양액 자동화 설계 – EC, pH, 생장단계까지 통합하는 스마트 제어 전략

양액 자동화는 스마트팜 기술의 심장이다.

 

작물은 말이 없지만, 수분과 양분의 균형을 통해 생장 리듬을 표현하고, 그 리듬을 가장 먼저 반영하는 곳이 바로 뿌리다.

 

수경재배나 NFT 시스템에서는 작물의 생장이 전적으로 양액의 조성과 관리 방식에 따라 달라진다.

 

즉, 양액이 ‘얼마나 잘 섞였느냐’보다, ‘언제, 어떤 조건에, 어떤 비율로 들어갔느냐’가 생장을 좌우한다.

 

문제는 대부분의 스마트팜 자동화 시스템이 EC와 pH 수치를 일정하게 유지하는 것에만 초점을 맞추고 있다는 점이다.

 

하지만 실제 생장은 고정값 유지가 아니라, 시기별·환경별로 유동적으로 변하는 조건에 따라 설계되어야 한다.

 

특히 양액의 조성은 작물의 생장 단계, 외기 온도, 광량, 뿌리 흡수 상태에 따라 미세하게 조정돼야 하며, 이러한 조정을 수치로만 판단하는 시스템은 결과적으로 생장을 흐리게 만들 수 있다.

 

이 글에서는 양액 자동화 시스템의 구조, 정밀 설정 기준(EC, pH, 비율), 생장 단계별 농도 변화 알고리즘, 그리고 실제 자동화에 적용 가능한 제어 로직, 센서 피드백 구조까지 실전형으로 정리한다.

 

양액 자동화의 정밀도는 기술이 아니라 작물의 생리 감각을 얼마나 반영했는가로 측정된다.

 

목차

• 스마트 양액 시스템의 구조와 핵심 구성요소
• 작물 생장 단계별 양액 목표치 – 고정 수치가 아닌 흐름이다
• EC/pH 설정의 세부 설계 기준 – 자동화에서 흔히 발생하는 실수
• 양액 자동화의 실전 알고리즘 설계 예시
• 실전에서 자주 발생하는 오류와 그 해결 전략

 

Ⅰ. 스마트 양액 시스템의 구조와 핵심 구성요소

현대 양액 자동화는 다음과 같은 6단계 구조로 이루어진다.

1. 비료탱크 A / B / 미량원소 탱크
   • A탱크: 질산칼슘, 질산칼륨
   • B탱크: 인산, 황산마그네슘
   • C탱크(선택): 붕소, 아연 등 미량원소
2. 원수 탱크 + 정수 장치
   • 수돗물 혹은 지하수를 정수 → 유입수 품질 유지
3. 혼합 챔버 / 인젝터
   • 정량식 or 비례식으로 비료를 물과 혼합
4. EC/pH 센서 모듈
   • 희석 후 양액의 전기전도도(pH, EC) 실시간 측정
5. 제어기 및 알고리즘 설정기
   • 목푯값에 따라 인젝터 작동, 오차 자동 조정
6. 루트존 모니터링 피드백 센서
   • 작물 뿌리 근처에서 EC/pH 재측정
   • 실제 흡수율 기준으로 보정 명령

이 구조 안에서 센서 하나가 잘못 작동하면 전체 양액 관리가 무너진다.

 

특히 EC/pH 유지가 맞더라도 뿌리 온도나 수분 상태가 맞지 않으면 흡수는 이루어지지 않는다.

 

즉, 자동화는 수치를 맞추는 것이 아니라, 흡수를 맞추는 방향으로 설계돼야 한다.

 

Ⅱ. 작물 생장 단계별 양액 목표치 – 고정 수치가 아닌 흐름이다

대부분의 작물은 EC 1.8~2.5, pH 5.8~6.2 사이에서 안정적으로 생장할 수 있다.

 

그러나 이 수치는 절대적인 것이 아니라, 생장 흐름에 따라 미세하게 조정돼야 한다.

 

예를 들어 토마토의 경우 다음과 같은 변화를 가진다.

