KR102307511B1 - 영농형 태양광 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농작지 상측으로 기둥을 통해 태양광 패널이 설치되되, 태양광 패널 하측으로 형성된 레일을 통해 물이나 비료, 농약의 이동살포를 비롯하여 농자재 운반작업이 이루어지며 농업을 지원할 수 있는 영농형 태양광 시스템에 관한 것이다.

Description

영농형 태양광 시스템 {Farming type solar power generation system}

본 발명은 태양광 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 농작지 상측으로 기둥을 통해 태양광 패널이 설치되되, 태양광 패널 하측으로 형성된 레일을 통해 물이나 비료, 농약의 이동살포를 비롯하여 농자재 운반작업이 이루어지며 농업을 지원할 수 있는 영농형 태양광 시스템에 관한 것이다.

최근, 화석 연료의 고갈과 환경오염 문제 등이 심각한 수준에 이르게 되면서 신재생에너지의 활발한 보급 확대 정책과 설비투자가 활발히 이루어지며, 주요 신재생에너지 중 하나인 태양광 발전 기술에 대한 관심과 연구·개발이 활발히 진행되고 있다.

이에 정부차원의 활발한 지원으로 야산 등의 유휴지를 활용하여 태양광 발전단지가 많이 세워지고 있으며 건물의 지지구조나 옥상 등의 다양한 여유공간을 활용하여 태양광 모듈(module)이 설치되고 있다.

충분한 태양광 발전을 위해서는 많은 모듈(module)을 배치할 수 있는 넓은 면적의 공간이 필요한 상황에서 우리나라는 국토의 면적대비 농경지가 많은 상황으로 통상 광량이 양호한 곳에 농경지가 위치함에 따라 태양광 발전의 적합성이 검토되고 있다.

즉 농작지 상측으로 기둥 등의 구조물을 통해 태양광 모듈을 설치하는 것으로 태양광 모듈로 인한 그림자가 농작물의 생장을 방해할 수 있으므로 농작물에 그림자가 발생하는 것을 최소화하도록 부분적으로 모듈을 설치할 필요가 있다. 더불어 우천시 태양광 패널이 빗물을 막을 우려가 있을 뿐 아니라 비료나 농약을 기계적으로 살포함에 있어 기둥과 같은 설비에 의해 농작물에 균일한 살포가 이루어질 수 없다는 문제가 있어 이를 해소하기 위한 방안이 검토되고 있다.

공개특허공보 제10-2011-0012221호(2011.02.09)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 농작물 생장을 방해하지 않도록 태양광 패널을 간격을 두고 설치하되, 태양광 패널 하측으로 형성된 레일을 통해 물이나 비료, 농약의 이동살포를 비롯하여 농자재 운반작업이 이루어지며 다양한 작업을 지원할 수 있는 영농형 태양광 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 경작구역에 대응하여 설정된 간격으로 설치된 지주; 상기 지주 상단부에 설치되는 태양광 패널; 상기 태양광 패널 하측으로 결합하며 수평으로 경작구역에 따른 경로를 형성하며 설치되는 레일; 제1배터리와, 상기 레일에 접촉되는 롤러 및 제어신호에 따라 상기 롤러를 회전시키는 전동모터를 구비하여 상기 레일을 따라 이동하는 이동체; 상기 이동체에 탈착 가능하며, 물과 농약과 비료 중 선택되는 양액을 저장하는 용기와, 상기 용기에 수용된 양액을 하측으로 분출하되 제어신호를 통해 개폐되는 분출부를 구비한 공급부; 상기 레일 경로에 구비되며 상기 제1배터리의 충전을 위한 충전부와, 상기 용기에 양액을 보충하는 보충부를 구비한 스테이션; 상기 이동체에 탑재되며, 상기 제1배터리의 잔량 및 용기의 양액 레벨을 모니터링하는 감지부와, 상기 감지부의 감지결과에 따라 상기 이동체를 상기 스테이션으로 이동시켜 충전 또는 양액 보충이 이루어지도록 하는 제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 제어부는, 상기 이동체의 위치를 파악하여 시간에 따라 저장하는 위치확인부와, 무선방식으로 제어신호를 인가받아 설정된 경로로 상기 이동체를 제어하는 통신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 경작구역을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 촬영 영상을 분석하여 작물위치에 대응하여 상기 분출부를 개방하는 영상분석부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 태양광 패널로부터 공급된 전력을 저장하는 제2배터리와, 경작구역의 수위를 감지하는 수위감지부와, 이상 수위감지에 따른 경보신호를 생성하여 지정된 단말기로 전송하는 경보부를 구비하는 감시모듈; 을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 경작구역의 배수로에 설치되며 전동방식으로 개폐되는 수문과, 경작구역의 배수 기능을 수행하도록 설치된 펌프와, 상기 수위감지부와 연계하여 설정된 수위를 유지하도록 상기 수문 및 펌프를 제어하는 수위조절부를 구비한 배수모듈; 을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명을 통해 일사조건이 양호한 지역에서 농업과 동시에 태양광 발전이 가능하여 효율적인 농경지의 이용이 이루어질 수 있으며, 태양광 패널 하측으로 형성된 레일을 통해 물이나 비료, 농약의 이동살포를 비롯하여 농자재 운반작업이 이루어질 수 있어 효과적인 농업업무가 진행될 수 있다.

