2014 한국전기산업대전

Seoul International Electric Fair 2014

■  2014. 9. 23~26 / KINTEX(5Hall)

■  주최 : 산업통상자원부

■  담당자 : 우병혁

■  TEL : 070-4825-1115  ■  FAX : 02-581-8605

■  Website : www.sief.co.kr  ■  E-mail : sief@koema.or.kr

■  전시품목 : 송배전, 발전, 원자력, 철도전력, LED, 에너지저장장치, 전기응용기기, 마이크로 그리드 및 스마트그리드 등  전력기자재

31억 세종청사 LED 조명 구축사업 솔라루체 수주

때 이른 더위만큼이나 후끈했던 정부세종청사 LED 조명시스템 구축사업 수주전에서 조달시장 1위 기업인 솔라루체가 2년 연속 웃었다. 

국내 LED 조명 선두기업 솔라루체(대표 김용일, www.solarluce.com)는 안전행정부가 발주한 세종시 정부청사 3단계 관급자재(LED 조명시스템) 구축사업에서 전 구역에 대한 우선협상대상자로 선정됐다고 밝혔다. 

이번 정부세종청사 LED 조명시스템 구축사업에는 인크룩스, 엘티스, 미미라이팅, 블루싸이언스 등 쟁쟁한 LED 조명 기업들이 뛰어들어 수주에 총력을 기울였지만, 솔라루체가 이들을 제치고 3단계 1, 2구역을 수주함으로써 2년 연속 사업을 수행하게 됐다. 

이번 정부세종청사 3단계 LED 시스템조명사업은 지난해 서울시에서 발주한 1~8호선 243개 역사 내 43만 개를 교체하는 ‘서울 지하철 LED 조명 교체 사업’ 이래 최대 규모다. 특히 솔라루체는 지난해 60억 규모의 서울지하철 LED 조명 교체사업(8호선) 또한 수주하며 경쟁력을 과시한 바 있다. 솔라루체는 이번 사업을 통해 지난해 6월 23억9,000만원 규모의 정부세종청사 2단계 2구역 조명시스템사업에 이어 31억원 규모의 3단계 전체 사업인 1, 2구역을 모두 수행하게 된 것이다. 

세종특별자치시에 위치한 정부세종청사의 3단계 구역에는 각각 국민권익위원회와 법제처, 소방방재청과 국세청, K-TV가 입주할 예정이며, 해당 정부세종청사의 사무공간과 복도 등에는 솔라루체의 대표 제품인 ‘엣지(Edge) 평판 조명 시리즈’ 총 1만 3,100개가 설치된다. <출처: 솔라루체> 

삼성전자, LED 광원 라인업 확대 글로벌 시장 공략 

삼성전자가 미국 라스베가스에서 열리는 ‘국제조명박람회(LIGHT FAIR International)’에서 조명용 LED 광원 신제품을 선보이며 글로벌 조명용 LED 시장 공략 강화에 나섰다. 

삼성전자는 이번 박람회에서 ‘스마트 파트너, 최고의 솔루션(Smart Partner, Brilliant Solution)’이라는 주제로 고효율·고연색성 제품과 사용 편의성을 크게 높인 솔루션을 공개해 글로벌 조명업체들로부터 높은 관심을 받았다. 

삼성전자가 공개한 주요 LED 솔루션은 ▲CRI(Color Rendering Index) 90 이상의 고연색성 LED 패키지·모듈, ▲필요 밝기에 따라 쉽고 빠르게 조명기구 구성이 가능한 LED 모듈 ‘M 시리즈’ 등이다. 

인공광원이 표준광원과 얼마나 비슷하게 물체의 색을 표현할 수 있는지를 나타내는 지수. 100에 가까울수록 색이 고루 자연스럽게 보인다. 

삼성전자 LED 사업부 전략마케팅팀 오방원 전무는 “세계 각국의 백열등 사용 규제로 조명용 LED 시장의 큰 성장이 예상된다”며 “삼성전자는 더욱 강화된 조명용 LED 광원 라인업을 바탕으로 글로벌 조명업체에게 차별화된 솔루션을 제공할 것”이라 말했다. 

