KR102655894B1 - 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템 - Google Patents
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Abstract
컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템을 개시한다.
본 실시예는 우수를 이용한 수력발전을 태양광, 풍력발전과 융합하여 태양광과 풍력을 사용하지 못할 때, 즉 비가 올 때 우수를 활용하여 에너지를 얻어서 기상 환경 요인에 영향을 받지 않고 컨테이너베이스 스마트팜으로 하이브리드 에너지를 제공하도록 하는 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템을 제공한다.
본 실시예는 우수를 이용한 수력발전을 태양광, 풍력발전과 융합하여 태양광과 풍력을 사용하지 못할 때, 즉 비가 올 때 우수를 활용하여 에너지를 얻어서 기상 환경 요인에 영향을 받지 않고 컨테이너베이스 스마트팜으로 하이브리드 에너지를 제공하도록 하는 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템을 제공한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 컨테이너 스마트팜에 있어서 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
컨테이너 스마트팜 운영에서는 에너지 관리가 상당히 중요하다. 하지만, 종래의 신재생 에너지 활용 방식의 태양광, 풍력발전을 이용한 스마트팜은 비가 오거나 흐린 날에는 태양광 발전을 바람이 불지 않는 날에는 풍력발전을 할 수 없는 등 기상 환경 요인에 따라 에너지 공급이 원활하지 않아 스마트팜 가동을 할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 종래의 문제점을 보완하기 위해 우천시 우수를 활용(순환)한 신재생 에너지 수력을 활용하여 에너지를 공급하려는 기술을 필요로 한다.
본 실시예는 우수를 이용한 수력발전을 태양광, 풍력발전과 융합하여 태양광과 풍력을 사용하지 못할 때, 즉 비가 올 때 우수를 활용하여 에너지를 얻어서 기상 환경 요인에 영향을 받지 않고 컨테이너베이스 스마트팜으로 하이브리드 에너지를 제공하도록 하는 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 우천시 빗물을 받는 물받이; 상기 빗물을 저장하는 상부 컨테이너 물탱크; 상기 상부 컨테이너 물탱크로부터 상기 빗물을 입력받아 저장하는 하부 컨테이너 물탱크; 상기 상부 컨테이너 물탱크의 하부와 상기 하부 컨테이너 물탱크의 상부 일측을 내부적으로 연결하며, 상기 상부 컨테이너 물탱크의 하부로부터 배출되는 상기 빗물을 통과시켜서 상기 하부 컨테이너 물탱크의 상부로 전달하는 수력 발전용 관로; 상기 수력 발전용 관로 상의 내부에 설치되어 상기 빗물의 낙차로 인해 블레이드를 회전시킨 내부 관로 운동 에너지를 생성하여 전달하는 내부 관로 수차; 상기 상부 컨테이너 물탱크로부터 배출되는 상기 빗물을 작물로 공급하는 재배시설; 상기 상부 컨테이너 물탱크의 상부, 상기 하부 컨테이너 물탱크의 상부 타측을 외부와 연결하며, 상기 상부 컨테이너 물탱크의 상부로부터 배출되는 상기 빗물을 통과시켜서 외부로 배출하는 외부 배출용 관로; 상기 외부 배출용 관로 상의 내부에 설치되어 상기 빗물의 낙차로 인해 블레이드를 회전시킨 외부 관로 운동 에너지를 생성하여 전달하는 외부 관로 수차; 상기 내부 관로 운동 에너지 및 상기 외부 관로 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기; 상기 전기 에너지를 저장하는 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 우수를 이용한 수력발전을 태양광, 풍력발전과 융합하여 태양광과 풍력을 사용하지 못할 때, 즉 비가 올 때 우수를 활용하여 에너지를 얻어서 기상 환경 요인에 영향을 받지 않고 컨테이너베이스 스마트팜으로 하이브리드 에너지를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 상부 컨테이너 물탱크에 저장된 물의 낙차 에너지를 동력에너지로 전환한 후 발전기를 가동하여 전기를 발생시키는 수력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 관로의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 수력발전장치 수차를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치와 풍력발전 장치로 기존의 태양광 패널과 풍차를 이용한 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 관리실과 재배시설 내부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치의 내부 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 상부 컨테이너 물탱크에 저장된 물의 낙차 에너지를 동력에너지로 전환한 후 발전기를 가동하여 전기를 발생시키는 수력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 관로의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 수력발전장치 수차를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치와 풍력발전 장치로 기존의 태양광 패널과 풍차를 이용한 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 관리실과 재배시설 내부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치의 내부 모듈을 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 컨테이너 상부에 태양광 패널(102)과 풍력 발전기(104)를 설치하여 스마트팜 운영에 필요한 전기에너지를 얻어 배터리(108)에 저장한다.
