KR101946209B1 - 박막 태양 전지 모듈 및 이를 구비한 태양광 온실 - Google Patents

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Abstract

태양광 온실은 내부의 온실 공간을 둘러싸는 다수의 직립 벽들과 지붕을 가지는 주택 구조물과, 햇빛의 기-선택된 광 대역 내의 태양 에너지를 전기로 변환시키기 위해 지붕에 설치된 적어도 하나의 박막 태양 전지 모듈을 포함한다. 박막 태양 전지 모듈에 의해 흡수되지 않은 광은 통과하여 온실 공간으로 들어와, 광합성을 위해 식물 또는 농작물에 의해 이용될 수 있다. 박막 태양 전지 모듈은, 광합성을 위해 온실 공간 내부의 재배 식물이나 농작물에 의해 필요로 하는 파장 간격, 예를 들어 400-450nm와 640-700nm의 파장 간격에서 높은 광 투과율을 가진다.

Description

박막 태양 전지 모듈 및 이를 구비한 태양광 온실{THIN-FILM SOLAR CELL MODULE AND PHOTOVOLTAIC GREENHOUSE WITH THE SAME}
본 발명은 온실 구조에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 새로운 태양 에너지 타입의 태양광 온실 구조에 관한 것이다.
온실은 여름철에 온도를 낮추고 겨울철에 온도를 충분히 높게 유지하는 것뿐만 아니라, 태풍, 산성비, 그리고 해충에 대해 유용하다. 온실은, 식물 또는 농작물에 생육에 적당한 환경을 제공할 수 있기 때문에, 난초 또는 멜론과 같이 경제적 가치가 높은 식물 또는 농작물의 재배에 주로 이용된다.
당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 잘 알려진 바와 같이, 온실 공학은, 식물 또는 농작물을 최상의 성장 조건으로 유지시키기 위해 온실 내에 설치된 다양한 제어 설비들과 더불어, 식물의 생물학적 요구 사항과 국소 기후에 따라 온실 내의 미세 기후를 조절하도록 적절한 덮개 재료를 선택하는 것에 머물러 있다.
내부 온도를 적절한 범위 내로 유지하기 위하여, 온실은 통풍 장치가 구비되도록 설계되며, 통풍 장치는 더운 여름에는 과다한 열을 통풍하고, 식물과 농작물에 불리한 혹한기의 겨울에는 히터로 온도를 올린다.
그러나, 통풍기와 같은 통풍 장치가 있음에도 불구하고 어떤 극한 조건에서는, 온실을 이상적인 온도 조건으로 유지시키기가 여전히 매우 어렵다. 따라서, 추가적으로 비용이 많이 드는 공기 조절이 필요하다. 이러한 공기 조절은 비용이 많이 들고 많은 에너지를 소비한다.
게다가, 온실 내부의 빛의 세기를 조절하기 위하여, 온실은 종종 차광된다. 과도한 자외선은 잎들이 타는 것과 같이 식물의 생리적, 생물적 기능에 손상을 줄 수 있다. 동시에, 차광된 온실이 해로운 자외선을 차단하여, 온실 내의 식물이 훨씬 좋은 조건에서 성장할 수 있다.
그러나, 온실을 차광하는 종래의 방법은 특정한 파장의 햇빛을 효과적으로 여과할 수 없을 뿐만 아니라 빛의 세기 또는 햇빛의 기선택된 광 대역을 효과적으로 조절할 수 없다. 게다가 온실을 차광하는 종래의 방법은, 식물의 성장 또는 광합성을 용이하게 하는 햇빛, 예를 들어 적외선 또한 차단한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 현재의 온실 구조는 개선과 발전을 더 필요로 한다.
특허문헌 1: 등록특허공보 제 10-1094972호(2011년 12월 9일 등록) 특허문헌 2: 등록특허공보 제 10-1090416호(2001년 11월 30일 등록)
상기의 기술적 문제점을 고려하여, 본 발명은 위에 언급된 문제점들과 결함들을 성공적으로 해결할 수 있는 개선된 온실 구조를 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 다수의 직립 벽들과, 상기 직립 벽들에 의해 지지되는 지붕을 포함하는 메인 온실 프레임 구조와; 상기 지붕에 설치되며, 햇빛의 기선택된 광 대역을 선택적으로 흡수하여 태양 에너지를 전기로 변환하는 적어도 하나의 박막 태양 전지 모듈과; 상기 메인 온실 프레임 구조의 내부 일단에 설치되어 먼지를 측정하고, 기준이상이면 경보신호를 출력하는 먼지 측정수단과; 상기 먼지 측정수단에 전기적으로 연결되며 먼지 측정수단의 제어신호에 따라 외부로 경보신호를 출력하는 경보신호 출력부를 포함하되, 상기 적어도 하나의 박막 태양 전지 모듈에 의해 선택적으로 흡수된 상기 태양 에너지는 주어진 식물에 의한 광합성을 용이하게 하는 햇빛의 광 대역을 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 먼지 측정수단은, 적외선을 방출하기 위한 적외선 송신수단(A)과, 상기 적외선 송신수단과 대향되도록 위치하며 상기 적외선 송신수단으로부터 방출된 빛을 수신하여 그 수신량의 정도에 따라 먼지유입을 판단하도록 하기 위한 적외선 수신수단(B)과, 상기 적외선 수신수단(B)의 출력전압이 설정된 값보다 작으면 상기 적외선 송신수단(A)의 입력전압이 증가되도록 제어하기 위한 먼지 측정 제어부(C)를 포함하여 구성하며; 상기 적외선 송신수단(A)은, 다수개의 오목렌즈가 탑재되어 적외선의 출력을 제한시키는 오목렌즈군과; 상기 오목렌즈군에 근접되어 적외선을 출력시키는 적외선 송신소자와; 상기 오목렌즈군의 일측에 설치되어 오목렌즈군을 유동시켜 적외선 