KR102063115B1 - 태양광발전 병행 식물공장 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광이 효과적으로 유입되어 식물이 충분한 광합성 작용을 할 수 있을 뿐만 아니라 난방비를 절감할 수 있는 태양광발전 병행 식물공장에 관한 것으로, 식물 재배를 위한 다수의 식물재배기를 구비한 식물공장에 있어서, 공장의 지붕에는 태양광을 집광하는 집광판넬을 설치하여 태양광 발전하는 태양광발전장치를 구비하고, 일조량이 상대적으로 많은 벽면을 투명창으로 구성하고, 상기 투명창의 외부에는 투명창을 가려 보온을 위한 커버판넬을 더 구비하되, 커버판넬의 안쪽에는 태양광을 반사시키는 전면반사시트가 더 구비되고, 온실의 내벽에는 내부반사시트가 구비되어 전면반사시트와 내부반사시트에 의해 반사된 태양광의 방향을 조절함에 의해 식물에 공급되는 태양광을 조절할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

Description

태양광발전 병행 식물공장{plant factory with the sunlight generation}
본 발명은 태양광발전 병행 식물공장에 관한 것으로, 상세하게는 태양광이 효과적으로 유입되어 식물이 충분한 광합성 작용을 할 수 있을 뿐만 아니라 난방비를 절감할 수 있는 태양광발전 병행 식물공장에 관한 것이다.
보다 상세하게 본 발명은 집광판을 구비하여 여름철 직사광으로 인한 천정부위의 온도상승을 막을 수 있고, 유동형으로 판넬을 설치함에 따라 실내 광량을 조정할 수 있게 함과 동시에 반사판에 의하여 열의 실내유입을 막을 수 있어 동절기에는 온도저하를 막고 난방효율을 높일 수 있으며, 실내이므로 온도 및 습도 등의 관리 및 새균이나 병충해를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 발전과 재배를 병행할 수 있는 태양광발전 병행 식물공장에 관한 것이다.
또한 본 발명은 수경재배기와 물고기 수조를 구비하여 물고기의 배설물이나 사료찌꺼기 등으로 인하여 암모니아나 아질산 등의 오염물질의 발생을 방지하기 위하여 광합성균 등 미생물을 사용하여 수질을 정화하고, 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 액상 비료화하여 식물을 키우며, 정화된 물을 다시 물고기 기르는 자연친화적인 태양광발전 병행 식물공장에 관한 것이다.
전통적으로 식물의 재내는 노지에서 이루어졌으나, 식물을 보다 빨리 수시로 생산하기 위한 수단으로 비닐하우스나 인공광을 이용한 식물공장이 개발되어 있다.
이러한 비닐하우스 유리온실의 경우 시설비가 저렴한 반면에 동절기에는 온도저하로 인하여 난방비가 많이 들고, 하절기에는 직사광으로 인하여 온도가 상승하고 채소들이 타는 현상이 발생하여 냉방과 더불어 광량을 조절하는 차광망을 설치하고 이들을 관리하여야 하는 번거로움이 있다.
이에 관리가 용이한 식물 공장이 많이 개발되고 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.
특허문헌 1은 다각형 형상의 상면과 하면, 및 상기 상면과 상기 하면을 연결하는 측면으로 구성되는 셀부의 측면을 구성하는 외피부를 포함하고, 외피부는 플라스틱 시트를 소정 간격으로 배치하여 이루어진 외측의 외부판 및 내측의 내부판을 구비하고, 외부판과 내부판의 사이에는 공기가 순환되는 식물 공장이고,
특허문헌 2는 다수의 층으로 구성된 식물공장에 있어서, 식물공장의 상층 식물재배실과 하층 식물재배실의 사이에 농가주택이나 다세대 농가주택을 건축시키고 상층 식물재배실과 하층 식물재배실이 환풍닥터로 연결되게 하고 공기 배출구를 설치한 후 송풍기를 장착시켜서 가동시킴으로써 상하층의 식물재배실의 공기가 강제 순환되도록 구성시킨 농가 주택과 결합된 식물공장이며,
특허문헌 3은 식물 재배를 위한 식물공장에 있어서, 내부에 수납공간을 갖고, 하부에는 식물 배지를 수용한 트레이의 반입 및 반출을 위한 투입구가 형성되며, 빛의 투과가 가능하도록 투명 또는 반투명의 재질로 이루어진 하우징과; 하우징의 수납공간에서 수직하게 설치되되 동력을 받아 회전 가능하도록 설치된 회전샤프트와; 하우징의 수납공간에서 회전샤프트에 결합된 상태로 다단 설치되어 회전샤프트의 회전시 함께 회전하고 상면에는 식물 배지를 수용한 복수의 트레이가 로딩되는 회전판과; 수납공간 내부에 설치되어 회전판 상면으로 빛을 조사할 수 있도록 한 내부 광원과; 하우징의 내벽에 설치되고 외부의 광원으로부터 조사되는 빛을 반사하여 조사 방향을 변환시켜주는 복수의 반사판과; 투입구를 통해 반입되는 트레이를 회전판으로 이송하여 로딩하고, 회전판에 로딩된 트레이를 언로딩하여 이송하고 투입구를 통해 반출하는 이송 가이드를 포함하여 구성된 식물공장이다.