또한, 본 발명과의 연계를 통해 홍수나 가뭄 등의 상황에 신속히 대응하여 침수 피해를 줄이거나 필요한 작물에 물을 공급하는 조치를 함으로 피해를 예방할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널 설치 모습을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레일 및 이동체의 모습을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동체의 모습을 나타낸 부분 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어체계를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 영농형 태양광 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 개념도로서, 본 발명은 논, 밭을 비롯하여 과수원 등과 같은 농업용 경작지에 태양광 패널(2)을 설치하여 일사조건 및 토지활용을 효율적으로 하면서 이러한 구조물과 연계하여 농사를 위한 다양한 작업을 지원할 수 있는 영농형 태양광 시스템이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널 설치 모습을 나타낸 사시도로서, 기본적으로 경작구역에 대응하여 농지에 설정된 간격으로 지주(1)를 설치한 후, 상기 지주(1) 상단부에 태양광 패널(2)을 설치한 형태를 갖게 된다.

즉 태양광 패널(2) 하측에 경작구역이 설정되어 농업이 이루어지는 것으로, 태양광 패널(2)의 간격이 좁을 경우 그림자가 생겨 농작물 생장에 필요한 충분한 일사량을 확보할 수 없으므로 작물재배에 필요한 일사조건을 고려하여 적정 간격을 갖도록 태양광 패널(2)을 배치하게 된다.

또한, 사람이나 농업용 장비의 통행을 비롯하여 후술되는 레일(3)과 이동체(4)의 설치를 고려하여 상기 지주(1)는 경작구역 외측에 위치하도록 설치하여 간섭 및 불편함이 없도록 하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 첨부된 도면과 같이 경작구역 외측으로 한 쌍의 지주(1) 사이에 경작구역 상측을 가로지르는 형태로 수평구조체를 설치한 후 이에 태양광 패널(2)을 설치함으로 하부 공간 활용도를 크게 향상시킬 수 있다.

특히 농업용지는 사람의 통행을 위한 통로를 중심으로 경작구역이 형성됨에 따라 이러한 구조를 고려하여 통로 위치에 대응하도록 지주(1) 및 태양광 패널(2)의 배치가 이루어질 필요가 있으며 이를 통해 농업에 지장을 줄이면서도 태양광 발전을 통한 토지 활용도를 크게 높일 수 있을 뿐 아니라 태양광 패널(2)로 인해 부분적으로 생성되는 그늘로 인해 하절기 태양광으로 인한 작업자의 보호 및 일사병을 방지할 수 있는 부가효과도 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레일 및 이동체의 모습을 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동체의 모습을 나타낸 부분 사시도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어체계를 나타낸 블록도이다.

본 발명에서는 상기 태양광 패널(2) 하측으로 경작구역에 따른 경로를 형성하는 레일(3)이 수평방향으로 설치된다. 상기 레일(3)은 후술되는 이동체(4)가 결합하여 이동경로가 되는 구조체로, 물이나 비료, 농약 중 선택되는 양액 살포를 고려하여 가급적 경작구역 형태를 반영하여 작물 상부를 모두 지날 수 있도록 설치하게 된다. 또한, 이동체(4)의 이동 및 양액 살포에 지장을 주지 않도록 태양광 패널(2)을 지지하는 수평구조체의 하측에 레일(3)의 상측이 매달려 고정되는 형태로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 레일(3)을 따라 이동할 수 있는 이동체(4)는 제어신호에 따라 전동방식으로 이동하도록 구성되며, 이를 위해 제1배터리(41)와, 상기 레일(3)에 접촉되는 롤러(42) 및 제어신호에 따라 상기 롤러(42)를 회전시키는 전동모터(43)를 구비한다. 또한, 농사일에 필요한 농기구를 비롯하여 다양한 물건의 이송이 가능하도록 고리 등의 형상을 하는 체결부(44)를 비롯하여 큰 하중의 물건도 레일(3)을 통해 형성된 경로 상에 원활히 이송할 수 있도록 전동모터(43) 및 롤러(42) 사이에 감속기어가 구성될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 상기 이동체(4)에는 물과 농약과 비료 중 선택되는 양액을 공급하기 위한 공급부(5)가 탈착 가능한 형태로 구성된다. 상기 공급부(5)는 기본적으로 일정량의 양액을 저장할 수 있는 용기(51)를 비롯하여 상기 용기(51)에 수용된 양액을 하측으로 분출하되 제어신호를 통해 개폐되는 분출부(52)를 구비하게 된다.