출력이 조절되도록하되 온도의 변화량에 따라서 주변 온도가 높으면 오목렌즈군을 좌측으로 유동시켜 함몰각도가 낮은 렌즈로 적외선이 통과되도록함으로서 적외선 출력이 높아지도록 제어하고, 주변 온도가 낮으면 오목렌즈군을 우측으로 유동시켜 함몰각도가 높은 렌즈로 적외선이 통과되도록함으로서 적외선 출력이 낮아지도록 제어하는 형상기억 스프링과; 상기 형상기억 스프링의 우측 끝단에 위치하여 형상기억 스프링의 움직임을 지지하는 고정부를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 상기 적외선 송신수단(A)은, 상기 형상기억 스프링과 고정부를 수납하는 하우징과; 상기 하우징의 내측에 설치하되 형상기억 스프링의 일측에 설치되어 발열을 통해 형상기억 스프링을 강제로 팽창시켜 오목렌즈군을 좌측으로 이동시키고, 이에 따라 함몰각도가 낮은 렌즈로 적외선이 통과되도록하여 적외선 출력이 강제로 높아지도록 유도하는 발열수단과; 상기 하우징의 내측에 설치하되 형상기억 스프링의 타측에 설치되어 냉각열을 전달하여 형상기억 스프링을 강제로 수축시켜 오목렌즈군을 우측으로 이동시키고, 이에 따라 함몰각도가 높은 렌즈와 적외선이 통과되도록하여 적외선 출력이 강제로 낮아지도록 유도하는 열전소자와; 상기 발열수단과 열전소자에 전기적으로 연결되며, 먼지가 많을 경우 발열수단을 동작시켜 적외선 출력을 높이도록 제어하고, 먼지가 적을 경우 열전소자를 동작시켜 적외선 출력을 낮추도록 제어하는 송신제어부를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 상기 고정부는, 케이스의 내부에 설치되어 상하 양방향으로 탄발력을 제공하는 탄발 스프링(4a)과, 상기 탄발 스프링의 끝단부에 설치되어 탄발 스프링에 의해서 상하방향으로 밀리면서 하우징(5)에 임시 고정되는 슬라이딩 볼(4b)을 포함하여 구성함이 특징이다.
온실을 차광하는 종래의 방법에서 필요로 하는 추가적인 비용이 소요되지 않는다. 그러나 충분한 빛의 세기 또는 햇빛의 충분한 기-선택된 광 대역이 여전히 온실 내에 제공되며, 동시에 햇빛은 전기로의 변환을 위해 여전히 충분하게 사용된다.
도 1은 본 발명의 태양광 온실 장치의 바람직한 실시예.
도 2는 도 1에 예시된 태양광 온실의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예.
도 4는 본 발명의 태양광 온실의 다른 바람직한 실시예.
도 5는 본 발명의 강설 감지기와 제설 기구.
도 6은 본 발명의 먼지측정수단 및 경보신호 출력부 구성 블록도.
도 7은 본 발명의 먼지 측정수단을 구성하는 적외선 송신수단과 적외선 수신수단 개념도.
도 8은 본 발명의 적외선 송신수단과 적외선 수신수단을 이용하여 먼지를 측정하는 개념도.
도 9는 본 발명에 있어서 형상기억 스프링을 갖는 먼지측정수단 제 1 실시예도.
도 10은 본 발명에 있어서 발열수단과 열전소자 및 형상기억 스프링을 갖는 제 2 실시예도.
도 11은 본 발명에 있어서 고정부 일실시예도.
도 12는 본 발명에 적용되는 오목렌즈 구성도.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 이미 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 이미 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하 실시예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 하나의 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 태양광 온실 장치의 바람직한 실시예.
도 2는 도 1에 예시된 태양광 온실의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예.
도 4는 본 발명의 태양광 온실의 다른 바람직한 실시예.
도 5는 본 발명의 강설 감지기와 제설 기구.
도 6은 본 발명의 먼지측정수단 및 경보신호 출력부 구성 블록도.
도 7은 본 발명의 먼지 측정수단을 구성하는 적외선 송신수단과 적외선 수신수단 개념도.
도 8은 본 발명의 적외선 송신수단과 적외선 수신수단을 이용하여 먼지를 측정하는 개념도.
도 9는 본 발명에 있어서 형상기억 스프링을 갖는 먼지측정수단 제 1 실시예도.
도 10은 본 발명에 있어서 발열수단과 열전소자 및 형상기억 스프링을 갖는 제 2 실시예도.
도 11은 본 발명에 있어서 고정부 일실시예도.
도 12는 본 발명에 적용되는 오목렌즈 구성도로서,
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명의 태양광 온실 장치의 바람직한 실시 예를 보여주고, 도 2는 도 1에 예시된 태양광 온실의 단면도를 보여준다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 온실(1)은 베이스(10a)와 다수의 지지대들 또는 프레임들(10b)로 제조된 메인 온실 프레임 구조(10)를 포함한다. 베이스(10a)와 다수의 지지대들 또는 프레임들(10b)의 지지에 의해, 투명 패널(10c)이 메인 온실 프레임 구조(10)의 지붕 또는 햇빛을 향하는 측면에 설치된다. 추가적인 전기의 생성을 위해, 다수의 박막 태양 전지 모듈들(20)이 메인 온실 프레임 구조(10)의 지붕 또는 투명 패널(10c)에 인접하게 설치된다.