하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 태양광 패널(102)과 풍력 발전기(104)를 쓸 수 없는 상황(비가 오는 경우나 흐린 날씨)에서 물받이(120)를 이용하여 상부 컨테이너 물탱크(130)에 물을 저장하다가 물의 유동을 이용하여 컨테이너 내부의 반동수차, 관로 내의 수평축 수력발전기(프로펠러, 충동수차 등)를 가동해 스마트팜 운영 전력 에너지를 얻는다.
따라서, 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 날씨와 무관하게 컨테이너 스마트팜 운영에 필요한 에너지를 자립형(제로 에너지화)으로 생성한다.
하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 태양광, 풍력, 수력 이용해 기상 환경 변화에 대응하여 스마트팜에 필요한 에너지를 자립형(제로 에너지)으로 공급하므로, 컨테이너 스마트팜으로 운용에 필요한 에너지비용을 절감할 수 있다.
하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 흐리고 바람이 불지 않고 비가 오지 않는 날을 대비하여 배터리(108)에 전력을 저장한 후 저장된 전력을 에너지로 사용하거나 펌프(112)를 이용해 하부의 물을 끌어 올려 수력발전을 수행하는 등 비상시에도 에너지를 공급받을 수 있다.
하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 우수를 활용하여 화장실 등의 잡용수와 재배용의 재배용수로 활용할 수 있다. 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 완전한 제로 에너지화 컨테이너 스마트팜이 가능하므로 전력과 농업용수가 없는 지역에서도 설치와 운용을 할 수 있다. 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 우수를 식수, 잡용수 및 재배용수로 활용하여 자립형 컨테이너 스마트팜을 구축할 수 있다.
본 실시예에 따른 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 태양광 패널(102), 풍력 발전기(104), 인버터(106), 배터리(108), 발전기(110), 펌프(112), 물받이(120), 상부 컨테이너 물탱크(130), 하부 컨테이너 물탱크(140), 이송관(170), 외부 배출용 관로(162), 수력 발전용 관로(164), 관리실(180), 재배시설(150)을 포함한다. 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
태양광 패널(102)은 상부 컨테이너 물탱크(130) 상면에 설치되어, 태양광을 흡수하면서 발생한 광전 효과로 직류 전력을 생성한다. 풍력 발전기(104)는 상부 컨테이너 물탱크(130) 상면에 설치되어, 풍력으로 인해 블레이드를 회전시킨 풍력 발전 운동 에너지를 생성한다. 태양광 패널(102)과 풍력 발전기(104)는 스마트팜 운영에 필요한 전기에너지를 생성하여 배터리(108)에 저장한다.
인버터(106)는 태양광 패널(102)로부터 공급받은 직류 전력을 교류 전력을 변환한다.
배터리(108)는 발전기(110)로부터 공급받은 전기 에너지를 저장한다. 배터리(108)는 발전기(110)로부터 입력되는 전력을 충전한다. 배터리(108)는 발전기(110)와 연결되어 발전기(110)로부터 전력을 공급받아 충전한다. 배터리(108)는 충전한 전력을 각 사용처에 공급할 수 있다.
발전기(110)는 운동 에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발전시킨다. 발전기(110)는 생성한 전기를 각 사용처에 필요한 전력을 공급한다. 발전기(110)는 생성된 전력량이 각 사용처에서 필요한 전력량을 초과한 경우 전력을 배터리(108)에 충전하도록 제어한다. 발전기(110)는 생성된 전력량이 각 사용처에서 필요한 전력량 이하로 발전량이 부족한 경우 전력을 펌프(112)를 가동해 하부 컨테이너 물탱크(140)의 물을 상부 컨테이너 물탱크(130)에 이송시켜 수력발전을 하여 스마트팜 운영에 부족한 전력을 보충한다.
발전기(110)는 제1 운동 에너지 전송장치(212)로부터 획득한 상부 컨테이너 운동 에너지(제1 운동 에너지)를 전기 에너지로 전환한다. 발전기(110)는 제2 운동 에너지 전송장치(222)로부터 획득한 내부 관로 운동 에너지(제2 운동 에너지)를 전기 에너지로 전환한다. 발전기(110)는 제3 운동 에너지 전송장치(232)로부터 획득한 하부 컨테이너 운동 에너지(제3 운동 에너지)를 전기 에너지로 전환한다. 발전기(110)는 제4 운동 에너지 전송장치(242)로부터 획득한 외부 관로 운동 에너지(제4 운동 에너지)를 전기 에너지로 전환한다. 발전기(110)는 풍력 발전기(104)로부터 획득한 풍력 발전 운동 에너지를 전기 에너지로 전환한다.
펌프(112)는 하부 컨테이너 물탱크(140)에 저장된 빗물을 상부 컨테이너 물탱크(130)로 공급한다.
물받이(120)는 우천시 빗물을 받아서 상부 컨테이너 물탱크(130)로 공급한다. 물받이(120)는 상부 컨테이너 물탱크(130) 상부에 위치하고 우천시 더 많은 우수를 모아 상부 컨테이너 물탱크(130) 내에 우수를 저장한다.
