 설치에 따른 농지의 일조량 부족과 낙숫물에 의한 작물 피해이다.

치바현의 밭에 설치된 영농형태양광 전경 [사진=한국영농형태양광협회]

광포화점
식물은 광합성을 하며 각각 다른 광포화점을 갖는다. 광포화점은 일조량이 증가해도 광합성량이 증가하지 않는 점으로 정의된다. 일반적으로 광포화점이 높은 식물이 더 많은 일조량을 필요로 한다. 따라서 영농형 태양광에 적합한 작물을 선정할 때에 광포화점을 중요한 요소로 반드시 고려해야 한다. 그러나 광포화점이 다른 작물별로 태양광발전소를 설계해 설치하는 것은 향후 일반적인 농업을 하는 데에 있어서 제약요건이 될 수 있으므로 범용 표준적인 기준으로 설치하고 여기에 적합한 또는 적합하지 않은 작물을 선정하는 것이 더 현실적일 것으로 사료된다.

차광률
차광률이란 영농형태양광발전소에서 각종 부품 및 자재에 의해 발생되는 음영의 비율로 정의한다.

차광률 = 설치한 태양광패널의 면적 ÷ 설치면적

영농형태양광 설계 및 설치 시의 간단한 기준을 마련하기 위해 일조량 보다는 차광률을 기준으로 일본에서 사용하고 있다. 또한 음영의 대상부품을 태양광패널로 한정한 이유는 설계에 따라 자재의 종류가 워낙 다양하고, 수평과 수직으로 배치되는 등 계산 변수가 너무 복잡해지기 때문이다. 일본에서는 일반적인 양지식물 기준으로 차광률 33%를 넘지 않는 것을 권장하고 있다.

영농형태양광에 최적 태양광패널 [자료=한국영농형태양광협회]

패널의 크기와 배치 방식
영농형태양광에 사용되는 태양광패널은 농지의 일조량 증대와 낙숫물 피해감소를 위해서 일반형태양광 패널보다 폭이 좁은 패널을 많이 사용하고 있다. 일반적인 태양광발전소에 많이 사용되는 72셀 타입보다는 하프 사이즈인 36셀 타입이 영농형태양광에 더 많이 사용되며, 일본에서는 폭이 2셀인 24셀 등도 많이 사용된다. 소형 패널을 사용하는 경우, 패널의 조달이 원활하지 않고 시공비도 상승하지만 영농형태양광은 농업을 우선시해 발전소를 설치해야 하므로, 소형 패널을 우선적으로 검토하는 것이 좋다. 같은 차광률이라 하더라도 크기가 작은 소형패널을 사용하는 것이 하부 공간에 일조량을 증가시키고, 낙숫물 피해를 감소시킨다. 따라서 같은 논리로 패널을 연이어 여러 장을 설치하는 것보다는 한 개씩 분산 배치하는 것이 일조량 증대와 낙숫물 피해감소에 훨씬 유리하며 풍압의 영향도 감소시킬 수 있다.

낙수에 의한 영향
낙숫물의 영향은 감자 재배처럼 일조량의 영향이 동일한 영역에서 패널로부터 낙숫물이 떨어지는 곳에 위치한 감자열과 그렇지 않은 감자열의 생장의 차이가 관찰된다. 패널 배열과 직각으로 고랑을 설치하는 경우 고랑이 패이는 현상도 발생된다. 낙숫물의 영향을 받은 감자는 비상품성이 증가한다. 따라서 낙숫물의 영향을 최소화하기 위해서는 폭이 좁은 패널을 사용하고, 패널 각도조절장치를 부착해 낙숫물의 영향을 최소화하는 등 농업에 적합한 환경을 만들어 주어야 하며, 이 장치는 태풍, 폭설 등에 대비하고, 자연재해로 인한 일조량 부족 시 일조량을 증대시키기 위해서도 필요하다.

작물과 농지의 오염
태양광발전소는 설치 후 20년 이상을 유지하는 것이 보통이고, 영농형태양광은 농업을 병행하므로 만일 영농형태양광 발전소 설치로 인해서 농지가 오염된다면 그곳에서 생산되는 작물도 오염이 될 것이므로 일반태양광 발전소보다는 강화된 기준을 가져가야 한다.

농기계 작업이 가능한 설계
트랙터, 이앙기, 콤바인 등이 충분히 작업할 수 있는 기둥간격, 기초시설, 높이 등을 감안해야 한다.

우리가 살고 있는 환경의 지속가능성을 확보하는 것은 현재의 우리만이 아닌 미래의 후손들에게도 필수적인 조건이다. 이를 위해서 우리는 순환과 재생의 개념으로 환경을 유지할 필요가 있다. 농업과 에너지는 우리의 환경에 중요한 요소이므로 농업의 지속성 확보와 재생에너지 확산은 우리가 해야 할 의무이다. 이를 달성하기 위한 좋은 방안이 영농형태양광이므로 우리 사회가 관심을 가지기를 바란다.

[이주야 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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