• 한국농림기상학회지
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• 제23권3호
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• pp.141-148
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• 2021

솔라 쉐어링이라고도 불리는 영농형 태양광은 작물의 광포화점 이상의 태양광을 솔라 패널을 이용한 발전에 활용하는 개념으로, 잉여 태양광 차단에 따른 지면에 입사하는 태양복사 에너지의 감소로 인한 증발산량 감소와 함께 지면 냉각 효과로 메탄 배출량도 줄이는 효과를 가져올 수 있어 기후 스마트 농업을 구현할 수 있는 기술로 기대되고 있다. 본 연구에서는 파주 영농형 태양광 시설 하부 및 외부 논에 상/하향 장/단파 복사, 기온, 습도, 지온, 수온, 풍향, 풍속 등을 관측하는 자동기상관측장비를 설치하여 시설 하부와 외부의 농업환경을 관측하고 비교함으로써, 영농형 태양광이 농가에 태양광 발전을 통한 부가적인 수입을 안기면서 재배 시 발생하는 물 소비와 메탄 배출을 줄이는 기후 스마트 농업 실현에 적합한지 그 가능성을 확인해 보았다. 관측 기간 동안 영농형 태양광 시설 하부의 평균 일사량은 노지 일사량의 약 70% 정도였으며, 영농형 태양광 시설 하부 논과 노지 논에서 기온의 차이는 거의 없었지만 지온과 수온은 명확한 차이가 확인되었다. 실제로 이러한 환경의 차이가 물 소비량 및 온실가스 배출량 감소로 이어지는지 플럭스 실측을 통한 확인이 요구된다.

• 한국초지조사료학회지
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• 제41권1호
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• pp.1-9
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• 2021

본 연구는 전남 강진군에 위치한 전라남도농업기술원 축산연구소 시험포장에서 영농형 태양광 시스템의 하부에서 재배되는 동계 및 하계 사료작물의 생육 분석을 위해 2년간 수행하였다. 동계작물은 IRG와 청보리, 하계작물은 옥수수와 수수×수단그라스 교잡종을 대상으로 하였다. 공통적으로 동계 사료작물의 입모율과 월동 전·후 초장이 태양전지모듈 하부 조건에서 높았고, 출수기는 하루 이상 늦었으며, 도복은 더 발생되었다. 또한 조단백질 값이 노지 재배 작물보다 높았고, 건물 수량은 2018년의 경우 IRG는 ha당 16,915kg으로 노지의 16,750kg보다 조금 많았으며, 청보리는 반대로 조금 적었다. 2019년에는 IRG가 ha당 12,062kg로 노지보다 5.4% 적었고, 청보리는 12,195kg로 노지보다 11.5% 적었다. 하계 사료작물은 태양전지모듈 하부 조건에서 출수기가 노지보다 하루 이상 늦었고, 초장은 같거나 작았으며, 도복이 더 발생되었다. 2019년 옥수수의 건물 수량은 ha당 13,133kg으로 노지 조건보다 17%가 적었고, 수수×수단그라스 교잡종은 건물 수량이 12,450kg으로 노지의 82.5% 수준이었다. 2020년 옥수수의 건물 수량은 태양전지모듈 하부 조건에서 8,033kg으로 노지보다 7.9% 적었고, 수수×수단그라스 교잡종은 ha당 5,651kg으로 노지보다 11.4% 적었다. 결과를 종합하면 태양전지모듈 시설물 아래의 차광된 조건에서 작물을 재배하면 생산성이 떨어지고, 하계작물이 동계작물보다 영향을 더 많이 받는다. 수량 감소율은 최대 18%를 넘지 않아 사료작물인 IRG, 청보리, 옥수수, 수수×수단그라스 교잡종 모두 태양광 발전과 병행하여 재배할 수 있는 작목으로 사료되나, IRG와 옥수수가 수량적으로 더 유리하다고 판단된다. 또한 작물의 차광 영향뿐만 아니라 수확 작업 시 태양광 시설물 점유 면적에 의한 수량 감소도 고려해야 한다.

• 한국농공학회논문집
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• 제64권2호
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• pp.1-13
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• 2022

Agrivoltaic facility is the composite system that the solar panel is installed above the farmland, and it enables crop and electricity production simultaneously. Solar panels of the agrivoltaic facilities can block and reduce the amount of solar irradiance arriving at the farmland, but it can help the crop growth by preventing excessive solar irradiance. Therefore, to clarify how the agrivoltaic facilities affect the crop growth, precise solar irradiance distribution under the solar panel should be modeled. In this study, PAR (photosynthetically active radiation), radiation from 400 to 700 nm, which crops usually use to grow, was extracted from the total irradiance and its distribution model under various conditions was developed. Monthly irradiance distributions varied because the elevation of the sun was changed over time, which made the position changed that the local maximum and minimum irradiance appear. The higher panel height did not cause any significant difference in the amount of irradiance reaching below the solar panel, but its distribution became more uniform. Furthermore, the panel angles with the most irradiance arriving below the solar panel were different by month, but its difference was up to 2%p between the irradiance with 30° angle which is usually recommended in Korea. Finally, the interval between panels was adjusted; when the ratio of the length of the panel to the empty space was 1:2, the irradiance of 0.719 times was reached compared to when there was no panel, 0.579 times for 1:1 and 0.442 times for 2:1.