이러한 식물공장들은 관리가 쉽기는 하지만, 초기 투자비가 너무 많이 소요되고, 좁은 다단형 방식으로 구성되어 작업이 불편하며, 인공광을 사용하기 위한 전기료가 많이 소모되는 단점이 있다.
이러한 단점을 개성하기 위해 태양광발전시설을 접목시킨 기술이 개발되고 있고, 그 예로 특허문헌 4 내지 5가 있다.
특허문헌 4는 복수 개의 태양전지모듈들과; 태양전지모듈들의 수광면이 남쪽을 향하여 경사를 이루어 태양전지모듈들을 지지하도록 지면에 설치되는 지지프레임부와; 지지프레임부가 설치된 지면과 태양전지모듈들 사이에 설치되는 작물재배온실을 포함하며, 지지프레임부는, 지면에 2열 이상으로 배치되어 설치되는 프레임기둥부들과, 프레임기둥부들에 결합되며 남쪽을 향하여 경사를 이루어 설치되는 복수의 모듈지지부들을 포함하며, 지지프레임부는, 바형태의 부재들이 용접 또는 조립되어 이루어지며, 복수의 태양전지모듈들은, 모듈지지부 상에 지지되어 설치되며, 남쪽에서 보았을 때 전방으로부터 2개 이상의 열을 이루어 배치되며, 각 열의 태양전지모듈들은, 2열 이상의 태양전지모듈들의 배치에 의하여 각 열 사이로 작물재배온실에 태양광이 조사될 수 있도록, 이웃하는 열의 태양전지모듈들과 간격을 두고 배치된 작물재배온실을 구비한 태양전지발전시설물이고,
특허문헌 5는 지면에 설치되어 온실을 형성하는 온실과, 온실의 수직지지프레임에 결합되는 태양전지구조물을 포함하며, 태양전지구조물은 북쪽을 향하는 면에서 하나 이상의 팬이 설치됨으로써, 팬에 의하여 태양전지 모듈을 향하여 공기유동을 형성한 작물재배온실을 구비한 태양전지발전시설물이다.
이와 같이 가능한 에너지를 절감할 수 있도록 태양발전시설을 겸한 온실이 개발도 되고 있으나, 이들은 대부분 태양광을 집광하기 위한 집광판이 지붕을 이루고 있음에 따라 태양광이 식물에게 공급되지 못하여 식물이 충분한 광합성을 할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1226031호 대한민국 공개특허 제10-2013-0030912호 대한민국 등록특허 제10-1458589호 대한민국 등록특허 제10-1212647호 대한민국 등록특허 제10-1274199호
본 발명은 상기한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 태양광이 효과적으로 유입되어 식물이 충분한 광합성 작용을 할 수 있을 뿐만 아니라 난방비를 절감할 수 있는 태양광발전 병행 식물공장을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 수경재배기와 물고기수조를 구비하여 물고기의 배설물이나 사료찌꺼기 등으로 인하여 암모니아나 아질산 등의 오염물질의 발생을 방지하기 위하여 광합성균 등 미생물을 사용하여 수질을 정화하고, 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 액상 비료화하여 식물을 키우며, 정화된 물을 다시 물고기 기르는 자연친화적인 태양광발전 병행 식물공장을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장은 식물재배를 위한 다수의 식물재배기를 구비한 식물공장에 있어서, 온실의 지붕에는 태양광을 집광하는 집광판넬을 설치하여 태양광 발전하는 태양광발전장치를 구비하고, 일조량이 상대적으로 많은 벽면을 투명창으로 구성하여 태양광이 온실 내부의 식물 식물재배기에 쪼이게 하였고, 상기 투명창의 외부에는 투명창을 가려 보온을 위한 커버판넬을 더 구비하되, 커버판넬의 안쪽에는 태양광을 반사시키는 전면반사시트가 더 구비되고, 온실의 내벽에는 내부반사시트가 구비되어 전면반사시트에 의해 반사된 태양광의 방향을 조절함에 의해 태양광이 실내내부로 유입되게 하여 식물의 광합성 작용이 충분히 이루어질 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
상기 식물공장의 내부에는 물고기수조를 더 구비할 수 있다.