투명 패널(10c)은 투명 유리, 파이버 글라스 또는 플라스틱과 같이 햇빛을 투과시키는 투명한 재질일 수 있다. 빛의 보충(supplementing light), 빛의 균등 분배 또는 빛의 충분한 분배를 위해, 적어도 하나의 투명 패널(10c)이 수직하게 또는 수평하게 정렬될 수 있다. 투명 패널(10c)은 오목 렌즈 또는 빛이 고르게 분배될 수 있는 다른 적절한 구조와 같은 렌즈 구조일 수 있다. 태양광 온실(1)의 외관 구조는 하나의 측면이나 두 개의 측면을 가지는 형상 또는 다른 형상일 수 있다. 도면은 단지 예시를 위한 것이다.
또한, 메인 온실 프레임 구조(10)에는 다수의 통풍구들 또는 통풍 창문들(30)이 선택적으로 수직하게 또는 수평하게 정렬될 수 있다. 이와 달리, 통풍구들 또는 통풍 창문들(30)은 다수의 박막 태양 전지 모듈들(20)의 사이에 배치될 수 있다. 메인 온실 프레임 구조(10)에는 개폐 가능한 쉘터들(Shelters, 40)이 임의 선택적으로 설치될 수 있다. 임의 선택적인 쉘터들(Shelters, 40)은 불투명 또는 투명일 수 있다. 본 발명의 태양광 온실(1)은 단열 재료(50)를 더 포함할 수 있다. 단열 재료(50)는 예를 들어 짚이나 고무와 같은 유기 재료 또는 무기 재료일 수 있다. 단열 재료(50)는 수동으로 또는 기계적으로 처리될 수 있다.
태양광 온실(1)의 직립 벽들(측벽들, 60)은 국소적인 햇빛 또는 온도에 따라 불투명 또는 투명 물질일 수 있다. 더욱이, 직립 벽들(60)의 물질은 고정되거나 이동될 수 있다. 메인 온실 프레임 구조(10)에는 임의 선택적인 통풍구들 또는 통풍 팬들(70)이 설치될 수 있다. 몇몇의 애플리케이션에 있어서, 식물의 성장과 개화 주기를 조절하고 야간의 추가적인 조명 제공을 위해, 태양광 온실(1)에 엘이디들(LED lights, 80)이 설치된다.
또한, 본 발명에 따르면, 자동 스프링클링 시스템이 온실에 선택적으로 설치될 수 있다. 식물은 예를 들어 토경(soil culture), 기경법(氣耕法, aeroponics) 또는 수경법(水耕法, hydroponics)으로 땅 또는 다층 선반에서 재배될 수 있다. 온실 내에는 플랜트(plants) 또는 수경 시스템(aquaculture system)이 있을 수 있다.
다수의 박막 태양 전지 모듈들(20) 또는 대면적을 가지는 다수의 박막 태양 전지 모듈들이 메인 온실 프레임 구조(10)의 지붕 또는 햇빛을 향하는 측면에 설치되는 것이 본 발명의 기술적 특징의 하나이다. 박막 태양 전지 모듈(20)은 무정형 실리콘 박막 태양 전지 모듈, 미정질 실리콘 박막 태양 전지 모듈 또는 나노-크리스탈라인(nano-crystalline) 실리콘 박막 태양 전지 모듈일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 예에 따르면, 박막 태양 전지 모듈(20)은 투명 패널(10c)상에 설치된다. 한편, 본 발명의 바람직한 다른 예에 따르면, 박막 태양 전지 모듈(20)은 투명 패널들(10c) 사이에 배치된다. 지붕이 망 형상(mesh shape)일 경우, 박막 태양 전지 모듈(20)은 투명 패널(10c)을 대신하는 그물과 같은 프레임(net-like frame)상에 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 박막 태양 전지 모듈(20)은 햇빛을 투과시켜야 한다. 즉, 박막 태양 전지 모듈(20)은 투과성이 있는 박막 태양 전지 모듈이어야 한다. 더욱이, 메인 온실 프레임 구조(10)로 들어오는 투과 광(3)은, 햇빛의 다른 광 대역(예를 들어, 황색 광 또는 녹색 광)이 박막 태양 전지 모듈(20)에 의해 흡수될 때, 박막 태양 전지 모듈(20)을 통과해서 식물의 광합성을 용이하게 하는 햇빛의 광 대역(예를 들어 청색 광이나 적색 광)을 포함해야 한다. 예를 들면, 엽록소 a는 430nm와 662nm의 파장을 가진 빛을 최대로 흡수한다. 본 발명의 바람직한 일 예에 따르면, 박막 태양 전지 모듈(20)은 450 - 670 nm 범위의 파장을 가진 빛을 최대로 흡수하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 박막 태양 전지 모듈(20)은, 식물의 광합성을 용이하게 하기 위해, 400 - 450 nm와 640 - 700 nm 범위의 빛 에너지가 높은 투과율로 투과되도록 한다.