• 한국농공학회논문집
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• 제64권4호
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• pp.21-30
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• 2022

Renewable energy systems aim to achieve carbon neutrality and replace fossil fuels. Photovoltaic technologies are the most widely used renewable energy. However, they require a large operating area, thereby decreasing available farmland. Accordingly, agrivoltaic systems (AVSs)-innovative smart farm technologies that utilize solar energy for crop growth and electricity production-are attracting attention. Although several empirical studies on these systems have been conducted, comprehensive research on their design is lacking, and no standard model suitable for South Korea has been developed. Therefore, this study created an integral design of AVS reflecting domestic crop cultivation conditions and conducted a structural analysis for safety assessment. The shading ratio, planting distance, and agricultural machinery work of the system were determined. In addition, national construction standards were applied to evaluate their structural safety using a finite element analysis. Through this, the safety of this system was ensured, and structural considerations were put forward. It is expected that the AVS model will allow for a stable utilization of renewable energy and smart farm technologies in rural areas.

• 생물환경조절학회지
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• 제31권4호
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• pp.356-365
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• 2022

영농형 태양광 발전은 농경지에서 작물을 생산함과 동시에 식물이 요구하는 광포화점 이상의 광을 이용하여 전기를 생산하는 시스템이다. 새로운 농가 소득원의 개발을 위하여 포도원에 태양광 패널을 설치하고 수체의 생육과 과실 발육 특성을 평가하여 영농형 태양광의 활용성을 탐색하고 향후 재배기술을 개발하는 데 필요한 정보를 제공하고자 연구를 진행하였다. 152 × 68 × 3.5cm 크기의 구조물에 영농형 150Wp (36cell) 모듈을 포도나무 재식열에 따라 배치하고, 과원의 환경과 식물생육을 분석하였다. 무처리에는 겨울철 풍속이 0.4-0.6m·s^-1에 도달하였으나, 시설 설치구에서는 0.01-0.02m·s^-1에 머물렀다. 삽수 수피의 탄수화물함량은 시설 설치구에서 183-184m·g^-1으로 무처리구(181-198mg·g^-1)에 비해 큰 차이가 없으며 삽수의 발아율도 큰 차이가 없었다. 잎의 엽록소의 함량은 처리구에서 높게 나타났다. 수확후 과실의 특성으로는 과립중, 과방중, 당도, 과피색의 차이는 없었다. 다만 시설구에서 숙기가 5-7일정도 늦어졌으며, 변색기의 착색에는 약간 차이가 있었다. 영농형 태양광 패널을 설치한 과원에서 포도나무와 과실의 발육은 유의차가 없었고, 설치구에서 착색이 지연되었다. 이러한 결과는 향후 포도원에서 영농형 태양광 시설을 설치하여 포도를 생산하는 기술 개발에 필요한 정보로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.120-120
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• 2022

Agrivoltaic System (AVS) was introduced with the concept that it could generate electricity by using the extra light remain after crops use for photosynthesis in farm, which can earn additional income. However, crop yield was declined under the AVS condition due to the decrease in light energy. In the past, many researchers have been studied about crop states under shading conditions. However, the phenomenon of partial shading such as under the AVS is not well studied. In this study, to figure out the response of crop under the different light conditions, the electron transport rate (ETR) and non-photochemical quenching (NPQ) of rice was investigated using the chlorophyll fluorescence measurement. Also, physiological changes of crops under the shading conditions were investigated. The growth experiment under partial shading under AVS and overall shading which made of 35% shade cloth was conducted to understand the eco-physiological responses of rice to light in terms of the photosynthesis. Under the shading conditions, SPAD value and chlorophyll contents were higher, but the leaf thickness was lower than control. The overall shading condition show lower ETR than others during the growing season. In contrast, NPQ was higher than other treatments. This means the available light energy cannot contribute to photosynthesis under the shading condition.

• 한국농림기상학회지
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• 제25권3호
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• pp.218-225
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• 2023

영농형 태양광 시스템은 노지 작물 경작과 동일한 토지 상부에 설치된 태양광 패널을 통한 발전을 동시에 하는 시스템이다. 지금까지 영농형 태양광은 에너지와 식량의 양자구도로만 집중되어있다. 영농환경 중 하나인 토양수분은 강우 또는 관개수로 증발 및 유출⋅침투로 손실된 수분을 공급받아 노지 작물 생산에 기여한다. 본 연구는 식량, 에너지와 함께 물의 개념을 포함하여 영농형 태양광 시설을 보고자 하였으며, 미기상 관측을 통해 봄 기간 동안 휴경논에서 영농형 태양광 시설 하부의 토양수분과 지온의 변화를 분석하였다. 영농형 태양광 하부는 패널로 인한 부분차광 조건으로 지면에 입사되는 광 에너지량이 감소하여 지온이 낮아질 뿐만 아니라 토양수분 손실이 적어 대조구인 노지에 비해 습윤한 조건을 보인다. 또한, 태양광 하부는 에너지 제한 환경이며, 상대적으로 지온이 높은 노지는 수분 제한 환경으로 설명된다. 노지와 태양광 하부의 상이한 토양수분 환경은 필연적으로 작물에 영향을 미칠 것이며, 농업 환경과 농촌 경제를 고려한 지속가능한 대처가 필요하겠다.