상부 컨테이너 물탱크(130)는 컨테이너 형태로 제작되어 물받이(120)로부터 공급받은 빗물을 저장한다. 상부 컨테이너 물탱크(130)는 내부에 저장된 빗물이 기 설정된 최대 용량을 초과하면, 상부 컨테이너 물탱크(130)에 저장된 빗물이 상부의 타측에 연결된 외부 배출용 관로(162)를 통과하여 외부로 배출되도록 하는 구조를 갖는다.
하부 컨테이너 물탱크(140)는 컨테이너 형태로 제작되어, 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 빗물을 입력받아 저장한다. 하부 컨테이너 물탱크(140)는 내부에 저장된 상기 빗물이 기 설정된 최대 용량을 초과하면, 하부 컨테이너 물탱크(140)에 저장된 빗물이 상부의 타측에 연결된 외부 배출용 관로(162)를 통과하여 외부로 배출되도록 하는 구조를 갖는다.
상부 컨테이너 물탱크(130), 재배시설(150), 하부 컨테이너 물탱크(140)는 컨테이너를 적층하는 형태로 구현할 수 있다.
이송관(170)은 하부 컨테이너 물탱크(140)의 하부와 상부 컨테이너 물탱크(130)의 상부를 연결한다.
외부 배출용 관로(162)는 상부 컨테이너 물탱크(130)의 상부, 하부 컨테이너 물탱크(140)의 상부 타측을 외부와 연결한다. 외부 배출용 관로(162)는 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 배출되는 빗물을 통과시켜서 외부로 배출시킨다.
수력 발전용 관로(164)는 상부 컨테이너 물탱크(130)의 하부와 하부 컨테이너 물탱크(140)의 상부 일측을 내부적으로 연결한다. 수력 발전용 관로(164)는 상부 컨테이너 물탱크(130)의 하부로부터 배출되는 빗물을 통과시켜서 하부 컨테이너 물탱크(140)의 상부로 전달한다.
관리실(180)은 제어부(640)를 포함한 주요 시설을 포함한다. 제어부(640)는 관리실(180) 내부에 구현된다. 제어부(640)는 비가 오는 등 날씨 상황에 따라 태양광 패널(102)과 풍력 발전기(104)를 이용할 수 없을 때, 물받이(120)를 이용하여 상부 컨테이너 물탱크(130)에 모은 우수를 수력 발전용 관로(164)로 방출하면서 수력발전으로 전기에너지를 획득한다.
제어부(640)는 수력발전용 우수를 스마트팜 내의 각 사용처로 이동시켜 수력발전을 하면서 식수, 화장실 등의 잡용수와 재배용의 재배용수로 활용할 수 있다.
제어부(640)는 비가 오는 날씨에 따라 태양광 패널(102)로 인한 태양광 발전과 풍력 발전기(104)로 인한 풍력 발전을 이용할 수 없을 때, 상부 컨테이너 물탱크(130)에 저장된 빗물을 수력 발전용 관로(164)로 방출하도록 하여 수력발전으로 인한 전기 에너지가 획득되도록 한다.
제어부(640)는 하부 컨테이너 물탱크(140)에 모인 빗물이 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 펌프(112)를 이용해 이송관(170)을 거쳐 상부 컨테이너 물탱크(130)로 공급하여 수력발전으로 재이용하도록 한다.
재배시설(150)은 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 배출되는 빗물을 작물로 공급한다.
도 2는 본 실시예에 따른 상부 컨테이너 물탱크에 저장된 물의 낙차 에너지를 동력에너지로 전환한 후 발전기를 가동하여 전기를 발생시키는 수력 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 하이브리드 에너지 제공 시스템(100)은 내부의 물 이동에 따른 수력 발전을 위해 복수의 수차(제1 수차(210), 제2 수차(220), 제3 수차(230), 제4 수차(240))를 포함한다.
제어부(640)는 수력 발전용 관로(164) 내의 차단막(214)을 개방시켜서 상부 컨테이너 물탱크(130)에 저장된 우수가 수력 발전용 관로(164)를 통과하여 하부 컨테이너 물탱크(140)로 이동하도록 한다.
제1 수차(210)는 상부 컨테이너 물탱크(130) 내부에 존재한다. 제1 수차(210)는 상부 컨테이너 물탱크(130) 내부에 저장된 물이 수력 발전용 관로(164)로 방출하면서 발생하는 수류 에너지에 의하여 운동 에너지를 얻어 수력발전을 한다. 제1 운동 에너지 전송장치(212)는 제1 수차(210)와 쌍을 이루어 모듈 형태로 탑재 가능하다.
