미래 산업형 식물공장과 LED 기술(4)

미래 산업형 식물공장과 LED 기술

 

 

<편집자 주>
북부 유럽의 일부 국가에서 부족한 일조량을 보충하기 위하여 시작된 식물공장은 통제된 시설 내 빛, 공기, 열, 양분 등 생물의 생육환경을 인공적으로 제어해 공산품처럼 계획 생산이 가능한 농업 형태로, 이미 일본과 유럽, 미국 등 선진국에서는 연구가 활발하다. 이러한 식물공장은 기후와 지역에 관계없이 농산물을 재배할 수 있는 점 이외에도 이산화탄소 발생량을 30% 정도 줄일 수 있는 장점이 있고, 농업용 로봇, LED 등 인공광, 생산 자동화 시스템 등 농업 기술을 IT, BT, RT 분야와 연계하여 농업, 공업 나아가 서비스업 등의 협력까지 도모할 수 있는 신성장 산업의 동력이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

 

----- 목차 -----
1. 식물공장이란 무엇인가?
2. 왜 식물공장인가
3. 식물공장의 기술적 현황과 전망
4. 왜 LED이어야 하는가
5. 빛의 스펙트럼
6. 빛의 세기
7. LED에서 방사되는 빛의 특성
8. LED를 가장 적절하게 사용하는 방법
9. 설치 후 시험측정
10. 식물공장의 국제적 위치
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4. 왜 LED이어야 하는가

현재까지 인공광을 이용한 식물의 재배방법에는 형광등이 주로 사용되어 왔다. 형광등의 광변환 효율은 통칭 20% 정도라고 알려져 왔고, 다른 광원(예를 들어 백열등은 8%)에 비해 높은 편이기 때문이다.

그러나 LED의 광 변환효율은 대략 25~30%정도로, 형광등보다는 높아 같은 광량을 발산하면 형광등보다 열이 덜 난다.

실제 시험에서도, 형광등(18W)에서의 외부 접촉온도는 110℃였으나, LED(1W급 13개가 장착된 LED Bar)에서의 접촉온도는 35℃였다. 이 말은, LED 광원이 더 재배식물에 가까이 둘 수 있다는 이야기다.

빛의 세기는 광원과의 거리의 제곱에 반비례한다. 즉 광원과 식물 사이의 거리가 두 배 멀어지면 빛은 4분지 1로 약해지는데, 형광등은 열이 많이 나므로 재배식물에서 어느 정도의 거리를 띄워 높은 곳에 설치해야 하는데, 이 때문에 그만큼 빛이 약해질 수밖에 없다는 결론이 된다. 인공광에 의한 식물재배에서는 한 다발의 빛도 아껴 사용해야 하므로, 여기서는 큰 문제가 된다.

KAST가 시행한 직접 재배시험에서도 LED는 형광등을 이용한 비교시험에서 훨씬 우수함을 보여 주었다.

(사진1)은 가로, 세로 각 105㎝, 50㎝의 재배상 두 곳에, 한 곳에는 LED만을 이용해 식물을 재배하는 장면이고, (사진2)는 이와 비교시험하기 위해 형광등만을 사용해 식물을 재배하는 사진이다(2010년 2월 4일 재배상에 정식한 후 3월 2일 촬영).

두 곳 모두 동일한 조건으로 각 재배상의 왼쪽에는 청경채, 가운데 적겨자, 오른쪽에 적치마상추를 각 3분지 1씩, 동일한 날 정식한 후 추적조사를 한 결과이다.

 

(사진1) LED조명만을 이용해 식물을 키우는 장면이다. 여기에서는 1W급 LED 13개가 달린 LED바(막대모양) 4개를 조명용으로 사용했으므로 총 LED의 사용개수는 52개가 되고, 광원과 식물재배상의 바닥까지의 거리는 30㎝이다. 그리고 여기서 소모되는 전력량은 전원회로의 손실 약 30%를 포함, 약 70W였다.

 

(사진2) 형광등만으로 채소를 키우는 장면이다. 여기에는 37W급 형광등 2개가 사용되고 있고, 소비되는 전력은 85W이다. 사진에서 보듯 성장속도도 (사진1)에 비해 느리고, 웃자란 모습이 보인다. 특히 오른쪽 부분의 적치마상추가 붉은 색을 띄지 않고 초록색으로 그대로 있어 힘이 없어 보인다. 여기서 LED 재배상에서의 소모전력은 형광등 쪽에 비해 82%로 적으나 성장상태는 눈으로 봐도 훨씬 우세함을 알 수 있다.

한편 다른 곳에서의 비교시험결과도 형광등보다는 LED가 우수함을 보여주었다.

(사진3)은 가로, 세로 각 25㎝, 45㎝의 재배상에서의 LED와 형광등의 비교시험결과로 LED만으로 식물을 재배하는 모습이다. 여기 사용된 식물은 적치마상추로, (사진3)은 LED, (사진4)는 형광등만으로 식물을 시험 재배하는 모습이다.

 

(사진3)에서는 LED 7개가 직렬로 이어진 바 2개가 사용되어 LED가 모두 14개 사용되었고, 여기서 소모되는 전력량은 전원부의 손실을 포함, 24W이다.

 

한편 (사진4)에서는 18W 형광등 2개가 사용되었고, 전력소모량은 41W이었다(실제 측정해 본 결과에 의하면 형광등에서의 공칭 사용전력 표시에 비해 실제 전기소모량은 약 5~10% 더 많다.).

즉 형광등을 사용하는 경우가 전력소모량으로 볼 때, LED를 사용한 곳보다 1.7배 많았으나, 상추의 성장상태는 LED쪽이 더 우세했다.

 

(주)카스트친환경농업기술 www.sunnyfield.co.kr

 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 미래 산업형 식물공장과 LED 기술(4)