또한, 상기 이동체(4)에 걸리는 하중은 제1배터리(41)의 전력소모로 이어짐에 따라 양액을 경작지에 공급할 필요가 있는 경우에 상기 공급부(5)를 이동체에 결합할 수 있으며, 상기 공급부(5)를 이동체(4)에 결합 또는 분리한 상태에서 체결부(44)를 통한 물건의 이송은 상시 가능하도록 구성될 수도 있다.

상기 용기(51)는 필요시 양액을 보충할 수 있도록 상측으로 주입구(511)가 형성되며, 솔레노이드밸브를 구비하여 제어신호에 대응하여 양액의 분출이 이루어져 통로와 같이 농작물이 없는 부분에서는 양액 분출을 막아 양액의 낭비를 줄일 수 있다.

또한, 수용된 양액을 상기 분출부(52)를 통해 농작물에 분출함에 있어 바람직하게는 이동방향과 수직을 이루는 횡 방향의 배관인 분출관(521) 하측에 복수의 분출공(522)을 형성하는 형태로 분출 범위를 넓힘으로 상기 레일(3)을 통해 형성되는 경로 간격을 넓히며 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 양액의 분사를 위해 별도의 공급펌프를 구비하여 분사압력을 높일 수도 있으나 이동체(4) 및 공급부(5)가 농작물 상측에 위치함에 따라 중력을 통해 자연스럽게 양액의 분출이 이루어질 수 있도록 구성할 수도 있다.

이때 경작구역이 넓을수록, 작업 중량이 클수록 상기 제1배터리(41)의 소모가 빠를 뿐 아니라 상기 용기(51)에 수용 가능한 양액도 한정됨에 따라 본 발명에서는 상기 레일(3) 경로 상에 제1배터리(41)의 충전 및 용기(51)에 양액 보충을 위한 스테이션(6)이 구비된다.

구체적으로 상기 스테이션(6)은 상기 제1배터리(41)의 충전을 위한 충전부(61)와, 상기 용기(51)에 양액을 보충하는 보충부(62)를 구비하게 된다. 상기 충전부(61)는 기본적으로 상기 태양광 패널(2)을 통해 생산된 전력 내지는 이를 저장해 놓은 전력을 비롯하여 이의 사용이 용이하지 않은 경우 상용전력을 통해 상기 제1배터리(41)를 충전할 수 있도록 구성된다. 이동체가 접촉함에 따라 함께 접촉되는 단자를 통해 충전전력을 제1배터리(41)를 공급하는 전통적인 배터리 충전방식을 적용하는 것도 가능하나, 실외에 설치되는 점을 감안하여 상기 충전부(61)와 제1배터리(41)의 충전단자가 모두 방수구조의 커버를 구비한 상태에서 상기 충전부(61)에 전원이 인가되는 1차 코일을, 상기 제1배터리(41)의 충전단자에는 1차 코일로부터 전자기 유도방식으로 전원을 인가받는 2차 코일을 설치함으로 전극의 노출과 직접 접촉 없이도 충전이 이루어질 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 보충부(62)는 상기 주입구(511)에 대응하는 위치에 형성되어 양액이 수용되며 상대적으로 큰 탱크(63)나 양액을 공급하기 위한 별도의 배관을 통해 용기(51)에 양액을 보충하게 되며, 상기 이동체(4)가 스테이션(6)에 위치한 것을 인지함에 따라 개방되는 밸브(64)를 통해 양액의 공급이 자동으로 이루어질 수 있도록 한다.

첨부된 도면에서는 두 개의 스테이션을 도시하고 있으나 상기 레일(3)의 길이에 대응하여 스테이션(6)을 설정된 간격으로 복수로 구비하여 현재 위치로부터 가까운 스테이션을 활용할 수 있도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 이동체(4)에는 양액의 살포 중 제1배터리(41)의 전원 또는 용기(51)의 양액 부족시 현재 위치를 저장한 후 상기 이동체(4)를 상기 스테이션(6)으로 이동시켜 충전 또는 양액 보충이 이루어지도록 하는 제어부(7)가 탑재된다.