제1 수차(상부 컨테이너 수차)(210)는 상부 컨테이너 물탱크 내부에 배치되어, 상부 컨테이너 물탱크(130) 내부에 저장된 빗물을 수력 발전용 관로(164)로 배출할 때 발생하는 수류로 인해 블레이드를 회전하여 상부 컨테이너 운동 에너지를 획득한다. 제1 수차(210)는 프란시스 수차(Francis Aberration)인 반동 수차로 구현될 수 있다. 발전기(110)는 상부 컨테이너 운동 에너지(제1 운동 에너지)를 전기 에너지로 전환한다.
제2 수차(220)는 내부 관로 수차로서, 수력 발전용 관로(164) 내부에 존재한다. 제2 수차(220)는 차단막(214)이 열리면서 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 물이 빠져나가면서 발생하는 수류 에너지에 의해 회전하면서 수력발전으로 전기 에너지로 전환한다. 제2 수차(220)는 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 수력 발전용 관로(164)를 통과하여 하부 컨테이너 물탱크(140)로 이동하는 우수의 낙차 에너지에 의해 회전하면서 수력발전을 한다.
제2 수차(내부 관로 수차)(220)는 수력 발전용 관로(164) 상의 내부에 설치되어 빗물의 낙차로 인해 블레이드를 회전시킨 내부 관로 운동 에너지(제2 운동 에너지)를 생성한다. 제2 수차는 프로렐러 수차(Propeller Aberration)로 구현될 수 있다.
제2 운동 에너지 전송장치(222)는 제2 수차(220)와 쌍을 이루어 모듈 형태로 탑재 가능하다. 제2 운동 에너지 전송장치(222)는 내부 관로 운동 에너지(제2 운동 에너지)를 발전기(110)로 전달한다.
제어부(640)는 수력발전으로 하부 컨테이너 물탱크(140)에 모인 우수가 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 펌프(112)를 이용해 이송관(170)를 거쳐 자동으로 상부 컨테이너 물탱크(130)로 이송시켜서 수력발전으로 재이용하거나 재배용수, 잡용수로 배출한다.
외부 배출용 관로(162)는 상부 컨테이너 물탱크(130)에서 넘치는 물과 잡용수 및 재배용수로 사용된 물, 하부 컨테이너 물탱크(140)의 오래된 물을 외부로 배출한다.
제어부(640)는 상부 컨테이너 물탱크(130)가 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 외부 배출용 관로(162)를 이용하여 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 물을 외부로 배출시킨다.
제어부(640)는 상부 컨테이너 물탱크(130) 내에 저장된 빗물이 기 설정된 임계 용량 이상으로 저장된 경우, 수력 발전용 관로(164) 내에 설치된 차단막(214)을 개방하여 상부 컨테이너 물탱크(130)에 저장된 빗물이 수력 발전용 관로를 통과하여 하부 컨테이너 물탱크(140)로 이동하면서 제2 수차(220)로 인한 내부 관로 운동 에너지(제2 운동 에너지)가 생성되도록 한다.
제3 수차(230)는 하부 컨테이너 물탱크(140) 내부에 존재한다. 제3 수차(230)는 하부 컨테이너 물탱크(140)로부터 외부 배출용 관로(162)로 물이 배출될 때 물의 이동으로 인해 수차를 회전시켜 수력발전을 수행한다.
제3 수차(하부 컨테이너 수차)(230)는 하부 컨테이너 물탱크(140) 내부에 배치되어, 하부 컨테이너 물탱크(140) 내부에 저장된 상기 빗물을 외부 배출용 관로(162)로 배출할 때 발생하는 수류로 인해 블레이드를 회전하여 하부 컨테이너 운동 에너지를 획득한다. 제3 수차는 프란시스 수차(Francis Aberration)인 반동 수차로 구현될 수 있다. 발전기(110)는 하부 컨테이너 운동 에너지(제3 운동 에너지)를 전기 에너지로 전환한다.
제어부(640)는 수력발전으로 하부 컨테이너 물탱크(140)에 모인 우수가 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 외부 배출용 관로(162)로 물을 배출하여 수력발전 및 재배용수, 잡용수로 재이용한다.
제4 수차(240)는 외부 관로 수차로서, 외부 배출용 관로(162) 내부에 존재한다. 제4 수차(240)는 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 외부 배출용 관로(162)로 배출되는 물의 낙차를 이용해 수차를 회전시켜 수력발전을 수행한다.
제4 수차(외부 관로 수차)(240)는 외부 배출용 관로 상의 내부에 설치되어 빗물의 낙차로 인해 블레이드를 회전시킨 외부 관로 운동 에너지(제4 운동 에너지)를 생성한다. 제4 수차는 펠턴 수차(Pelton Aberration)인 충동 수차로 구현될 수 있다.
제4 운동 에너지 전송장치(242)는 제4 수차(240)와 쌍을 이루어 모듈 형태로 탑재 가능하다. 제4 운동 에너지 전송장치(242)는 제4 수차(240)의 회전으로 발생한 운동 에너지를 발전기(110)로 전달한다. 제4 운동 에너지 전송장치(242)는 외부 관로 운동 에너지(제4 운동 에너지)를 발전기(110)로 전달한다.