본 발명의 원리는 빛 에너지를 부분적으로 전기로 변환시키는 것이다. 그러나 광합성에 필요한 빛 에너지는 식물 또는 농작물의 성장을 돕기 위해 박막 태양 전지 모듈(20)을 통과해서 온실 내로 들어온다. 동시에, 빛 에너지를 전기로 변환하는 박막 태양 전지 모듈(20)에 의해 빛 에너지의 일부가 흡수되기 때문에, 온실 내에 열이 적게 축적되어 온실 내부 온도가 적절하게 조절된다. 또한, 박막 태양 전지 모듈(20)은 도시의 전력 망(power grid)에 병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결될 수 있고, 생성된 전기는 전지나 다른 적절한 수단에 저장될 수 있다. 이러한 방법으로, 본 발명의 태양광 온실은, 한편으로는 온실을 차광하는 종래의 방법에서 필요로 하는 추가 비용 없이 충분한 햇빛을 공급하고, 다른 한편으로는 햇빛을 전기로 변환한다.
도 1에 예시된 설비가 예를 들어 590m2의 면적에 자리하면, 온실의 크기는 94.5m X 6.25m이고, 각각의 하나의 박막 태양 전지 모듈(20)의 크기는 1300m X 1100m이다. 그 결과 온실은 333 개의 박막 태양 전지 모듈(20)을 수용할 수 있다. 각각의 박막 태양 전지 모듈(20)이 75W의 전기를 생성한다고 가정하면, 하나의 박막 태양 전지 모듈(20)의 연간 생산량은 25kW이고, 전체 박막 태양 전지 모듈(20)의 연간 생산량은 29,200kW이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 태양광 온실(1)에 의해 생성된 전기는, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 적절한 스텝에 의해 적당한 수의 인버터(inverter)와 컨버터(converter)가 구비된 전력 망(power grid)에 병렬 연결될 수 있다. 태양광 온실(1)의 박막 태양 전지 모듈(20)은 DC 단자(210)와 에너지 저장 시스템(290)에 전기적으로 연결될 수 있다. 에너지 저장 시스템(290)은 전지(battery), 충전기(charger) 및/또는 방전기(discharger)를 포함할 수 있다. AC 단자(213)는 부하(300)에 병렬 연결된다. DC 단자(210)와 AC 단자(213) 사이에는 양방향 DC/DC 트랜스포머(two-way DC/DC transformer, 211)와 DC/DC 인버터(DC/DC inverter, 212)가 있을 수 있다. 양 방향 트랜스포머를 사용하면, 박막 태양 전지 모듈(20)과 에너지 저장 시스템(290)으로부터 생성된 DC 전력이 부하(load, 300)를 위한 AC 전력으로 변환될 수 있다.
통풍 팬, 냉각 장치, 히터, 가습기, 스프링클러, LED와 같은 태양광 온실(1) 내의 모든 전자 기기들은 박막 태양 전지 모듈(20)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 본 발명의 태양광 온실(1)은, 에너지 절약, 광 대역 변조, 독자성의 이점 이외에도, 대도시나 산업 지역 부근의 농지에 세워진 온실의 전력 설비로서 구실할 수 있고, 주거 지역이나 산업 지역과 같은 다른 지역들에 많은 전기를 제공할 수 있다.
과거에는, 순수 태양 발전소가 충분한 전력을 생산하기 위해 많은 땅을 필요로 하고, 빛을 완전하게 차폐하는 비박막 태양 전지, 예를 들어 결정질의 실리콘 태양 전지를 사용하기 때문에, 햇빛의 부족으로 인하여 하부 토양이 농작, 원예 또는 수경에 부적합하게 된다. 이로 인해 태양 발전소가 대도시나 산업 지역 부근의 농자에 위치하기 보다는 도시에서 멀리 떨어진 곳에 위치한다. 멀리 떨어진 위치의 선택으로 인해 전력 수송에 있어서 많은 손실, 대략 20 - 30%의 평가 손실이 발생된다.
비교해 보면, 본 발명의 태양광 온실(1)은 대도시 또는 산업 지역 부근의 대농지에 위치할 수 있으며, 따라서 전력 손실이 최소화된다. 동시에 하부 토양은 여전히 농작, 원예 또는 수경에 적합하다. 전기 생성(electricity-generating)과 함께 농작은 하나의 단위 토지 당의 수입을 최대화시킨다. 환경 보전과 에너지 생성이 상호 배타적이지 않기 때문에, 본 발명은 매우 높은 산업상의 유용성을 가진다.