삼성전자는 기존 CRI(Color Rendering Index) 80 제품 라인업에 연색성 지수를 더욱 향상시킨 CRI 90 이상의 고연색성 LED 제품 라인업을 추가했다. 

조명의 CRI 지수는 조명 빛이 자연 태양광 아래서 보여지는 본래 색감을 얼마나 비슷하게 나타내는지에 대한 수치로, CRI 지수가 자연 태양광(CRI 100)에 가까울 수록 물체 본연의 색상이 더욱 잘 나타나며 소비자들이 느끼는 눈의 피로감 또한 줄어든다. 

일반적으로 CRI 지수가 80 이상의 제품이면 실내등기구로 충분히 사용할 수 있지만 최근에는 더욱 높은 연색성의 제품에 대한 소비자들의 관심이 높아지는 추세다. 

삼성전자는 이러한 트렌드에 맞추어 기존의 COB(Chip on Board) 패키지를 사용한 ‘SLE 시리즈’와 미드파워 LED와 패키지를 사용한 ‘LT-A302’ 등 CRI 90 이상의 고연색성 제품 라인업을 확대했다. 

COB 타입 패키지를 사용한 ‘SLE 시리즈’는 특정 대상을 강조하기 위해 사용되는 스팟 조명에 적합한 고광량 제품이며 ‘LT-A302’는 적은 수의 광원(패키지)만으로도 풍부한 광량과 넓은 광각을 구현할 수 있는 렌즈 부착형 제품(LAM 시리즈)이다. 

삼성전자는 이번 신제품을 통해 최근 미국을 중심으로 증가하고 있는 고연색성 LED 조명에 대한 수요에 적극 대응한다는 전략이다. 

삼성전자는 이번 박람회에서 같은 크기의 기판에 다양한 수의 LED 광원 패키지를 탑재해 원하는 밝기의 조명을 자유롭게 구성할 수 있도록 사용 편의성을 크게 높인 ‘M 시리즈’를 함께 선보였다. 

삼성전자는 뛰어난 색감과 높은 에너지 효율을 구현할 수 있는 LED 광원 기술력과 사용 편의성을 더욱 끌어올린 다양한 제품 라인업을 통해 글로벌 LED 시장 공략에 박차를 가할 계획이다. <출처: 삼성전자>

물방울로 전기 만든다… KETI·서울대 공동 개발

지붕에 떨어지는 빗방울이나 가정 생활용수로 전력을 생산하는 시대가 열릴 전망이다.

전자부품연구원(KETI) 디스플레이융합연구센터와 김연상 서울대 융합과학기술대학원 교수 연구팀은 불규칙한 물방울의 흔들림을 이용해 전력을 만드는 ‘물방울 움직임 능동형 전력 변환 소자’를 개발했다고 밝혔다.

물방울이 전하를 지닌 표면에 접촉할 때 발생하는 전하의 변동을 전기 에너지로 변환, 회수하는 기술이다. 물 한 방울의 움직임으로 최대 0.42mW 전력을 얻을 수 있다. 샤워기로 물을 흘려보낼 경우 발광다이오드(LED) 조명 칩 2~3개를 밝힐 수 있다.

이 기술은 물방울의 상하 움직임을 활용하는 기존 압전 소재 기반 에너지 수확 소자와 달리 흐르는 형태의 움직임도 에너지로 전환할 수 있는 것이 특징이다. 빗방울은 물론이고 가정 생활용수, 수돗물 등을 다양하게 에너지 수확 소자로 활용할 수 있다.

에너지 수확 소자는 유리 원판 위에 유전체층(Dielectric Layer)과 전극을 비롯해 물에 섞이지 않는 성질을 지닌 소수성층(Hydrophobic Layer) 등을 겹쳐서 제작한다. 이 기술은 지난 15일 영국왕립화학회가 발간하는 ‘케미스트리 월드’에 소개됐다.

KETI는 추가 연구개발을 통해 상용화 여부 등을 타진할 계획이다. 아직 구체적인 상용화 시기는 정하지 않았다. 권순형 KETI 책임연구원은 “개발 초기부터 상용화를 연두에 뒀다”며 “에너지 수확량을 늘려나가는 쪽으로 후속 연구를 진행할 것”이라고 말했다. 김연상 서울대 교수는 “우리의 모든 일상생활과 연관된 기술로 창문·지방에 떨어지는 빗방울과 가정에서 버려지는 생활용수에서도 전력을 생산할 수 있다”고 강조했다. 