도 3은 본 실시예에 따른 관로의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
제2 수차(220)는 프로펠러 수차의 형태인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 수차(220)는 수력 발전용 관로(164)를 지나는 물의 낙차 에너지에 의해 회전을 하게 되고 운동 에너지를 발생시킨다.
제2 운동 에너지 전송장치(222)는 제2 수차(220)가 회전하면서 발생한 운동 에너지를 발전기(110)로 전달하여 발전기(110)가 작동하도록 하여 운동 에너지를 전기에너지로 변환한다.
수력 발전용 관로(164)는 내부에 제2 수차(220)를 설치하여 구조적으로 경사지도록 하여 수압이 증가되는 구조를 갖도록 하여 발전량을 높이도록 한다.
도 4는 본 실시예에 따른 수력발전장치 수차를 나타낸 도면이다.
상부 컨테이너 물탱크(130) 내부에 설치되는 제1 수차(210)와 하부 컨테이너 물탱크(140) 내부에 설치되는 제3 수차(230)는 도 4의 (a)에 도시된 반동 수차 형태를 갖는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 수차(210), 제3 수차는 물을 방출하면서 발생하는 수류 에너지로 인해 블레이드가 회전하면서 운동 에너지를 발생시킨다.
외부 배출용 관로(162) 내부에 설치되는 제4 수차(240)는 도 4의 (b)에 도시된 충동 수차 형태를 갖는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 수차(240)는 충동 수차의 형태로서, 외부 배출용 관로(162)로 물이 배출되면서 발생하는 물의 낙차 에너지를 이용해 수차의 블레이드를 회전시켜 운동 에너지를 발생시킨다.
수력 발전용 관로(164) 내부에 설치되는 제2 수차(220)는 도 4의 (c)에 도시된 프로펠로 수차 형태를 갖는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 수차(220)는 물의 낙차로 인해 프로펠러가 회전하면서 운동 에너지를 발생시킨다. 제2 수차(220)는 프로펠러가 회전하면서 발생한 운동 에너지를 제2 운동 에너지 전송장치(222)로 전달한다. 제2 운동 에너지 전송장치(222)는 운동 에너지를 발전기(110)로 전달한다. 발전기(110)는 제2 운동 에너지 전송장치(222)로부터 수신된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
도 5는 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치와 풍력발전 장치로 기존의 태양광 패널과 풍차를 이용한 발전 장치를 나타낸 도면이다.
태양광 패널(102)은 상부 컨테이너 물탱크(130)의 상부에 설치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 태양광 패널(102)은 높은 곳에 설치되어 태양광을 흡수하여 광전 효과에 의해 전기를 생성하고 생성한 전기를 인버터(106)를 경유하여 배터리(108)로 전달한다. 배터리(108)는 태양광 패널(102)로부터 수신한 전기를 저장한다.
풍력 발전기(104)는 상부 컨테이너 물탱크(130)의 상부에 설치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 풍력 발전기(104)는 더 많은 바람을 받을 수 있는 위치(높은 고도)에 설치되는 것이 바람직하다. 풍력 발전기(104)는 바람에 의해 블레이드가 회전하여 발생하는 운동 에너지를 인버터(106)를 경유하여 발전기(110)로 전송하여 발전기(110)가 가동하도록 한다.
발전기(110)는 운동 에너지를 전기 에너지를 전환한 후 배터리(108)에 저장한다. 인버터(106)는 태양광 패널(102)과 풍력 발전기(104)의 모터 회전속도를 제어하고 생성된 전기를 각 시설에 필요한 전압으로 변환한다.
도 6은 본 실시예에 따른 관리실과 재배시설 내부를 나타낸 도면이다.
관리실(180)은 제어부(640)를 포함한다. 관리실(180)은 시스템제어, 작물관리, 주방/화장실(650), 사무공간 등의 공간으로 이용된다. 본 실시예에 따른 관리실(180)은 내부 관로(610), 정화장치(620), 제어부(640)를 포함한다.
내부 관로(610)는 수력 발전용 관로(164)와 외부 배출용 관로(162)를 연결한다. 정화장치(620)는 내부 관로(610)에 연결되어, 수력 발전용 관로(164)를 통과하는 빗물을 정화한 후 주방화장실(650)로 공급한다.
제어부(640)는 양액 공급장치(630)를 제어하고 물의 유입량과 양액 혼합량을 측정한다. 제어부(640)는 작물 성장상태를 모니터링 하여 양액 혼합량 증가하거나 감소하도록 조절한다. 제어부(640)는 작물 재배실의 온도, 습도, CO2를 측정하여 각 작물 재배에 맞는 값으로 환경을 제어한다. 제어부(640), 양액 공급장치(630)는 외부에 구현된 발전기(110)로부터 전력을 공급받아 동작한다. 제어부(640), 양액 공급장치(630)는 발전기(110)로부터 동작에 필요한 전력량만큼의 전력을 공급받지 못하는 경우, 배터리(108)로부터 충전된 전력을 공급받을 수 있다.