이를 위해 상기 제어부(7)는 기본적으로 상기 제1배터리(41)의 잔량 및 용기(51)의 양액 레벨을 모니터링하는 감지부(71)를 비롯하여 이동체(4)의 위치를 파악하여 시간에 따라 저장하는 위치확인부(72)를 구비한다. 즉 상기 감지부(71)는 상기 제1배터리(41)의 전압, 전류를 비롯하여 상기 용기(51)에 수용된 양액의 양을 측정하기 위한 센서를 구비하며, 상기 감지부(71)의 감지결과에 따라 제1배터리(41)의 충전 또는 양액의 보충이 필요하다고 판단시 현재 위치를 저장 후 이동체(4)를 스테이션(6)으로 이동시켜 제1배터리(41)의 충전 또는 양액을 보충한 후 저장된 위치에서부터 다시 양액을 분출시키며 이동하게 된다.

이때 상기 위치확인부(72)는 기본적으로 GPS 모듈을 적용하여 이동체(4)의 위치를 파악할 수 있으며, 이외에도 이동체(4)가 레일을 따라 이동함에 따라 상기 롤러(42)의 회전수를 측정하여 이동거리를 산출하는 카운터 방식도 적용할 수 있다.

더불어 본 발명에서 상기 제어부(7)는 원격제어를 비롯하여 양액의 효율적인 분출을 위해 무선방식으로 제어신호를 인가받아 설정된 경로로 상기 이동체(4)를 제어하는 통신부(73)와, 경작구역을 촬영하는 카메라(74)와, 상기 카메라(74)의 촬영 영상을 분석하여 작물위치에 대응하여 상기 분출부(52)를 개방하는 영상분석부(75)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 이동체(4)는 양액의 분출뿐 아니라 물건의 이송도 가능함에 따라 사용자가 필요에 따라 이동체(4)의 이동제어와 경로설정이 이루어질 필요가 있으며 이러한 조작은 별도의 리모컨이나 단말기(M)를 통해 무선통신 방식으로 이루어질 필요가 있다. 상기 통신부(73)는 이를 지원하기 위한 상용의 무선통신모듈로 이루어지며 특히 스마트폰의 애플리케이션 등과 연동하여 사용자가 이동체(4)의 이동제어 및 경로를 설정하여 이를 제어신호로 전송할 수 있도록 구성할 수 있다.

또한, 앞서 언급한 바와 같이 양액을 작물에 공급함에 있어 통로를 비롯한 작물이 없는 부분에는 양액을 공급하지 않음으로 양액의 낭비를 막고 효율적인 관리가 이루어질 수 있다. 이를 통해 상기 카메라(74)를 통해 이동체 하측을 촬영하되, 영상분석부(75)를 통해 촬영된 영상을 분석 작물을 인식하여 작물이 존재하는 위치에서만 상기 분출부(52)를 개방하여 양액의 공급이 이루어질 수 있다.

더불어, 촬영된 영상을 상기 통신부(73)를 통해 사용자의 스마트폰 등으로 전송하여 작물 상태의 파악이 이루어질 수 있다. 특히 가뭄 등으로 물 공급이 급한 경우 작물의 상태를 상기 카메라(74)를 통해 확인 후 필요한 작물에 물 공급이 이루어지도록 하는 조치도 가능하다.

또한, 본 발명이 적용되는 경작지가 논과 같이 일정기간 물이 상시 필요한 장소일 경우를 비롯하여 호우로 인한 침수 피해를 방지하기 위한 목적으로 별도의 감시모듈(8) 및 배수모듈(9)을 구비하여 동작 연계가 이루어져 가뭄이나 홍수로 인한 피해를 예방할 수 있다.

상기 감시모듈(8)은 물이 수용된 논은 수위가 낮거나 호우 등으로 수위가 높은 것을 감지하여 경보하기 위한 구성으로, 상기 태양광 패널(2)로부터 공급된 전력을 저장하는 제2배터리(81)와, 경작구역의 수위를 감지하는 수위감지부(82)와, 이상 수위감지에 따른 경보신호를 생성하여 지정된 단말기(M)로 전송하는 경보부(83)를 구비한다.