<출처: 전자부품연구원>

9월 전기에너지 특허 및 시장정보

IT용 LIB, 2013 1Q 중국 출하량 기준 한국을 앞질러

2012년 IT용 LIB의 출하량은 4,911백만 셀로 2011년 4,525백만 셀 대비 8.5% 성장하였다. 2013년은 2012년 대비 4.7% 성장한 5,141백만 셀로 전망되며 2018년에는 7,270백만 셀에 달할 것으로 기대된다.

2013년 1사분기 전 세계 IT용 리튬이차전지 출하량은 전년 동기 대비 1.2% 성장한 1,153백만 셀로 집계되었고, 전 분기인 2012년 4사분기 대비 -7.3% 역 성장한 것으로 분석되었다. Mobile Phone과 Power Tool, Camcorder를 제외한 주요 Application이 전체적으로 감소하였으며, 특히 Notebook의 판매가 15% 이상 감소하여 2012년 SNE리서치가 예상한 1,278백만 셀보다 10% 적은 물량이 출하되었다.

국가별 출하량을 살펴보면 2013년 1분기 중국의 출하량은 462백만 셀로 점유율 40.0%를 차지하여 출하량 417백만 셀로 집계된 한국을 제치고 1위에 올랐다. 2위인 한국은 점유율 36.1%를 차지하였으며, 3위인 일본은 275백만 셀로 23.8%의 점유율을 나타냈다. 한국의 SDI와 LGC가 전 세계 시장 점유율 1, 2위를 유지하고 있으나 중국 IT시장 발전과 더불어 이차전지 산업의 전반적으로 발전하는 결과로 보인다.

중국의 Big 4인 ATL, BYD, BAK, LISHEN 이외에 Tier 2업체인 Coslight는 HP, ASUS, Lenovo 등의 Global IT업체와 중국의 IT업체인 Huawei, ZTE, CoolPAD 등에 공급량을 늘리면서 2013년 1분기 36백만 폴리머 전지를 공급하였다. 2013년 1분기부터 Coslight의 동향을 추가하여 중국의 5대 기업과 한국의 2개 기업, 일본의 3개 기업을 포함한 총 10개 기업을 분석하였다.

LIB의 타입에 따른 출하량을 보면, 각형 전지가 462백만 셀을 출하하여 점유율 40.1%를 나타내었고, 원통형 전지가 366백만 셀을 출하하여 점유율 31.8%를 나타내었다. 폴리머 전지의 경우 324백만 셀을 출하하여 28.1%로 조사되었다.

2013년 2사분기에는 Mobile Phone 및 Tablet, UltraPC의 신규 제품의 판매 증가로 전체 LIB의 출하량이 8.4% 증가한 1,250백만 셀로 예상되며 특히 Tablet 제품의 경쟁이 치열할 것으로 예상한다.

2012년 IT용 LIB의 출하량은 4,911백만 셀로 2011년 4,525백만 셀 대비 8.5% 성장하였다. 2013년은 2012년 대비 4.7% 성장한 5,141백만 셀로 전망되며 2018년에는 7,270백만 셀에 달할 것으로 기대된다.

주요 Application 별로 살펴보면, 2013년 Mobile Phone용 LIB가 2,151백만 셀로 41.8%를 차지하며 Notebook이 22.2%, Tablet이 13.6%, Power Tool이 9.1%로 전망된다. Tablet의 경우 폭발적인 성장을 보였으며 2015년에 Tablet용 LIB의 출하 비율은 20.1%로 Notebook용 LIB의 출하 비율인 19.7%를 넘어설 것으로 보이며 2018년에는 전체 출하량의 27%를 차지할 것으로 전망된다.