도 4는 본 발명의 태양광 온실의 다른 바람직한 실시 예를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 온실(1)은 박막 태양 전지 모듈(20)의 아래에 배치된 필터(120)를 더 포함할 수 있다. 햇빛(2)의 특정 대역(예를 들어 황색 광 또는 녹색 광)은, 자외선 같은 해로운 주파대(waveband)를 여과하기 위해, 박막 태양 전지 모듈(20)을 통과하고 메인 온실 프레임 구조(10)에 들어오기 전에 흡수된다. 따라서, 투과 광(3')은 해로운 주파대(waveband), 즉 자외선을 포함하지 않고, 식물의 광합성을 용이하게 하기 위한 유용한 주파대(예를 들어 청색 광 또는 적색 광)만을 포함한다. 결론적으로, 필터(120)는 광합성에 적합한 광 대역을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
도 4에 예시된 장치는 단지 온실에 제한되는 것이 아니며, 다른 애플리케이션들(applications)에 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 도 4에 예시된 장치는 건물 내부의 사람들이 해로운 자외선으로부터 해를 입지 않도록 보호하기 위해 통상의 건물에 사용될 수 있다. 필터(120)는 유리, 플라스틱, 편광자(polarizer) 또는 폴리머(polymer)로 제조될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 박막 태양 전지 모듈(20)의 유리에는 세륨 산화물(cerium oxide)이 거의 존재하지 않는다. 세륨 산화물은 자외선을 흡수하므로, 세륨 산화물은 자외선이 유리를 투과하지 못하도록 하고, 해로운 파장, 즉 자외선이 없는 상태에서 식물의 광합성을 용이하게 한다. 따라서, 세륨 산화물은 본 발명의 태양 전지의 실시 예에 있어서 바람직하지 않다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 유리는 대략 0.01%의 세륨 산화물을 포함하며, 더 바람직하게는 0.001%, 보다 더 바람직하게는 0.0005%, 그리고 가장 바람직하게는 0%의 세륨 산화물을 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 선택적인 실시 예에 있어서, 소량의 세륨 산화물을 사용하는 것이 가능하다. 제한을 가하지 않고 예를 들면, 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 유리는 0 - 0.2%의 세륨 산화물을 포함하며, 더 바람직하게는 0 - 0.1%, 그리고 가능하게는 0.001 - 0.09%의 세륨 산화물을 포함한다. 여기서의 모든 재료의 백분율은 중량 백분율이다. 여기서 사용된 세륨 산화물은 Ce2O3, CeO2 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 다른 예의 경우, 세륨 산화물을 포함하는 유리는 자외선 보호가 요구되는 온실 유리 공사(greenhouse glazings)와 같은 애플리케이션에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 면에 의하면, 박막 태양 전지는 단지 유리보다 무거우며, 이는 태양광 온실이 지어질 때 고려되어야 한다. 몇몇의 보다 추운 지역에서는 겨울에 눈이 오고 눈이 지붕에 쉽게 쌓인다. 눈은 태양광 온실에 추가 하중을 작용시키며, 잠재적으로 온실 구조에 손상을 가한다. 이러한 관점에서 도 5를 참조하면, 본 발명은 눈을 감지하고 제설하기 위한 추가적인 메커니즘을 제공한다. 예를 들면, 강설 감지기(91)는 박막 태양 전지 모듈(20) 또는 지붕에 쌓인 눈(93)을 유용하게 감지하며, 제설 기구(92)는 박막 태양 전지 모듈(20) 또는 지붕 위의 눈(93)을 유용하게 제거한다. 메커니즘은 폭설의 잠재적인 피해로부터 온실 구조를 보호하기 위해 적절하게 구동될 수 있다.
한편, 메커니즘은 쌓인 눈의 온도, 습도 또는 중량 한계치에 의해 적절하게 구동될 수 있다. 온도 감지기 또는 습도 감지기가 온도 또는 습도 한계치에 따라 눈이 온다고 판단하거나, 박막 태양 전지의 온도가 박막 태양 전지에 쌓인 눈에 의해 한계치까지 떨어지면, 제설 기구가 박막 태양 전지 또는 지붕 위의 눈을 제거하기 위해 강설 감지기에 의해 구동된다. 마찬가지로, 박막 태양 전지에 추가 하중, 예를 들어 쌓인 눈이 존재하면, 하중 센서가 제설 기구를 구동시킨다.
물 또는 눈은 열에 의해 쉽게 증발되기 때문에, 제설 기구는 히터로 열을 제공하는 것에 의해 쉽게 완성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 히터는 박막 태양 전지 모듈에 설치될 수 있다. 온실 구조 히터(green house structure heater)는 하나의 히터로 구비될 수 있다. 물질은 눈을 녹이기 위해 열을 전도한다. 또한, 메커니즘은 기계적 수단, 예를 들어 박막 태양 전지 또는 지붕 위의 눈을 치우는 로봇 메니퓰레이터(robot manipulator)일 수 있다.
또한, 박막 태양 전지 모듈의 효율을 증대시키기 위해, 박막 태양 전지 모듈은 틸팅 장치(tilting device)로 구비될 수 있다. 박막 태양 전지 모듈의 틸트 각(tilt angle)은 태양의 각도에 따라 조절된다. 틸팅 장치는 겨울철에 더 큰 틸트 각을 제공하여 눈이 지붕에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 메인 온실 프레임 구조의 내부 일단에 먼지 측정수단(1000)을 더 설치하며, 상기 먼지 측정수단(1000)의 측정 결과 기준이상의 먼지가 있는 것으로 판단되면 경보신호 출력부(2000)를 통해 경보신호를 출력하여 온실 프레임 구조의 내부에 미세먼지가 기준치 이상이므로 작업자가 대피하거나 먼지를 적절히 제거토록 유도한다.
본 발명의 먼지 측정수단(1000)은 적외선을 방출하기 위한 적외선 송신수단(A)과, 상기 적외선 송신수단과 대향되도록 위치하며 상기 적외선 송신수단으로부터 방출된 빛을 수신하여 그 수신량의 정도에 따라 먼지유입을 판단하도록 하기 위한 적외선 수신수단(B)과, 상기 적외선 수신수단(B)의 출력전압이 설정된 값보다 작으면 상기 적외선 송신수단(A)의 입력전압이 증가되도록 제어하기 위한 먼지 측정 제어부(C)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 적외선 송신수단(A)은 먼지 측정 제어부(C)로부터 적외선 송신 제어신호를 인가받아 적외선 송신량을 결정하여 변화된 적외선 송신량을 출력한다.
즉, 적외선 수신수단(B)의 결과값을 먼지 측정 제어부(C)에 전송하면, 먼지 측정 제어부(C)는 적외선 수신수단(B)의 데이터를 근거로 먼지 발생량을 예측하고, 먼지 발생량에 따라서 적외선 송신수단(A)에 제어신호를 출력하여 적외선 송신량을 조절하여 출력토록 유도하는 것이다.