제어부(640)는 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 우수를 내부 관로(610)를 경유하여 시설에 필요한 식수, 잡용수 및 재배용수를 공급한다. 제어부(640)는 내부 관로(610)를 통과하는 우수를 잡용수로 화장실 등과 정화장치(620)를 이용해 생활용수 및 식수로 활용할 수 있도록 한다.
제어부(640)는 재배용수로 사용되는 물을 양액 공급장치(630)를 이용하여 각 작물에 맞는 양액을 비율에 맞게 혼합하여 작물 재배틀(662,664,666)과 연결된 관을 통해 작물에 물과 양액을 공급한다. 제어부(640)는 잡용수 및 재배용수로 사용된 물은 외부 배출용 관로(162)를 이용하여 배출한다.
본 실시예에 따른 재배시설(150)은 내부 관로(610), 양액 공급장치, 작물 재배틀(662,664,666)을 포함한다.
양액 공급장치(630)는 내부 관로(610)에 연결되어, 수력 발전용 관로(164)를 통과하는 빗물을 작물 재배틀(662,664,666)로 공급한다. 작물 재배틀(662,664,666)은 재배시설(150) 내부에 설치되어 작물을 재배한다. 작물 재배틀(662,664,666)은 작물 재배 및 양액 보관 등을 수행한다. 작물 재배틀(662,664,666)은 각 작물을 심고 작물에 빛을 공급하는 LED를 설치할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치의 내부 모듈을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 제어부(640)는 데이터 수집부(710), 양액 흡수량 측정부(720), 환경 제어부(730), 양액 제어부(740)를 포함한다. 제어부(640)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
데이터 수집부(710)는 태양광, 풍력, 수력의 발전량과 작물의 성장상태, 재배시설 내부의 온도, 습도, 수량, CO2을 측정한 값을 수신하여 수집한다. 데이터 수집부(710)는 태양광 발전, 풍력 발전, 수력 발전으로 인한 전기 발전량과 작물의 성장상태, 재배시설 내부의 온도, 습도, 수량, CO2을 측정한 값을 수신하여 수집한다.
양액 흡수량 측정부(720)는 센서를 통해 작물이 흡수하는 양액의 양을 측정 수집한다. 양액 흡수량 측정부(720)는 구비된 센서를 통해 작물이 흡수하는 양액의 양을 측정한다.
환경 제어부(730)는 데이터 수집부(710)를 통하여 수집한 데이터를 기반으로 분석하여 태양광, 풍력, 수력발전의 에너지 측정량을 관리 및 제어한다. 환경 제어부(730)는 발전량이 부족할 경우 상부 컨테이너 물탱크의 차단막(214)을 개방해 수력발전을 수행한다. 환경 제어부(730)는 작물 성장에 적합한 환경으로 온도, 습도, 수량, CO2를 조정하거나 환경을 유지 시켜준다. 환경 제어부(730)는 태양광 발전, 풍력 발전의 발전량이 기 설정된 임계치보다 부족한지의 여부에 따라 상기 수력 발전을 결정한다.
양액 제어부(740)는 데이터 수집부(710)와 양액 흡수량 측정부(720)를 통해 수집된 데이터를 기반으로 작물 성장상태와 양액 흡수량에 따라 양액량을 유지하거나 증가 또는 감소시킨다. 양액 제어부(740)는 양액 공급장치를 제어하여 작물이 흡수하는 양액의 양만큼 빗물을 공급하도록 제어한다.
도 8a,b는 본 실시예에 따른 추가 수차를 연결 구조를 나타낸 도면이다.
상부 컨테이너 물탱크(130)는 수력 발전량을 증가시키기 위해 제1 추가 수차(810)를 선택적으로 포함할 수 있다.
제1 추가 수차(810)는 상부 컨테이너 물탱크(130) 내부에 배치되며, 제1 수차(210)와 동일한 선상에 위치하는 것이 바람직하다. 제1 추가 수차(810)는 제1 수차(210) 이외에 추가로 수력 발전을 위해 배치될 수 있으며, 상부 컨테이너 물탱크(130) 내부에 저장된 물이 수력 발전용 관로(164)로 방출하면서 발생하는 수류 에너지에 의하여 운동 에너지를 얻어 수력발전을 한다. 제1 운동 에너지 전송장치(212)는 제1 수차(210) 및 제1 추가 수차(810)로부터 획득한 운동 에너지를 발전기(110)로 전송한다.
수력 발전용 관로(164)는 수력 발전량을 증가시키기 위해 제2 추가 수차(820)를 선택적으로 포함할 수 있다.