4대 Major Application인 Mobile Phone, Notebook, Tablet, Power Tool에서의 LIB Type에 따른 출하 비율을 살펴보면, 2012년 각형 전지가 1,728백만 셀을 출하하여 41.5%의 비율을 유지하였고 원통형 전지가 1,483백만 셀을 출하하여 35.6%, 폴리머 전지가 958백만 셀을 출하하여 23.0%를 달성하였다. Major Application의 Type 별 출하비율의 경향은 Tablet의 고성장, UltraPC 및 Hybrid PC(Tablet+Laptop 겸용), 그리고 Smart Phone 제품 다양성에 따라 폴리머 전지의 비중이 점차 높아질 것으로 보이며 2013년 원통형 전지를 추월한 폴리머 전지의 점유율은 2018년 64.1%까지 성장할 것으로 전망된다. <자료: SNS리서치>

UHD TV market Insight (2011~2016)

2010년부터 지속하고 있는 미국 및 유럽의 천문학적인 재정적자 및 유가급등에 따른 경기 악화가 지속하면서 세계경기도 동반하여 하락하였고 각국의 소비자들은 지갑을 닫으면서 생계에 필요한 최소한의 지출만을 하여 신제품 출시에도 불구하고 실판매로 연결되지 못했고 교체시기가 지난 제품들도 신제품으로 교체되지 않고 기존 보유 제품을 지속 사용하는 생계형 소비 패턴이 지속하고 있는 현실이다.

대형 LCD 패널 가격이 지속적으로 하락하여 대형 TV를 선호하는 소비자들의 수용할 수 있는 가격대로 근접하면서 50인치 이상 초대형(Super Large) 고해상도(4K2K:UD) TV 시장이 빠른 속도로 성장하고 있다.

LCD 패널의 급속한 가격 하락과 경기 침체에 따른 수익성 악화에 따라 차세대 대형 Line 투자를 하기가 어려운 각 LCD 패널 업체들은 감가상각이 끝난 Line(8세대 이하)들을 사용하여 현재의 약 90%~95% 수준인 Glass 효율을 95%~98% 수준으로 끌어올리는 개선을 위해 한 장의 원판 유리에서 Size가 다른 모델을 동시에 생산할 방법으로 MMG(Multi Model Glass)을 추진하면서 MMG와 Glass 효율 극대화를 통한 새로운 Size와 초고해상도를 지원하는 초대형의 새로운 패널들을 개발 양산하면서 새로운 Size의 Panel과 Set 제품들이 중국시장을 시작으로 전 세계 시장으로 확대 판매되기 시작하였다.

최근에 디지털 TV(FHD:1920×1080)를 뛰어넘는 새로운 차별화 시장을 겨냥한 4K2K(UD:3840×2160) TV가 출시되고 있고 수년 전부터 일본에서 NHK를 중심으로 디지털 TV의 세대를 위한 SHV(Super High Vision:8K4K)의 초고해상도화를 연구 개발을 추진하고 있으며 Sony, Sharp, Panasonic 등 글로벌 TV 시장의 주도권을 빼앗긴 일본 업체들과 거대 중국 내수시장을 선점을 위해 중국 Local 6대 업체들의 적극적인 제품 개발과 마케팅 전략이 전개되고 있다. 2012년 LCD패널 기준으로 각 LCD제조사의 출하량은 약 63K로 집계되었다. 올해는 TV제조사들의 제품 라인업 확대로 총 2.6백만대가 출하될 것으로 예상한다. 2013년 전 세계 TV출하량을 235.1백만대로 추산되며 UHD는 1.1%를 점유하여 올해가 UHD TV가 본격 성장을 시작하는 첫해 가 될 것이다.

이는 소비자들이 스마트폰을 비롯한 다양한 고해상도 기기에 익숙해 고해상도에 대한 가치를 충분히 인식하고 있으며 LCD 패널 업체들도 대형 패널로 새로운 돌파구를 열고 싶어하기 때문에 4K2K(UD) TV 시대가 생각보다 빨리 도래할 것으로 보인다. 실제 50인치 이상 대형 패널에서 FHD(1920×1080) 해상도는 고화질을 제공하기에는 부족한 해상도이다. 현재 차세대 Display 기술로 한국/일본/대만/중국에서 핵심 역량을 집중하고 있는 OLED 산업의 키워드는 최신 기술이 아니라 양산능력과 공정기술이며 향후 TV시장에서는 대면적 및 고해상도(4K2K 이상)에 적합하고 양산 수율이 기존 LCD 수준 정도의 높은 증착 기술이 OLED 표준 증착 방식이 될 것이며 사업의 성패를 좌우할 것이다.