즉, 먼지 측정 제어부에서 적외선 수신수단에서 출력되는 광량 데이터를 읽고, 이를 근거로 적외선 발광수단의 광량을 자동 제어하여 감도조절이 자동적으로 일정하게 유지되도록 하여 먼지로 인한 오염 상황에서도 먼지 검출을 최적의 감도상태로 유지하여 측정할 수 있도록 한 것이다.
다시말해서, 먼지 측정 제어부(C)는 적외선 수신수단(B)의 수신 광량이 미약하면 오염 정도가 높은 것으로 판단하여 보다 정밀한 먼지 측정을 위해서 적외선 송신수단(A)의 광량을 높이도록 제어신호를 출력하며, 적외선 수신수단(C)의 수신 광량이 너무 세면 오염이 없는 상태이나 정밀한 측정이 어려워지므로 적외선 송신수단(A)의 광량을 낮추도록 제어신호를 출력하는 것이다. 즉, 적외선 송신 광량을 적절한 상태로 유지할 필요가 있다. 그래야만 적외선 수신수단을 통해 측정되는 적외선량이 정확해져서 먼지 발생량을 보다 정밀하게 예측할 수 있다. 따라서, 본 발명의 먼지 측정 제어부에 의해서 측정되는 먼지량 데이터는 신뢰도가 높은 먼지 측정 결과를 출력할 수 있게 된다.
본 발명은 다수개의 오목렌즈가 탑재되어 적외선의 출력을 제한시키는 오목렌즈군(11)과;
상기 오목렌즈군에 근접되어 적외선을 출력시키는 적외선 송신소자(12)와;
상기 오목렌즈군의 일측에 설치되어 오목렌즈군을 유동시켜 적외선 출력이 조절되도록하되 온도의 변화량에 따라서 주변 온도가 높으면 오목렌즈군을 좌측으로 유동시켜 함몰각도가 낮은 렌즈로 적외선이 통과되도록함으로서 적외선 출력이 높아지도록 제어하고, 주변 온도가 낮으면 오목렌즈군을 우측으로 유동시켜 함몰각도가 높은 렌즈로 적외선이 통과되도록함으로서 적외선 출력이 낮아지도록 제어하는 형상기억 스프링(13)과;
상기 형상기억 스프링의 우측 끝단에 위치하여 형상기억 스프링의 움직임을 지지하는 고정부(14)를 포함하여 구성한다.
그리고, 상기 스프링과 고정부를 수납하는 하우징(15)과;
상기 하우징의 내측에 설치하되 형상기억 스프링의 일측에 설치되어 발열을 통해 형상기억 스프링을 강제로 팽창시켜 오목렌즈군을 좌측으로 이동시키고, 이에 따라 함몰각도가 낮은 렌즈로 적외선이 통과되도록하여 적외선 출력이 강제로 높아지도록 유도하는 발열수단(16)과;
상기 하우징의 내측에 설치하되 형상기억 스프링(13)의 타측에 설치되어 냉각열을 전달하여 형상기억 스프링(13)을 강제로 수축시켜 오목렌즈군을 우측으로 이동시키고, 이에 따라 함몰각도가 높은 렌즈와 적외선이 통과되도록하여 적외선 출력이 강제로 낮아지도록 유도하는 열전소자(17)와;
상기 발열수단과 열전소자에 전기적으로 연결되며, 먼지가 많을 경우 발열수단을 동작시켜 적외선 출력을 높이도록 제어하고, 먼지가 적을 경우 열전소자를 동작시켜 적외선 출력을 낮추도록 제어하는 송신제어부(18)를 포함하여 구성한다.
그리고, 상기 고정부(14)가 위치하는 하우징의 테두리에는 다수개의 홀(15a, 15b 15c)을 형성하고, 상기 홀에는 고정부(14)의 위치를 세팅하기 위한 자석(19)을 삽입 결합하여 이루어진다.
즉, 고정부(14)는 금속으로 구성하며, 자석(19)을 홀에 삽입하여 고정부를 임시 고정시킨다. 이에 따라 기온이 낮은 지역은 자석을 중앙홀(5b) 또는 왼쪽홀(15a)에 위치시켜 세팅하고, 기온이 높은 지역은 자석(19)을 중앙홀(5b) 또는 오른쪽(5c)에 위치시켜 세팅한다.
그러면 최초 송신소자(12) 위치가 오목렌즈군(11)의 중앙에 위치되고, 이후 온도변화에 따라서 적절히 팽창과 수축을 하여 먼지의 농도를 정확하게 판별할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 고정부(14)는 원터치에 의해서 결합토록 구성할 수 있는바, 고정부 케이스 내부에 설치되는 탄발 스프링(14a)과, 상기 탄발 스프링의 끝단부에 설치되는 슬라이딩 볼(14b)를 설치하여 구성하며, 하우징(15)에 딸깍 하면서 결합되도록 구성한다.
즉, 미리 하우징(15)에 일정 간격으로 홀을 형성하고, 상기 고정부를 움직이면서 슬라이딩 볼(15b)이 홀에 임시 결합되도록하고, 이때 탄발 스프링(14a)의 작용으로 슬라이딩 볼이 좌우로 펼쳐지면서 고정상태가 지속되도록 한 것이다.
이에 따라 고정부의 위치를 사용자가 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 것이 가능하다.