• 한국농림기상학회지
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• 제23권2호
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• pp.100-107
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• 2021

영농형 태양광은 동일 토지면적에서 태양광 패널에 의한 발전과 작물 경작을 융합한 시스템이다. 광 에너지가 부족한 영농형 태양광 하부에서 작물의 수확량이 감소하는 것은 필연적이나, 이를 관장하는 패널 하부에서 생육한 작물의 광합성 반응에 대해서는 국내외적으로 거의 알려진 바가 없다. 본 연구는 고정형 영농형 태양광 시설 하부에서 재배된 작물 잎에 흡수된 광에너지가 광합성 반응 중심에 전달되고 열로 방출되는 효율을 엽록소 형광 관측을 통해 조사하였다. 패널 하부와 노지의 콩과 벼는 ETR에서 큰 차이가 없는 것으로 보아 광인산화 효율보다는 잎이 흡수한 광 에너지에 따라 CO₂ 고정량이 결정되는 것으로 보인다. 또한, 패널 하부의 콩과 벼는 노지보다 NPQ가 더 높은 것으로 보아 활성화된 광보호기작이 광인산화로의 에너지 분배에 부정적 역할을 할 수 있을 것으로 보인다. 향후 영농형 태양광에서의 작물 생산량과 광합성의 관계를 이해하기 위해 보다 다양한 기후 및 재배조건에서의 광합성 반응을 조사할 필요가 있겠다.

• 한국농림기상학회지
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• 제23권3호
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• pp.163-168
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• 2021

광은 식물 광합성에 반드시 요구되는 에너지이다. 차광의 종류를 전면차광과 부분차광으로 구분하고, 각각의 차광 조건에서 생육한 콩의 엽록소 형광을 관측하여 광합성능을 평가하였다. 전면차광에서는 SPAD값으로 대표되는 엽록소 농도와 광이용효율을 표현하는 ETR (Electron Transport Rate)이 크게 낮아졌다. 차광 박스 제거 후에 SPAD와 ETR 모두 대조구와 같은 정도가 되었으나, 열 소산 기작을 나타내는 NPQ (Non-Photochemical fluorescence Quenching)는 높아졌다. 이렇게 전면차광을 겪었던 콩의 광이용효율은 회복했지만, 높아진 NPQ가 광인산화 효율을 떨어뜨리므로 실제 노지 광합성량은 필연적으로 낮아질 것이다. 부분 차광에서도 SPAD와 ETR이 대조구와 큰 차이를 보이지 않았으나, NPQ는 높은 모습을 보였다. 따라서, 도시 농업 또는 영농형 태양광과 같은 부분차광 조건의 광합 성량은 단순히 작물의 광이용효율과 누적 광 에너지량으로 계산한 추정값보다 작을 것으로 예상된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제25권1호
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• pp.28-36
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• 2023

일사량은 작물 생산성 평가를 위한 작물 생육 모델의 주요 입력 변수 중 하나로 사용되지만 관측이 어려워 다른 기상 변수들에 비해 관측값의 확보가 어렵다. 천리안 2A호와 히마와리 8호 위성 일사량 자료가 제공되기 시작하면서, 작물 생육과 태양광 발전을 결합한 영농형 태양광 시설 하에서의 작물 생산성 평가를 위한 일사량 자료를 확보하기 용이해졌다. 본 연구의 목적은 이들 인공위성 일사량 자료의 신뢰도를 비교하는 것이다. 이를 위해 2020년 5월부터 10월까지 인공위성 일사량 자료를 수집하여 일별 일사량의 평균 제곱근 편차(RMSE)와 정규 평균 제곱근 편차(NRMSE)를 계산하였다. 인공위성 일사량 자료가 작물 생육 모의 결과의 신뢰도에 미치는 영향을 파악하기 위해 연구기간 동안의 일사량 누적값을 비교하였다. 본 연구의 결과 히마와리 8호 일사량 자료가 천리안 2A호 일사량 자료보다 RMSE와 NRMSE가 작은 것으로 나타났다. 누적 일사량을 비교한 결과에서도 히마와리 8호 일사량 자료 누적값이 천리안 2A호 일사량 자료 누적값보다 오차가 작았다. 본 연구의 결과는 작물 생산성 평가에 히마와리 8호 일사량 자료를 사용하는 것이 천리안 2A호 일사량 자료를 사용하는 것보다 불확도를 줄일 수 있다는 것을 시사한다. 후속 연구에서 히마와리 8호 일사량 자료를 사용한 영농형 태양광 시설 하에서의 작물 생산성 및 태양광 발전량에 대한 분석이 이루어져야 할 것이다.