<자료: SNS리서치>

LED 시스템 조명 기술 동향 및 시장 전망 (2012~2020)

LED 시스템 조명 시장이 움직인다. 2020년 LED 시스템 조명 시장 $55Billion 전망된다.

LED 조명은 에너지 산업이라는 관점에서 세계 각국의 지원 및 법제화를 통해 시장이 본격적으로 형성되는 단계에 와 있다. LED 시스템 조명은 IT 기술과 LED 조명과의 결합을 통해 획기적 에너지 절감이 가능하고 인간중심, 친환경, 그리고 사용자 요구 환경에 부합되는 Contents가 내장된 다기능 솔루션을 사용자 요구사항에 맞추어 실시간으로 제공하는 산업간, 기술 융합형 시스템화된 차세대 조명이라고 할 수 있다.

이러한 것을 바탕으로 LED 시스템 조명은 LED 조명이 주는 에너지 절감 효과를 더욱 크게 해주고 더 나아가 인간의 감성과 반응하는 효과를 줄 수 있기 때문에 조명의 패러다임 변화를 가져오는 신조명 시대를 여는 기술이라고 할 수 있다.

통상적으로 LED 조명을 시스템 조명으로 전환하면 지능형 통합 관리, 센서 연동, 맞춤형 상황 관리 등을 통하여 추가로 50% 이상의 절전이 가능하다.

이에 따라 LED 시스템 조명은 먼저 상업용 건물을 중심으로 시장이 형성되고 이어서 산업용, Outdoor, 주거용 등으로 확산할 것으로 전망된다.

LED 시스템 조명은 2013년~2015년은 시장형성기로 판된되고 2016년 이후 급성장할 것으로 전망된다. 2020년까지의 각 부문 별 침투율 전망을 하였다. 정부정책 및 증가하는 전기료 등을 고려하면 산업용 분야가 가장 많이 증가하여 2020년 산업용 LED 조명 판매량의 약 18% 선까지 증가할 것으로 전망된다.

이어서 상업용도 현재 Lighting Control 중 EMS 기능이 설치된 비율(미국 내 건물 중 18%) 부근까지는 침투할 것으로 전망한다. 이러한 부분은 상업용 빌딩에 대한 각국의 정책, 법적 규제 등에 따라 보다 가속화될 수도 있다. 특히, 건물에너지관리시스템(BEMS)과 연계되어 성장이 가속화 할 것으로 전망된다.

LED 시스템 조명의 시장은 2013년을 기점으로 형성되기 시작하여 2015년부터는 급성장을 할 것으로 전망된다. 금액으로는 2012년 93백만$에서 2020년 55,075백만$로 연평균 92.4%의 고성장 할 것으로 예상한다.

<자료: SNS리서치>

점점 더 증가하고 있는 인산철(LFP)계 양극재 특허

리튬이차 전지의 양극재로써 비싼 LCO를 대체할 수 있는 소재로 LFP(Lithium Iron Phosphate)에 대한 관심이 높다. LFP는 Olivine 구조로 되어 있어 구조적 안정성이 뛰어나 이차전지 적용 시 안전성을 담보할 수 있고, 에너지 밀도를 개선하는 기술이 개발되고 있으며 무엇보다도 값이 저렴하다. 이차전지 업계에서는 양극재로서 LFP의 시장이 커질 것으로 판단하여 생산 시설에 대한 투자와 제품개발 투자를 진행한다.

LFP는 1900년도 후반에 텍사스 주립대학교의 교수인 John B. Goodenough에 의해서 발명되었다. Goodenough 교수는 LFP 원천특허 2건을 보유하고 있으며, 상용화 연구를 계속 추진하여 다양한 응용특허들을 계속 출원하고 있다. 기타 캐나다 및 유럽의 몇몇 기업을 중심으로 LFP에 대한 실용화 기술에 대한 R&D가 계속 추진되어 왔다.

한편, LFP의 원천기술을 보유하고 있는 Texas University를 비롯한 CNRS, Hydro-Quebec 등은 다수의 특허 소송을 진행하면서, 특허 licensing 전문회사인 LiFePO4+C Licensing AG를 설립하여 전 세계적인 Licensing을 준비하고 있다.