상기 식물재배기는 하부에 양액저장통을 구비하여 물고기수조에서 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 액상 비료화한 양액이 저장되고, 양액저장통에 저장된 양액을 식물재배기의 식물에 공급할 수 있게 할 수 있다.
상기 양액저장통과 물고기수조 사이에는 양액저장통에서 비료화된 양액을 여과하여 물고기수조로 공급하기 위한 여과조가 더 구비할 수 있다.
상기 양액저장통들에는 식물애 공급되는 영양분의 농도를 감지하기 위한 센서를 더 구비하고, 일측에는 해당 식물에 필요한 영양분 공급수단을 구비하며, 온실의 내부 일측에는 제어박스를 구비하며, 각 식물재배기에서 재배되는 식물에 필요한 영양분 정보가 제어박스의 설정 및 저장되어 센서에서 감지된 영양분 중 부족한 영양분을 공급할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장은 남쪽을 향한 전면을 투명창으로 구성하여 태양광이 온실의 내부로 용이하게 유입되게 함에 따라 식물이 충분한 광합성 작용을 할 수 있을 뿐만 아니라 난방비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전면에 반사시트가 부탁된 판넬을 설치하여 필요에 따라 투명창을 가리거나 외부의 태양광을 반사시켜 온실내부로 유입되게 함에 의해 보다 효율적으로 태양광을 온실 내부에 유입시켜 식물의 광합성을 촉진시킴은 물론, 온실 내부온도를 일정하게 유지시킬 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 물고기 수조를 구비하되, 식물재배기에 양액을 공급하는 양액저장통을 통해 물고기의 배설물이나 사료찌꺼기 등으로 인하여 암모니아나 아질산 등의 오염물질의 발생을 방지하기 위하여 광합성균 등 미생물을 사용하여 수질을 정화하고, 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 액상 비료화하여 식물을 키울 수 있게 함에 따라 자연친화적인 온실을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장의 일예의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장의 일예의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장의 다른 일예의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장의 다른 일예의 단면도
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장의 다른 일예에서 전면판넬의 작동상태를 도시한 단면도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 태양광이 효과적으로 유입되어 식물이 충분한 광합성 작용을 할 수 있을 뿐만 아니라 난방비를 절감할 수 있다.
또한, 물고기의 배설물이나 사료찌꺼기 등으로 인하여 암모니아나 아질산 등의 오염물질의 발생을 방지하기 위하여 광합성균 등 미생물을 사용하여 수질을 정화하고, 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 분해함에 의해 액상 비료화하여 식물을 키우며, 정화된 물을 다시 물고기 기를 수 있다.
물론, 하절기에는 태양광을 차단시켜 지나친 태양광에 의해 식물이 말라 죽는 것을 방지하였다.
본 발명에 따른 태양광발전 병행 식물공장은 도 1내지 도 5에 도시한 바와 같이, 식물 재배를 위한 다수의 식물재배기(30)을 구비한 온실에 있어서, 온실의 지붕에는 태양광을 집광하는 집광판넬(21)을 설치하여 태양광 발전하는 태양광발전장치(20)를 구비하고, 일조량이 상대적으로 많은 벽면을 투명창(10c)으로 구성하여 태양광이 온실 내부의 식물 식물재배기(30)에 쪼이게 하였다.
상기 투명창(10c)은 일조량이 많은 방향의 벽면의 일부 또는 전체에 설치될 수 있고, 대한민국을 비롯한 동남아의 경우에는 남쪽이나 남동쪽을 향한 벽면이 될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 상기 투명창(10c)은 온실의 강도나 내구성에 영향을 주지 않는 온실의 전면 및 측면의 일부에 설치될 수 있다.