제2 추가 수차(820)는 수력 발전용 관로(164) 내부에 배치되며, 제2 수차(220)와 동일한 선상에 위치하는 것이 바람직하다. 제2 추가 수차(820)는 제2 수차(220) 이외에 추가로 수력 발전을 위해 배치될 수 있으며, 차단막(214)이 열리면서 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 빠져나간 물이 제2 수차(220)를 통과한 후 발생하는 수류 에너지에 의해 회전하면서 수력발전으로 전기 에너지로 전환한다.
제2 추가 수차(820)는 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 수력 발전용 관로(164)를 통과하여 하부 컨테이너 물탱크(140)로 이동하는 과정에서 제2 수차(220)를 통과한 상태에서 우수의 낙차 에너지에 의해 회전하면서 수력발전을 한다. 제2 운동 에너지 전송장치(222)는 제2 수차(220) 및 제2 추가 수차(820)로부터 획득한 운동 에너지를 발전기(110)로 전송한다.
제어부(640)는 수력발전으로 하부 컨테이너 물탱크(140)에 모인 우수가 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 펌프(112)를 이용해 이송관(170)를 거쳐 자동으로 상부 컨테이너 물탱크(130)로 이송시켜서 수력발전 및 재배용수, 잡용수로 재이용한다.
외부 배출용 관로(162)는 상부 컨테이너 물탱크(130)에서 넘치는 물과 잡용수 및 재배용수로 사용된 물, 하부 컨테이너 물탱크(140)의 오래된 물을 외부로 배출한다. 제어부(640)는 상부 컨테이너 물탱크(130)가 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 외부 배출용 관로(162)를 이용하여 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 물을 외부로 배출시킨다.
하부 컨테이너 물탱크(140)는 수력 발전량을 증가시키기 위해 제3 추가 수차(830)를 선택적으로 포함할 수 있다.
제3 추가 수차(830)는 하부 컨테이너 물탱크(140) 내부에 배치되며, 제3 수차(230)와 동일한 선상에 위치하는 것이 바람직하다. 제3 추가 수차(830)는 제3 수차(230) 이외에 추가로 수력 발전을 위해 배치될 수 있으며, 하부 컨테이너 물탱크(140) 내부에 저장된 물이 외부 배출용 관로(162)로 방출하면서 발생하는 수류 에너지에 의하여 수차를 회전시켜 운동 에너지를 얻는다.
제3 운동 에너지 전송장치(232)는 제3 수차(230) 및 제3 추가 수차(830)로부터 획득한 운동 에너지를 발전기(110)로 전송한다. 제어부(640)는 수력발전으로 하부 컨테이너 물탱크(140)에 모인 우수가 기 설정된 임계 용량 이상으로 채워지면 외부 배출용 관로(162)로 물을 배출하여 수력발전 및 재배용수, 잡용수로 재이용한다.
외부 배출용 관로(162)는 수력 발전량을 증가시키기 위해 제4 추가 수차(840)를 선택적으로 포함할 수 있다.
제4 추가 수차(840)는 외부 배출용 관로(162) 내부에 배치되며, 제4 수차(240)와 동일한 선상에 위치하는 것이 바람직하다. 제4 추가 수차(840)는 제4 수차(240) 이외에 추가로 수력 발전을 위해 배치될 수 있으며, 상부 컨테이너 물탱크(130)로부터 빠져나간 물이 제4 수차(240)를 통과한 후 외부 배출용 관로(162)로 배출되는 물의 낙차를 이용해 수차를 회전시켜 운동 에너지를 얻는다.
제4 운동 에너지 전송장치(242)는 제4 수차(240) 및 제4 추가 수차(840)로부터 획득한 운동 에너지를 발전기(110)로 전송한다.
도 9a,b는 본 실시예에 따른 수차 주변에 살균 램프, 살균 필터를 추가한 구조를 나타낸 도면이다.
