퍼듀 대학의 연구진은농업용 태양광 시스템 작물 생산에 미치는 영향을 최소화하면서 에너지 생산을 늘리고 탄소 배출을 줄일 수 있는 잠재력이 있습니다.
연구 논문 "농경지에서의 태양광 발전의 실행 가능성: PV가 식량 대 연료 논쟁을 해결할 수 있을까?"에서 사용 가능클리너 생산 저널연구팀은 미국 중서부 지역의 옥수수 농경지를 특징으로 하는 5가지 시나리오를 분석했습니다.
첫 번째는 전체 지역에 옥수수를 재배하는 기준 시나리오입니다. 두 번째는 옥수수 작물을 대체하여 지역의 25%에 설치된 전통적인 태양열 시스템을 특징으로 합니다. 나머지 세 가지 시나리오는 옥수수가 그 아래에서 재배되는 농업용 태양광을 특징으로 하며, 약 5.5%의 토지가 태양열 구조물로 점유되어 작물 재배에 사용할 수 없습니다. 세 번째 시스템에서는 전체 태양열 패널 밀도를 사용하고, 네 번째와 다섯 번째 시스템에서는 절반과 1/4 패널 밀도를 사용합니다.
연구자들은 이 다섯 가지 시스템을 네 가지 측정 기준에 따라 비교했습니다. 첫째, 식량이나 가축 사료로 사용하기 위한 옥수수 생산, 둘째, 바이오에탄올이나 전기 형태의 에너지 생산, 셋째, 온실 가스 배출 감소, 넷째, 농부의 수익성입니다.
기준 시스템에서 가장 높은 식량/사료 생산이 달성되었습니다. 두 번째 시스템에서는 식량/사료로서의 옥수수 양이 이용 가능한 토지의 감소에 비례하여 25% 감소했습니다. 농업용 태양광 시스템의 산출량은 음영 처리된 경계에 따라 달랐으며, 기준 시스템과 비교했을 때 4분의 1 태양광 패널 밀도 시스템에서 식량/사료로 이용 가능한 옥수수가 11% 감소했습니다.
기준 시스템과 비교했을 때, 전통적인 태양광 시스템과 4분의 1 밀도 농업 태양광 시스템은 최종 사용 에너지 생산을 2MWh/ha/년 미만에서 약 140MWh/ha/년으로 높였습니다. 반밀도 농업 태양광 시스템은 에너지 생산을 약 280MWh/ha/년으로 높였고, 전밀도 농업 태양광 시스템은 에너지 생산을 약 560MW/ha/년으로 높였습니다.
연구자들은 또한 에탄올이 시스템 2~5에서 총 에너지 생산에 최소한의 영향을 미치는 것을 발견했습니다. "따라서 옥수수 생산의 낮은 음영 처리된 수확량과 높은 음영 처리된 수확량 경계를 고려할 때 전체 에너지 출력에 유의미한 차이는 없었습니다."라고 팀은 말했습니다.
온실 가스 감축량을 계산할 때, 에너지원으로 에탄올만을 사용한 기준 시스템은 헥타르당 2톤 CO2-eq 미만의 감소를 보였습니다. 다른 시스템은 헥타르당 수백 톤 CO2-eq의 배출량을 감소시켰고, 각 시스템의 양은 "전체 처리 구역에 통합된 태양광 패널 수와 유사한 추세를 보였습니다."
기존의 태양광 시스템과 1/4 밀도의 농업용 태양광 시스템은 실제로 동일한 에너지 생산과 온실 가스 감축 효과를 보였지만, 연구 논문에서는 농업용 태양광 시스템이 작물 성장이 더 빠르고 패널 간격을 넓혀 그늘이 최소화되었기 때문에 옥수수 수확량이 더 높을 것으로 예측했습니다.
보고서의 결론에서 연구자들은 농업용 태양광이 "에너지 생산, 온실 가스 배출, 식량 생산, 농장 수익성 간의 현재 상충을 완화하는 실행 가능한 전략을 제공할 수 있다"고 말했습니다.
연구진은 "우리의 분석에 따르면 태양광 시스템과 농업용 태양광 모두 기준선에 비해 헥타르당 에너지 생산량을 크게 늘릴 수 있는 것으로 나타났습니다. 기준선에서는 옥수수의 약 27%가 에탄올 생산에 사용됩니다."라고 밝혔습니다.
연구자들은 또한 농업용 태양광 발전의 배치가 높은 자본 비용의 영향을 받을 수 있지만, 특히 작물 가격이 매우 불안정할 때 정책 지원을 통해 이러한 장벽을 극복할 수 있다고 설명합니다. 그들은 기술이 발전함에 따라 관련 비용이 감소할 것이라고 말하지만, 이해 관계자의 요구 사항을 더 잘 이해하고 시스템 출력을 극대화하면서 비용을 낮추기 위한 엔지니어링을 개선하기 위해 더 많은 작업이 필요하다고 경고합니다.
"농경지에 태양광을 통합하면 재생 에너지 생산과 온실 가스 배출 감소에 더 큰 잠재력이 있습니다." 논문에서 이렇게 말합니다. "저희의 계산에 따르면 에탄올 수요가 없다면 태양광 패널을 통합하더라도 식량 및 가축 사료 자원으로 이용할 수 있는 옥수수의 양은 에탄올 수요와 태양광 통합이 없는 조건에서 이용할 수 있는 양에 비해 실제로 증가할 수 있습니다. 이러한 관점에서 농업용 태양광 기술은 식량 대 연료 논쟁에 실행 가능한 솔루션을 제공하여 식량/사료 자원인 옥수수에 미치는 영향을 최소화하면서 대량의 에너지를 생산할 수 있습니다."