물론 온실의 지붕 위에는 다수의 집광판넬(21)이 설치되어 있음에 따라 투명창을 설치할 수 없으나 집광효율에 영향을 주지 않을 경우 일부를 투명창으로 설치할 수도 있다.
상기 온실의 지붕과 측벽은 벽판넬(10w)를 설치하여 외부의 열기나 냉기가 유입되지 않게 하는 것이 바람직하다. 물론 프레임에 의해 벽판넬들이 지지되고, 일측에는 출입문(미 도시)이 설치되어 있다.
상기와 같이 구성된 온실의 투명창(10c)이 설치된 부분의 외부에는 개폐가능하게 커버판넬(60)이 설치되어 있다.
상기 커버판넬(60)의 1차적인 목적은 하절기에는 지나치게 태양광이 온실 내부로 유입되는 것을 차단하고, 동절기에는 외부의 냉기가 온실 내부로 유입되는 것을 차단하기 위한 것이다.
즉, 하절기 한낮의 경우 온실 태양광에 의해 온실 전체가 가열된 상태이므로 투명창으로 태양광이 입사되면 온실 내부가 지나치게 과열되어 식물 및 물고기가 폐사할 수 있음에 따라 태양광을 차단하고, 동절기 야간은 외부의 냉기가 온실의 내부로 유입되는 것을 차단하기 위한 것이다.
상기 커버판넬(60)의 다른 목적은 태양광이 약한 시간에 태양광을 온실 내부로 유입시키는 기능을 한다. 즉, 동절기의 한낮은 태양광이 충분하지만 온실로 입사되는 방향이 투명창이 설치된 방향과 다름에 따라 태양광이 온실 내부로 유입되지 못하게 된다. 이에 따라 태양광을 반사시켜 온실의 내부로 유입되게 하는 기능을 커버판넬이 구비하고 있으며, 이를 위해 커버판넬(60)의 내면에는 전면반사시트(61)가 설치되어 있다.
또한, 상기 전면반사시트에 의해 반사된 태양광이 식물재배기와 물고기수조측으로 전달되게 하기 위하여 온실의 내벽에는 내부반사시트(11)가 구비되어 있다.
이렇게 전면반사시트와 내부반사시트를 구비함에 의해 도 5에 도시한 바와 같이, 외부의 태양광이 반사되어 식물재배기와 물고기수조로 공급되는 것이다.
상기 커버판넬(60)은 다양한 방법으로 개폐될 수 있으나, 일예는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 일단을 회동가능하게 고정시키고 타단에 와이어(62)를 설치하여 와이어를 당기거나 풀어 줌에 의해 개폐시키거나 각도를 조절할 수 있다.
상기 와이어(62)는 권취휠이 설치된 모터의 구동에 의해 당기거나 풀어줄 수 있다.
상기 식물재배기(30)는 식물이 재재되는 토양의 역할을 하는 것이고, 본 발명에서는 수경재배 기술을 이용한 것이므로 수경재배기이고, 바람직하게는 분무수경재배기이다.
이러한 식물재배기(30)는 식물에 양액을 공급하기 위한 시설이 필요하고, 이를 위해 하부에 양액저장통(31)을 구비하고 있다.
상기 양액저장통(31)에 저장되는 양액은 물고기수조(40)에서 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 광합성균을 포함하는 미생물을 이용하여 액상 비료화한 양액을 포함하고, 양액저장통에 저장된 양액을 식물재배기의 식물에 공급할 수 있게 하였다.
물론, 물고기수조(40)에서 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 액상 비료화하기 위해서는 발효조 등이 더 설치될 수 있으며, 액상 비료화된 양액은 각 양액저장통(31)으로 이동하여 각 식물재배기의 식물에 공급된다.
양액저장통의 양액을 식물에 공급하기 위해서는 펌프나 분사노즐 등과 같은 양액공급수단이 구비되어야 하고 이는 양액 재배에서 이미 사용되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
물론, 물고기수조, 양액저장통 사이에도 배관이 설치되어 양액 또는 물의 흐름이 이루어지는 것은 자명한 것이다.
또한, 상기 양액저장통에 저장된 양액은 물고기수조를 순환하고, 이렇게 순환되는 양액 중에는 물고기들에게 악영향을 주는 성분이 포함될 수 있다. 이에 따라 상기 양액저장통과 물고기수조(40) 사이에는 양액저장통에서 비료화된 양액을 여과하여 물고기수조로 공급하기 위한 여과조(50)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 여과조(50)는 이물질 분리를 위한 침전조, 물고기에게 악영향을 주는 성분을 희석 또는 여과하기 위한 여과조 등으로 이루어질 수 있다.