이에 SNE에서는 리튬이온 이차전지의 LFP계 양극재 분야에 대한 핵심특허 분석을 실시하였다. 핵심특허 분석에서 제공되는 특허정보는 기술정보, 경영정보 및 권리정보를 포함하고 있는 문헌으로, 이러한 특허정보의 활용을 통해서 관련 선행기술 및 선행기술의 문제점, 관련기술의 흐름, 새로운 Idea의 발굴 및 문제점에 대한 해결방안 등에 대한 정보를 얻을 수 있으며 제3자 권리범위 확인을 통하여 사전에 특허분쟁을 예방하거나 대비할 수도 있다. <자료: SNS리서치>

결정질 실리콘 고효율 태양전지 특허분석

SNE 리서치에서는 현재 태양광 시장에서 최대 이슈가 되고 있는 결정질 실리콘 태양전지의 고효율화를 위한 요소를 기술별로 자세히 다루고 주요 기업 현황, 주요 기업의 연구개발 동향, 주요 특허 현황, 기술 발전 추이 등을 파악할 수 있도록 ‘결정질 실리콘 고효율 태양전지 특허분석’ 리포트를 발간하였다.

핵심특허 분석에서 제공되는 특허정보는 기술정보 및 권리정보를 포함하고 있는 문헌으로 이러한 특허정보의 활용을 통해서 관련 선행기술 및 선행기술의 문제점, 관련기술의 흐름, 새로운 Idea의 발굴 및 문제점에 대한 해결방안 등에 대한 정보를 얻을 수 있으며 제3자 권리범위 확인을 통하여 사전에 특허분쟁을 예방하거나 대비할 수도 있다.

본 보고서에서는 2013년 5월까지 발행된 한국, 미국, 일본, 유럽의 고효율 태양전지 제조방법 분야의 특허를 대상으로 모집단 2,512건 중 578건의 유효특허를 선별하였으며 고효율 태양전지 제조방법에 따라 총 여섯 가지의 영역별로 구분하여 분석을 실시하였다.

최근 5년 동안의 출원 되어 등록된 특허 기준 세계 등록 특허 점유율 TOP 5는, LG Elec. 社(83건), Hyundai Heavy Industries 社(79건), Applied Materials 社(22건), Samsung 社(20건), Sunpower 社(15건)로 나타났다.

또한 주요 특허권자별 연구 개발의 강점 요소를 분석한 결과, LG Elec. 社, Hyndai Heavy Industries 社, Sharp 社는 다양한 기술 분류의 기술에 대해 고른 연구 개발을 진행해 왔지만 Sanyo 社, Applied Materials 社, Sunpower 社는 Cell Structure 기술에 연구 개발의 강점이 있는 것으로 파악되었다. <자료: SNS리서치>

2016년 리튬이온 이차전지 음극재 9천억 시장규모

2012년 음극재 시장 규모는 5천600백억원 규모로 집계되었다. 출하 기준으로 볼 때 43,012톤을 전 세계적으로 출하된 것으로 전망되었다. 리튬이차전지 성장과 더불어 음극재 연평균 성장률(2011~2016년)은 인조흑연(Artificial Graphite, AG)의 경우 20.4%로 전망되며, 천연흑연(Natural Graphite, NG)은 16.9%의 성장이 기대된다. 2016년 음극재 시장은 한화 약 9천억원 시장규모에 이를 것으로 전망하고 있다.

애초 전망과 다르게 xEV/ESS 성장의 매우 더디게 성장하고 있지만 IT에 사용되는 원통형, 각형, 폴리머(파우치) 전지의 용량이 증대되면서 음극재 요구되는 수요 역시 증가하고 있는 것을 보여주는 수치이다.