상기 배수모듈(9)은 경작구역에 미리 구비된 배수로에 설치되는 구성으로, 전동방식으로 개폐되는 수문(91)과, 경작구역의 배수 기능을 수행하도록 설치된 펌프(92)와, 상기 수위감지부(82)와 연계하여 설정된 수위를 유지하도록 상기 수문(91) 및 펌프(92)를 제어하는 수위조절부(93)를 구비한다.

이러한 감시모듈(8) 및 배수모듈(9)의 연계를 통해 수위의 조절이 필요한 농경지에서 호우나 가뭄에 따른 수위 변화를 원격으로 빠르게 인지하고 조치할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 지주 2: 태양광 패널
3: 레일 4: 이동체
41: 제1배터리 42: 롤러
43: 전동모터 44: 체결부
5: 공급부 51: 용기
511: 주입구 52: 분출부
521: 분출관 522: 분출공
6: 스테이션 61: 충전부
62: 보충부 63: 탱크
64: 밸브 7: 제어부
71: 감지부 72: 위치확인부
73: 통신부 74: 카메라
75: 영상분석부 8: 감시모듈
81: 제2배터리 82: 수위감지부
83: 경보부 9: 배수모듈
91: 수문 92: 펌프
93: 수위조절부 M: 단말기

Claims (5)

1. 경작구역에 대응하여 설정된 간격으로 설치된 지주(1);
   한 쌍의 지주(1) 사이에 경작구역 상측을 가로지르는 형태로 설치된 수평구조체 및 상기 수평구조체에 설치되는 태양광 패널(2);
   상기 태양광 패널(2) 하측으로 결합하며 수평으로 경작구역에 따른 경로를 형성하며 설치되는 레일(3);
   방수구조의 커버를 구비한 충전단자로서 2차 코일이 설치된 제1배터리(41)와, 상기 레일(3)에 접촉되는 롤러(42) 및 제어신호에 따라 상기 롤러(42)를 회전시키는 전동모터(43)와, 물건의 이송을 위한 고리형상의 체결부(44)를 구비하여 상기 레일(3)을 따라 이동하는 이동체(4);
   상기 이동체(4)에 탈착 가능하며, 물과 농약과 비료 중 선택되는 양액을 저장하는 용기(51)와, 상기 용기(51)에 수용된 양액을 하측으로 분출하되 제어신호를 통해 개폐되는 분출부(52)를 구비한 공급부(5);
   상기 레일(3) 경로에 구비되며 방수구조의 커버를 구비하고 상기 2차 코일에 전자기 유도방식으로 전원을 인가하는 1차 코일이 설치되어 상기 제1배터리(41)를 충전하는 충전부(61)와, 상기 이동체(4)가 위치한 것을 인지함에 따라 개방되는 밸브(64)를 통해 상기 용기(51)에 양액을 보충하는 보충부(62)를 구비한 스테이션(6);
   상기 이동체(4)에 탑재되며, 상기 제1배터리(41)의 잔량 및 용기(51)의 양액 레벨을 모니터링하는 감지부(71)와, 상기 롤러(42)의 회전수를 측정하여 이동거리를 산출하는 카운터 방식으로 상기 이동체(4)의 위치를 파악하여 시간에 따라 저장하는 위치확인부(72)와, 무선방식으로 제어신호를 인가받아 설정된 경로로 상기 이동체(4)를 제어하는 통신부(73)와, 경작구역을 촬영하는 카메라(74)와, 상기 카메라(74)의 촬영 영상을 분석하여 작물이 존재하는 위치에서만 상기 분출부(52)를 개방하는 영상분석부(75)를 구비하며, 상기 감지부의 감지결과에 따라 현재 위치를 저장 후 상기 이동체(4)를 상기 스테이션(6)으로 이동시켜 충전 또는 양액 보충 후 저장된 위치에서부터 다시 양액을 분출시키며 이동이 이루어지도록 하는 제어부(7); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영농형 태양광 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 태양광 패널(2)로부터 공급된 전력을 저장하는 제2배터리(81)와, 경작구역의 수위를 감지하는 수위감지부(82)와, 이상 수위감지에 따른 경보신호를 생성하여 지정된 단말기로 전송하는 경보부(83)를 구비하는 감시모듈(8); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영농형 태양광 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   경작구역의 배수로에 설치되며 전동방식으로 개폐되는 수문(91)과, 경작구역의 배수 기능을 수행하도록 설치된 펌프(92)와, 상기 수위감지부(82)와 연계하여 설정된 수위를 유지하도록 상기 수문(91) 및 펌프(92)를 제어하는 수위조절부(93)를 구비한 배수모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영농형 태양광 시스템.

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