상기 양액저장통들에는 식물에 공급되는 영양분의 농도를 감지하기 위한 센서를 더 구비하고, 일측에는 해당 식물에 필요한 영양분 공급수단을 구비하고 있다. 공급수단은 상기한 분사노즐 또는 미스트분무기 등이 사용될 수 있다.
또한, 온실의 내부 일측에는 제어박스(12)를 구비하며, 각 식물재배기에서 재배되는 식물에 필요한 영양분 정보가 이 제어박스의 설정 및 저장되어 센서에서 감지된 영양분 중 부족한 영양분을 공급할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
물론, 상기 제어박스는 일조량, 외기 온도 또는 태양광의 조사 방향에 따라 상기 커버판넬의 개폐, 경사를 조절할 수 있도록 와이어 구동 모터의 구동을 제어하기도 한다.
상기 제어박스(12)는 실내에 설치된 각종 센서에서 감지된 실내환경 즉, 실내 온도, 습도, 이산화탄소량, 조도 등을 분석 및 통계 내고, 이 정보를 이용하여 재배되는 식물에 최적의 조건으로 환경을 제어할 수 있다.
10: 온실 10c: 투명창 10w: 벽판넬
11: 내부반사시트 12: 제어박스
20: 태양광발전장치 21: 집광판넬
30: 식물재배기 31: 양액저장통
40: 물고기수조
50: 여과수조
60: 커버판넬 61: 전면반사시트

Claims (5)

  1. 식물 재배를 위한 다수의 식물재배기(30)를 구비한 식물공장으로, 온실의 지붕에는 태양광을 집광하는 집광판넬(21)을 설치하여 태양광 발전하는 태양광발전장치(20)를 구비하고, 온실의 일측 벽면을 투명창(10c)으로 구성하여 태양광이 온실 내부의 식물재배기(30)에 쪼이게 하고,
    상기 식물재배기(30)의 하부에는 양액저장통(31)을 더 구비하고, 일측에는 물고기수조(40)를 구비하여, 상기 물고기수조에서 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 광합성균을 포함하는 미생물을 이용하여 분해하여 액상 비료화한 양액이 저장되고, 물고기양식으로 생기는 배설물 및 사료찌꺼기를 미생물을 이용하여 액상 비료화하기 위해서는 발효조를 더 구비하며, 발효된 액상화비료는 양액저장통에 저장되어 식물재배기의 식물에 공급할 수 있게 하였고,
    상기 양액저장통과 물고기수조(40) 사이에는 양액저장통에서 비료화된 양액을 여과하여 물고기수조로 공급하기 위한 여과조(50)가 더 구비한 식물공장에 있어서,
    상기 투명창(10c)은 상대적으로 일조량이 많은 측벽에 설치되고,
    상기 투명창의 바깥에 설치되고, 전면하단이 회동가능하게 힌지 고정되어, 투명창을 가려 보온할 수 있게 한 커버판넬(60),
    상기 커버판넬의 안쪽면에 설치되어 태양광을 공장의 안쪽으로 반사시키는 전면반사시트(61),
    온실의 내벽에 설치되어 상기 전면반사시트에 의해 반사된 빛을 식물을 향해 반사시키는 내부반사시트(11), 및
    모터의 구동에 의해 권취휠에 감기거나 풀려 일단이 회동가능하게 설치된 투명창의 타단을 당기거나 밀어줌에 의해 투명창을 개폐시키거나 각도를 조절하는 와이어(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 병행 식물공장.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양액저장통들에는 식물에 공급되는 영양분의 농도를 감지하기 위한 센서를 더 구비하고, 일측에는 해당 식물에 필요한 영양분 공급하기 위한 영양분공급수단를 구비하고, 온실의 내부 일측에는 제어박스(12)를 구비하며, 영양분 농도 감지센서에서 감지된 영양분의 농도에 따라 각 식물재배기에서 재배되는 식물에 필요한 영양분 정보가 제어박스의 설정 및 저장된 정보와 대비되어 양액저장통의 영양분 중 부족한 영양분을 공급할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 태양광발전 병행 식물공장.
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