2016년까지 리튬이차전지의 시장은 IT Application 중심으로 시장이 성장하게 될 것이며 전체 리튬이온 이차전지시장의 66.1%를 차지할 것으로 보인다. 최근 들어 스마트폰의 요구되는 배터리 용량 3,000mAh 이상으로 증가하고 Tablet, Ultra PC 등이 4,000mA 이상의 대용량 리튬폴리머 전지를 사용하면서 요구되는 음극재 수요 역시 많이 증가하고 있다. <자료: SNS리서치>

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
---------------

10. 식물공장의 국제적 위치

식물공장은 비록 처음에는 미국의 딕슨 교수에 의해 제창되었고, 약 7~8년 전부터 일본에서 첫 상업용 식물공장이 건립되기 시작했으나, 유럽은 근래에 와서 다층형 식물공장에 관심을 가지기 시작한 실정이다. 그러나 일본에서의 식물공장은 지금 이 시점에서도 형광등을 주 광원으로 사용하고 있다.
비록 식물의 광합성에 아주 유효한 청색 LED가 처음 일본에서 발명되었다고 하더라도 그것이 광합성 촉진용 광원으로 사용되라라고는 생각을 못했었기 때문이다.
또한 일본에서는 비록 식물공장이라고는 하더라도 태양광을 병용하는 방법의 연구 개발에 치중해 왔기 때문에 기존의 농법인 단층형 식물 재배방식이 대부분이다.
물론 일본에서의 단층형(태양광 재배) 식물공장 시설은 거의 완벽한 자동화가 되어있고, 보는 이로 하여금 놀라움의 시선으로 바라볼 수 있게끔 되어있기는 하나, 이런 시설이 식물공장의 궁극적 목표는 아니다.

뿐만 아니라, 세계적으로 식물공장의 연구, 건립은 아직 미개척 문야로, 연구할 과제와 실질적인 사업성에 있어서도 무한한 가능성을 포함하고 있다. 식물공장에서 생산된 채소는 완전 무농약 식품으로, 더 나아가 미래에는 모든 곡물을 포함한 식물들이 생산 가능하다. 물론 식물공장에서는 과채류, 근채류 등의 특정식품, 나아가 한약재 등의 특수 목적을 가진 식물도 생산하기가 쉽다.
식물공장에서는 이뿐만 아니라 기능성 식물의 재배도 가능해서 비타민C가 대량 함유된 상추, 임산부를 위한 철분과 셀레니움이 대량 함유된 미나리, 또는 특정 영양소가 함유되거나, 감기 예방을 위한 상추 등의 생산도 가능하고, 이에 대한 많은 연구도 진행되고 있다.
양액에서부터 기온, 습도, 광원의 밝기와 질을 조절함에 따라 식물은 함유성분이 달라지기 때문이다.

LED의 제조 기술은 반도체나 태양광 발전설비의 기본 셀(Cell)을 만드는 공정과 흡사해서, 한국, 일본, 대만이 앞서 있다.
한국은 세계적 반도체 강국이므로 당연히 LED 제조 기술도 언젠가는 세계를 제패할 것이며, 이를 이용한 기술, 특히 인공광을 이용한 식물의 촉성재배 방면에서의 기술도 동반 성장할 것으로 기대되는 만큼, 우리가 시의적절한 타이밍과 좀 더 적극적인 연구를 한다면, 식물공장에 관한 지식과 데이터를 축적할 수 있고, 세계적으로도 독보적인 위치를 차지할 수 있으리라고 본다.

(주)카스트친환경농업기술 www.sunnyfield.co.kr

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
---------------

9. 설치 후 시험측정

모든 식물공장과 보광재배시설에서는 LED 조명이든 형광등이거나 백열등이든 설치 후에는 그 빛의 실태를 꼭 직접 측정해 보아야 한다. 왜냐하면 사람의 시각적 관찰로는 실제 식물의 성장에 필요한 조명 조건이 맞는지의 여부를 결코 알 수 없을 만큼 큰 편차가 있기 때문이다. 그리고 그 판단은 다음과 같이 한다.