본 발명은 온도의 변화에 따라서 송신소자(12)의 출력이 자동으로 조절되도록 구성하였는바, 형상기억 스프링(13)이 기본 온도로 세팅되어 있으며, 이후 온도가 올라가면 형상기억 스프링이 늘어나면서 송신소자의 광을 줄여서 출력시키고, 온도가 내려가면 형상기억 스프링(13)이 줄어들면서 송신소자(12)의 광을 낮추어서 출력시킨다.
즉, 먼지는 기체속에 분포되기 때문에 온도가 올라가면 움직임이 활발해져서 송신소자(12)의 출력을 낮추었을때 보다 더 정밀한 먼지 농도를 채크할 수 있으며, 온도가 낮아지면 움직임이 둔해지기 때문에 송신소자(12)의 출력을 높였을때 보다 더 정밀한 먼지 농도를 체크할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 온도변화를 반영하여 오목렌즈군(11)을 유동시켜 먼지 농도를 보다 더 정확하게 파악할 수 있도록 한 것이다.
실제로의 동작을 살펴보면 먼저 기본적으로 오목렌즈군(11)의 가장 중심에 설치되는 제 3 오목렌즈(11c)를 통해 송신소자의 빛이 출력된다.
그리고, 주변 온도가 올라가면 형상기억 스프링이 팽창되면서 제 3 오목렌즈(11c)의 오른쪽에 위치하며 동시에 함몰각도가 제 3 오목렌즈(11c)보다 낮은 제 2 오목렌즈(11b)가 송신소자의 위치에 오게 되며, 이에 따라 송신소자(12)의 광 출력을 낮추어서 출력하게 된다. 그리고, 주변 온도가 내려가면 형상기억 스프링(13)이 수축되면서 제 3 오목렌즈(11c)의 왼쪽에 위치하며 동시에 함몰각도가 제 3 오목렌즈(11c)보다 높은 제 4 오목렌즈(11d)가 송신소자(12)의 위치에 오게 되며, 이에 따라 송신소자(12)의 광 출력을 높여서 출력하게 된다.
상기와 같이 본 발명은 주변 온도에 반응하여 형상기억 스프링(13)이 자동으로 팽창과 수축을 함으로서 먼지의 움직임에 따른 광량 변화를 촉진하여 보다 더 정밀한 먼지 농도를 파악할 수 있고, 보다 더 정확한 경보출력이 이루어진다.
한편, 본 발명은 먼지 농도에 따라 송신 제어부(18)가 강제로 오목렌즈군(11)을 움직여서 가장 정확한 먼지 농도를 파악할 수 있도록 구성하는바, 온도 변화가 없더라도 먼지의 농도에 따라 송신소자의 광량을 조절하여 정확한 먼지의 농도를 파악할 수 있도록 하였다.
즉, 본 발명은 적외선 송신수단의 광량 변화를 용이하게 하기 위해서 먼지 측정 제어부(C)가 제어신호를 출력하면 송신 제어부(18)에서 이를 인지하여 발열수단(16) 및 열전소자(17)를 구동하여 가장 적절한 적외선 송신이 이루어지도록 하였다.
먼저, 기본적으로 오목렌즈군(11)의 가장 중심에 설치되는 제 3 오목렌즈(11c)를 통해 적외선 광을 출력토록하며, 적외선 광을 조금 줄여서 출력해야할 경우 송신제어부(18)가 발열수단(16)을 가동시켜 열을 발생시켜 형상기억 스프링이 팽창되도록하고 이에 따라 송신소자(12)가 고정되어 있으므로 오목렌즈군(11)이 이동하되 제 3 오목렌즈(11c)의 오른쪽에 설치되는 제 2 오목렌즈(11b)가 송신소자(12) 위치로 움직이면서 송신소자의 출력광이 제 2 오목렌즈를 통해 출력된다.
그리고, 적외선 광을 더 많이 줄여서 출력해야할 경우 송신제어부(18)가 발열수단(16)을 가동시켜 열을 더 많이 발생시켜 형상기억 스프링(13)이 더 많이 팽창되도록하고 이에 따라 오목렌즈군(11)이 이동하되 제 1 오목렌즈(11a)가 송신소자(12)의 위치로 이동되도록 가열하며, 이에 따라 송신소자(12)의 광이 제 1 오목렌즈(11a)를 통해 출력한다.
그리고, 적외선 광을 높여서 출력해야할 경우 송신제어부(18)가 열전소자(17)를 구동하여 냉각열을 발생시켜 형상기억 스프링(13)이 수축되도록하고 이에 따라 오목렌즈군(11)이 이동하되 제 3 오목렌즈(11c)의 왼쪽이 설치되는 제 4 오목렌즈(11d)가 송신소자에 위치하며, 이에 따라 송신소자(12)의 광이 제 4 오목렌즈(11d)를 통해 출력된다.
그리고, 적외선 광을 더 높여서 출력해야할 경우 송신제어부(18)가 열전소자(17)를 구동하여 냉각열을 더 많이 발생시켜 형상기억 스프링(13)이 더 많이 수축되도록하고 이에 따라 오목렌즈군(11)이 이동하되 제 5 오목렌즈(11e)가 송신소자(12) 위치로 이동되며, 이에 따라 송신소자(12)의 광이 제 5 오목렌즈(11e)를 통해 광을 출력한다.
그리고, 상기 오목렌즈군은 중심부의 함몰 각도에 따라서 적외선 광의 출력 정도를 달리하도록 설계되며, 제 3 오목렌즈(11c)는 기본적으로 작동봉의 가장 중심에 설치되며 함몰각도를 25도로 형성시킨다.
