차세대 온실, 태양광 발전이 대세다!

유제린 기자 / 기사승인 : 2020-02-15 14:54:34
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美 연구진, 빛 스펙트럼 조정 통해 식물 사용 않는 빛 파장 주로 이용
‘시스루’ 태양전지판 사용, 온실 “에너지 중립” 가능성 시사

▲ 셔터스톡 제공.

 

최근 미국 ‘노스캐롤라이나주립대학교’(North Carolina State University) 공학, 식물생물학 그리고 물리학 공동 연구진이 태양에너지를 얻을 수 있는 소위 속이 다 비치는 시스루(see-through) 태양전지판을 사용, 온실의 에너지 중립 가능성을 제시해 화제다.

또한 이번에 제안된 태양전지판은 주로 식물이 광합성에 사용하지 않는 빛 파장을 이용하는 것으로 알려져 전세계 광학(光學) 연구자들 사이에 뜨거운 관심을 불러일으키고 있다.

연구에 참여한 ‘노스캐롤라이나주립대학교’ 브렌던 오코너 기계항공공학과 부교수는 “식물은 광합성을 위해 특정 파장의 빛만을 사용하기 때문에 식물 이 사용하지 않는 빛으로 태양광발전을 하는 온실을 만드는 것이 이번 연 구의 목표였다”고 말했다.

이어 그는 "빛 스펙트럼 조정을 통해 식물이 사용하지 않는 빛 파장을 주로 이용하는 유기 태양전지판을 사용했지만 파장을 선별하는 반투명 유기 태 양전지판으로 온실이 얼마나 많은 태양에너지를 포획할 수 있을지는 확실 하지 않았다"고 덧붙였다.

이 궁금증을 해결하기 위해 연구진은, 온실 지붕에 설치된 반투명 유기 태양 전지판이 얼마나 많은 태양광에너지를 생산할 수 있는지 그리고 온실 설비 를 효과적으로 작동시키는데 필요한 양만큼 충분한 에너지를 생산해 낼 수 있을지를 추정하기 위해 컴퓨터 계산모델을 사용했으며, 이 계산모델은 애 리조나 주, 노스캐롤라이나 주, 위스콘신 주의 토마토 재배 온실 에너지 사 용을 추산하기 위해 개발된 것으로 전해졌다.

오코너 부교수는 "온실은 냉난방을 위해 에너지를 많이 사용하기 때문에 토 마토 성장을 위한 최적의 온도 범위를 유지하는 데 필요한 에너지 부하를 계산하는 데 주력했다"며 "태양전지판을 애리조나 주, 노스캐롤라이나 주, 위 스콘신 주에 있는 온실 지붕에 설치할 때 각 개별 주(州)에서 생산될 수 있 는 태양광에너지의 양도 함께 계산했다"고 설명했다.

최종 결과로 연구진은, 아리조나 주의 온실에서는 광합성을 위해 필요로 되 는 빛 파장의 10%만 차단하면서도 외부 전원이 필요 없는 에너지 중립을 달성할 수 있었다며 식물 재배자들이 더 적은 빛만 있어도 재배에 지장이 없다고 판단한다면 실제 온실 설비운영에 필요한 에너지보다 두 배나 더 많 은 태양광에너지를 생산할 수 있을 것으로 내다봤다.

한편, 노스캐롤라이나 주에서는 광합성을 위해 필요로 되는 빛 파장의 20% 가 차단됐고 겨울에 온실을 따뜻하게 유지하는 데 너무 많은 에너지를 소 모하는 위스콘신 주에서는 반투명 태양전지판을 사용해서는 에너지 중립을 이룰 수 없었지만 태양전지판이 온실 설비운영 에너지 수요를 46%까지 충 족시킬 수 있었다고 연구진은 전했다.

오코너 부교수는 "이번에는 온실용 태양광발전 기술 적용이 토마토와 같이 작은 작물재배에만 국한되었지만 기술이 계속 발전하고 있기 때문에 그 적 용이 다른 작물재배에 있어서도 무시할 수 없을 것으로 전망된다”며 “앞으로 빠른 미래에 이 기술은 작물재배자들에게 재정적으로도 수지타산이 맞을 것 으로 생각한다"고 말했다. 

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