a. 빛의 파장대가 맞는지 확인한다.
어떤 식물이건 한 가지 빛의 파장대에서는 결코 잘 자라지 않는다. 예를 들어 적색 빛만으로 엽채류를 키운다면, 식물이 성장은 하나, 상품성 있는 식물로 완전하게 자랄 수는 없다는 뜻이다. 이것은 물론 청색 빛만으로 식물을 키우는 경우에도 똑같다.
왜냐하면 식물은 적색, 청색, 녹색, 황색의 빛 중 어느 것 하나만 비춰줘도 일견 잘 자라는 것 같이 보이기도 하기 때문이다. 그러나 결코 완전한 성장은 이루어지지 않아, 웃자라거나, 색상이 진하지 않거나 너무 힘이 없이 자랄 뿐이다. 이런 여러 가지 시험에서 얻은 결론은, 식물성장용 빛의 스펙트럼은 분포대가 어느 정도 넓은 빛이어야 한다는 점이다. 즉 빛의 파장대가 아래 위로만 날카롭게 드러나 있어서는 안 되고 옆으로 퍼져 있어 여러 파장대가 조금씩은 섞여 있어야 한다는 것이다.
그런 이치에서, 식물을 키우기 위한 빛을 만일 사람의 눈으로 보아 한 가지 색만을 선택하라면 그건 흰색일 수밖에 없다. 흰색이란 여러 가지 색이 섞여있다는 뜻이기 때문이다.
그런데 문제는 이렇듯 빛의 스펙트럼을 측정해 보기 위해서는 아주 고가의 측정장비인 Light Spectrum Analyzer가 필요하다는 점이다. 이 장비는 일반인이 구입하기는 불가능하므로 전문 기업체에 의뢰할 수밖에 없는 실정이다.

b. 빛의 세기를 측정해 본다.
만일 100% 인공광만으로 식물을 키우고자 한다면 빛의 세기는 최소한 30~150μmolm-2s-1은 되어야 한다.
한편 주된 광원은 태양광으로 하고, 밤에 인공광을 보광해 주는 보조광원으로 쓸 때의 빛의 세기는 최소한 2~15μmolm-2s-1은 되어야 한다. 여기서 빛의 세기, 특히 μmolm-2s-1 을 측정하기 위해서는 Quantum Meter를 쓴다.
보조광원의 기능으로는 화훼재배나 잎들깨밭에서의 추대를 막고 잎의 크기를 균일하게 유지시키기 위한 목적으로 쓰기도 하는데, 이때의 목적은 식물을 키우는 것이 아니기 때문에 빛의 세기가 좀 약해도 되는 것이다.

c. 실제 LED의 동작 상태를 관찰, 측정해 본다.
먼저 LED에서 열이 나는지를 확인해 보아야 한다. 대부분 LED 메이커들은 LED의 사용 스펙에 몇 도의 온도까지에서만 사용하라는 권장 조건을 명기해 놓았다. 대부분의 LED는 80℃까지에서는 사용할 수 있다고 되어 있으나 이것은 LED 내부의 접합부위 온도를 말하므로, 외부에서의 측정온도는 45℃를 넘지 않아야 한다. 즉 손으로 만져 보아 그냥 따뜻한 정도면 되겠으나, 뜨겁다는 느낌이 들어서는 안 된다. LED의 수명은 오로지 사용온도에 반비례하기 때문이다.
그리고 LED에 흐르는 전류도 꼭 측정해보아야 할 항목이다. 소형(Oval Type, 원의 지름이 5㎜쯤 되는 구형)LED는 최대 사용전류가 20㎃나 30㎃급으로, 소모전력이 30㎽(0.03W) 정도의 소전력용이고, 또는 큰 것이 45㎽ 급이어서 이런 LED를 사용한 경우 최대 전류는 역시 20~30㎃가 한계인데, 광변환효율이 낮아 요즈음은 사용하지 않는 추세이다.

요즈음은 고휘도 LED라는 걸 주로 사용하는데, 1W급이 주류를 이룬다. 이 LED는 대부분 사용전류가 350㎃이다. 만일 이 LED를 350㎃가 안 되는 전류가 흐르도록 사용하는 것은 설비의 낭비에 속한다. 왜냐하면 그 LED가 낼 수 있는 최대의 광량을 다 못 쓰는 셈이 되니까 그렇다.
그러나 만일, 이 최대 권장 정격전류치 이상으로 사용하게 되면 이번에는 수명이 짧아지므로 이것도 설비의 낭비에 해당된다. 현실적으로는, 현장에 나가서 측정해 본 바에 의하면, 한 비닐하우스 내에서 조차 각기 사용전류의 편차가 극심한 경우가 많았으므로 꼭 유의해 보아야 할 사항이다.

(주)카스트친환경농업기술 www.sunnyfield.co.kr