그리고, 제 2 오목렌즈(11b)는 적외선 광을 조금 줄여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(11c)의 오른쪽에 설치되며 함몰각도를 15도로 형성시킨다.
그리고, 제 1 오목렌즈(11a)는 적외선 광을 더 많이 줄여서 출력해야할 경우에 사용되며 제 2 오목렌즈(11b)의 오른쪽에 설치되며 함몰각도를 5도로 형성시킨다.
그리고, 제 4 오목렌즈(11d)는 적외선 광을 더 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 3 오목렌즈(11c)의 왼쪽에 설치되며 함몰각도를 35도로 형성시킨다.
그리고, 제 5 오목렌즈(11e)는 적외선 광을 더 많이 높여서 출력해야할 경우에 사용되고, 제 4 오목렌즈(11d)의 왼쪽에 설치되며 함몰각도를 45도로 형성시킨다.
1 : 태양광 온실 10 : 메인 온실 프레임 구조
20 : 박막 태양 전지 모듈 30 : 통풍 창문
40 : 쉘터 50 : 단열 재료
60 : 직립 벽 70 : 통풍 팬
80 : LED 91 : 강설 감지기
92 : 제설 기구 93 : 눈
120 : 필터

Claims (4)

  1. 다수의 직립 벽들과, 상기 직립 벽들에 의해 지지되는 지붕을 포함하는 메인 온실 프레임 구조와;
    상기 지붕에 설치되며, 햇빛의 기선택된 광 대역을 선택적으로 흡수하여 태양 에너지를 전기로 변환하는 적어도 하나의 박막 태양 전지 모듈과;
    상기 메인 온실 프레임 구조의 내부 일단에 설치되어 먼지를 측정하고, 기준이상이면 경보신호를 출력하는 먼지 측정수단과;
    상기 먼지 측정수단에 전기적으로 연결되며 먼지 측정수단의 제어신호에 따라 외부로 경보신호를 출력하는 경보신호 출력부를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 박막 태양 전지 모듈에 의해 선택적으로 흡수된 상기 태양 에너지는 주어진 식물에 의한 광합성을 용이하게 하는 햇빛의 광 대역을 포함하고;

    상기 먼지 측정수단은,
    적외선을 방출하기 위한 적외선 송신수단(A)과, 상기 적외선 송신수단과 대향되도록 위치하며 상기 적외선 송신수단으로부터 방출된 빛을 수신하여 그 수신량의 정도에 따라 먼지유입을 판단하도록 하기 위한 적외선 수신수단(B)과, 상기 적외선 수신수단(B)의 출력전압이 설정된 값보다 작으면 상기 적외선 송신수단(A)의 입력전압이 증가되도록 제어하기 위한 먼지 측정 제어부(C)를 포함하여 구성하며;
    상기 적외선 송신수단(A)은,
    다수개의 오목렌즈가 탑재되어 적외선의 출력을 제한시키는 오목렌즈군과;
    상기 오목렌즈군에 근접되어 적외선을 출력시키는 적외선 송신소자와;
    상기 오목렌즈군의 일측에 설치되어 오목렌즈군을 유동시켜 적외선 출력이 조절되도록하되 온도의 변화량에 따라서 주변 온도가 높으면 오목렌즈군을 좌측으로 유동시켜 함몰각도가 낮은 렌즈로 적외선이 통과되도록함으로서 적외선 출력이 높아지도록 제어하고, 주변 온도가 낮으면 오목렌즈군을 우측으로 유동시켜 함몰각도가 높은 렌즈로 적외선이 통과되도록함으로서 적외선 출력이 낮아지도록 제어하는 형상기억 스프링과;
    상기 형상기억 스프링의 우측 끝단에 위치하여 형상기억 스프링의 움직임을 지지하는 고정부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈 및 이를 구비한 태양광 온실.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선 송신수단(A)은,
    상기 형상기억 스프링과 고정부를 수납하는 하우징과;
    상기 하우징의 내측에 설치하되 형상기억 스프링의 일측에 설치되어 발열을 통해 형상기억 스프링을 강제로 팽창시켜 오목렌즈군을 좌측으로 이동시키고, 이에 따라 함몰각도가 낮은 렌즈로 적외선이 통과되도록하여 적외선 출력이 강제로 높아지도록 유도하는 발열수단과;
    상기 하우징의 내측에 설치하되 형상기억 스프링의 타측에 설치되어 냉각열을 전달하여 형상기억 스프링을 강제로 수축시켜 오목렌즈군을 우측으로 이동시키고, 이에 따라 함몰각도가 높은 렌즈와 적외선이 통과되도록하여 적외선 출력이 강제로 낮아지도록 유도하는 열전소자와;
    상기 발열수단과 열전소자에 전기적으로 연결되며, 먼지가 많을 경우 발열수단을 동작시켜 적외선 출력을 높이도록 제어하고, 먼지가 적을 경우 열전소자를 동작시켜 적외선 출력을 낮추도록 제어하는 송신제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈 및 이를 구비한 태양광 온실.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부는,
    케이스의 내부에 설치되어 상하 양방향으로 탄발력을 제공하는 탄발 스프링(14a)과, 상기 탄발 스프링의 끝단부에 설치되어 탄발 스프링에 의해서 상하방향으로 밀리면서 하우징(15)에 임시 고정되는 슬라이딩 볼(14b)을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈 및 이를 구비한 태양광 온실.
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KR101875056B1 (ko) 2018-02-26 2018-07-06 (주)파코코리아인더스 실내 환기 시스템

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