• 초기 활착기 (1~2주):
  EC 1.4~1.6 / pH 6.0
  뿌리 보호가 최우선, 낮은 삼투압 유지
• 초장 생장기 (3~5주):
  EC 2.0~2.3 / pH 5.8
  엽록소 합성 + 뿌리 활성 증가
• 개화·착과기 (6~10주):
  EC 2.5~3.0 / pH 5.5~6.0
  수분·양분 수요 최대치, 고농도 요구
• 수확 안정기 (10주 이후):
  EC 2.0 / pH 6.0
  고형분 유지, 저장성 관리

상추, 청경채, 오이, 파프리카 등 다른 작물도 EC는 일정 구간을 유지하되, 광량·온도·루트존 상태에 따라 미세 조정이 필요하다.

 

Ⅲ. EC/pH 설정의 세부 설계 기준 – 자동화에서 흔히 발생하는 실수

스마트팜 운영에서 가장 흔하게 저지르는 오류 중 하나는 EC 수치 하나만 보고 양액 상태를 판단하는 것이다.

 

그러나 실제로는 EC가 정상이더라도 흡수되지 않거나, pH가 높아 특정 이온이 고정화되며 결핍이 발생하기도 한다.

 

정밀 자동화 설계를 위한 기준은 다음과 같다.

1. EC 수치만 믿지 말고 pH를 항상 병행 관리할 것
   • EC가 높아도 pH가 6.5 이상이면 철, 인, 마그네슘 흡수율 저하
   • pH 5.2 이하일 경우 칼슘 고정화 가능
2. 양액 주입 후 EC/pH 변화 모니터링 필수
   • 자동 주입 후 10분 이내 EC 상승폭이 기준보다 작으면 인젝터 점검
   • pH 변화가 느릴 경우 중화제(산 또는 알칼리) 보정 필요
3. 밤과 낮의 EC 격차 조정
   • 낮: 증산량 증가 → EC 0.2~0.3 높임
   • 밤: 흡수 정체 → EC 하향 조정, 공급 중단 가능

 

Ⅳ. 양액 자동화의 실전 알고리즘 설계 예시

 

다음은 작물 생리에 따라 조건별로 반응하는 알고리즘의 예다.

• 조건 1: 오전 8시, 조도 200lx 이상, 온도 20℃ 이상
  → EC 목표 2.2 설정, pH 5.8 유지, 인젝터 작동
• 조건 2: 오후 2시, 외기 30℃, 루트존 수온 25℃
  → EC -0.2 보정, 냉각기 작동, 순환 시간 단축
• 조건 3: 야간 시간대 (20시 이후)
  → EC 유지, 주입 중단, 루트존 pH 자동 측정만 활성화

이러한 조건 제어 구조는 단순히 “설정값 입력 → 유지”가 아니라 시간대 + 환경 + 생장 상태 + 센서 피드백을 통합해 작물 중심의 흐름을 유지하는 방식이다.

 

Ⅴ. 실전에서 자주 발생하는 오류와 그 해결 전략

1. EC는 정상인데 작물 생장이 느릴 때
   → 루트존 온도 확인, 흡수 속도 저하 의심
   → 배액 EC 측정, 미흡한 흡수율 확인 후 EC 감소 조정
2. pH는 정상인데 엽색이 연해지고 엽맥이 분리될 때
   → 철·마그네슘 결핍 가능성
   → pH를 5.6 수준으로 낮추고 미량요소 주입 추가
3. 양액 순환 후 잔류 양액이 많고 뿌리 부패가 나타날 때
   → 순환 시간이 과도하거나 배출 설계 미흡
   → 순환 시간 조정 + 루트존 경사 재설계 필요
4. 양액이 자동으로 주입되지 않거나 오차가 크다
   → 유량계, 인젝터 필터 오염 가능성
   → 주기적 세척 스케줄 포함 필요

 

결론

 

양액 자동화는 단순히 비료를 정량 섞는 기술이 아니다.

 

그것은 생장을 위한 영양 흐름을 설계하고, 뿌리의 흡수 리듬과 외부 조건을 고려하여, ‘지금’ 작물이 가장 잘 받아들일 수 있는 상태를 유지하는 설계 기술이다.

 

스마트팜의 핵심은 자동 주입이 아니라 자동 적응이다.

 

양액을 잘 주는 것이 아니라, 양액이 필요할 때만 정확하게 주는 것, 그리고 그 정확함을 시스템이 스스로 학습할 수 있도록 구성하는 것이 진정한 스마트팜 양액 자동화의 완성이다.