살균 필터(910)는 제1 수차(210), 제2 수차(220), 제3 수차(230), 제4 수차(240)로 인입되는 물 앞단 및 뒷단에 설치되어 물 내의 부유물을 필터링한다. 살균 램프(920)는 제1 수차(210), 제2 수차(220), 제3 수차(230), 제4 수차(240)를 통과한 물로 UV-C 파장을 방사하여 물을 살균 처리한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 하이브리드 에너지 제공 시스템
102: 태양광 패널
104: 풍력 발전기
106: 인버터
108: 배터리
110: 발전기
112: 펌프
120: 물받이
130: 상부 컨테이너 물탱크
140: 하부 컨테이너 물탱크
150: 재배시설
162: 외부 배출용 관로
164: 수력 발전용 관로
170: 이송관
180: 관리실
102: 태양광 패널
104: 풍력 발전기
106: 인버터
108: 배터리
110: 발전기
112: 펌프
120: 물받이
130: 상부 컨테이너 물탱크
140: 하부 컨테이너 물탱크
150: 재배시설
162: 외부 배출용 관로
164: 수력 발전용 관로
170: 이송관
180: 관리실
Claims (6)
- 우천시 빗물을 받는 물받이;
상기 빗물을 저장하는 상부 컨테이너 물탱크;
상기 상부 컨테이너 물탱크로부터 상기 빗물을 입력받아 저장하는 하부 컨테이너 물탱크;
상기 상부 컨테이너 물탱크의 하부와 상기 하부 컨테이너 물탱크의 상부 일측을 내부적으로 연결하며, 상기 상부 컨테이너 물탱크의 하부로부터 배출되는 상기 빗물을 통과시켜서 상기 하부 컨테이너 물탱크의 상부로 전달하는 수력 발전용 관로;
상기 수력 발전용 관로 상의 내부에 설치되어 상기 빗물의 낙차로 인해 블레이드를 회전시킨 내부 관로 운동 에너지를 생성하여 전달하는 내부 관로 수차;
상기 상부 컨테이너 물탱크로부터 배출되는 상기 빗물을 작물로 공급하는 재배시설;
상기 상부 컨테이너 물탱크의 상부, 상기 하부 컨테이너 물탱크의 상부 타측을 외부와 연결하며, 상기 상부 컨테이너 물탱크의 상부로부터 배출되는 상기 빗물을 통과시켜서 외부로 배출하는 외부 배출용 관로;
상기 외부 배출용 관로 상의 내부에 설치되어 상기 빗물의 낙차로 인해 블레이드를 회전시킨 외부 관로 운동 에너지를 생성하여 전달하는 외부 관로 수차;
상기 내부 관로 운동 에너지 및 상기 외부 관로 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기;
상기 전기 에너지를 저장하는 배터리;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 상부 컨테이너 물탱크 내에 저장된 상기 빗물이 기 설정된 임계 용량 이상으로 저장된 경우, 상기 수력 발전용 관로 내에 설치된 차단막을 개방하여 상기 상부 컨테이너 물탱크에 저장된 상기 빗물이 상기 수력 발전용 관로를 통과하여 상기 하부 컨테이너 물탱크로 이동하면서 상기 수력 발전용 관로 내부에 존재하는 제2 수차로 인한 상기 내부 관로 운동 에너지가 생성되도록 하는 제어부
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 상부 컨테이너 물탱크 상면에 설치되어, 풍력으로 인해 블레이드를 회전시킨 풍력 발전 운동 에너지를 생성하는 풍력 발전기;
상기 상부 컨테이너 물탱크 상면에 설치되어, 태양광을 흡수하면서 발생한 광전 효과로 직류 전력을 생성하는 태양광 패널;
상기 직류 전력을 교류 전력을 변환하는 인버터;
를 추가로 포함하며,
상기 발전기는 상기 풍력 발전 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
비가 오는 날씨에 따라 상기 태양광 패널로 인한 태양광 발전과 상기 풍력 발전기로 인한 풍력 발전을 이용할 수 없을 때, 상부 컨테이너 물탱크에 저장된 상기 빗물을 상기 수력 발전용 관로로 방출하도록 하여 수력발전으로 인한 전기 에너지가 획득되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전, 상기 풍력 발전, 상기 수력 발전으로 인한 전기 발전량과 작물의 성장상태, 재배시설 내부의 온도, 습도, 수량, CO2을 측정한 값을 수신하여 수집하는 데이터 수집부;
구비된 센서를 통해 작물이 흡수하는 양액의 양을 측정하는 양액 흡수량 측정부;
상기 태양광 발전, 상기 풍력 발전의 발전량이 기 설정된 임계치보다 부족한지의 여부에 따라 상기 수력 발전을 결정하는 환경 제어부;
양액 공급장치를 제어하여 상기 작물이 흡수하는 양액의 양만큼 상기 빗물을 공급하도록 제어하는 양액 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 수력 발전용 관로와 상기 외부 배출용 관로를 연결하는 내부 관로
상기 내부 관로에 연결되어, 상기 수력 발전용 관로를 통과하는 상기 빗물을 정화한 후 주방, 화장실로 공급하는 정화장치;
상기 재배시설 내부에 설치되어 상기 작물을 재배하는 작물 재배틀;
상기 내부 관로에 연결되어, 상기 수력 발전용 관로를 통과하는 상기 빗물을 상기 작물 재배틀로 공급하는 양액 공급장치;
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 제공 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230119757A KR102655894B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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|---|---|
| KR102655894B1 true KR102655894B1 (ko) | 2024-04-11 |
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ID=90666772
Family Applications (1)
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| KR1020230119757A KR102655894B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR102655894B1 (ko) |
Citations (6)
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| KR102386824B1 (ko) * | 2021-11-05 | 2022-04-14 | 경기도 고양시 | 기후위기 대응을 위한 옥상 빗물저금통 활용 건물 통합녹화시스템 |
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2023
- 2023-09-08 KR KR1020230119757A patent/KR102655894B1/ko active IP Right Grant
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