KR102931672B1 - 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템 - Google Patents

태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템

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Abstract

본 발명은 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온실 내부에 태양전지패널조립체를 배치하여 태양광 발전의 효율 향상은 물론이고 복사에너지를 회수하여 재활용할 수 있는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 태양광이 입사되도록 형성된 온실; 상기 온실에 설치되는 태양전지패널조립체; 및 상기 온실의 폐열을 축열하고 난방열로 공급하는 열회수장치부;를 포함하고, 상기 태양전지패널조립체는 내부공간을 식물이 재배되는 재배실과 태양복사에너지에 따른 폐열이 체류하는 열체류실로 구획하도록 상기 온실의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템{Greenhouse system with solar cogeneration function}
본 발명은 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온실 내부에 태양전지패널조립체를 배치하여 태양광 발전의 효율 향상은 물론이고 복사에너지를 회수하여 재활용할 수 있는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 화석을 연료를 사용하지 않는 대체 에너지 발전시스템은 태양열, 조력, 파력, 풍력 및 수력 등의 자연에너지를 이용하는 방식이 있지만 태양광을 이용한 방식이 주류로 이용되고 있다.
예컨대 기존 태양광(PV), 혹은 태양열(Solar Thermal) 시스템은 스펙트럼에 따른 태양복사에너지 중 일부 에너지만을 활용하는 개념으로 태양광의 경우 실리콘 기반 PV는 약 20% 내외, 태양열 시스템은 일반적으로 55~60% 내외의 에너지이용 효율을 달성하는 것으로 알려져있다.
최근에는 제한된 설치 면적의 제약을 극복하여 단위 면적당 태양에너지 사용을 극대화하기 위해 태양광발전 및 태양열 이용을 동시에 가능하게 하는 PVT(태양광열; Photo-voltaic & thermal) System이 개발되어 일부 사용되고 있다.
태양광열 시스템은 '태양광-열 시스템', 'PV-T 시스템' 등으로 호칭되고 있고, 기존 태양광(PV), 혹은 태양열(Solar Thermal) 시스템의 단점을 보완하여 전력 및 열 생산을 동시에 달성하는 열병합발전 개념이 적용된 기술이다.
하지만 현행 태양광열 시스템(PVT)은 태양복사에너지 중 전력으로 전환되지 못한 가시광선 에너지 및 적외선 영역의 복사에너지 중 패널로 흡수되는 태양복사에너지를 전도, 혹은 대류 열전달 수단(열교환 시스템)으로 일부 회수 이용하는 정도로서, 태양광패널 표면에서 불가피하게 반사되는 태양에너지의 회수가 불가능한 한계점이 있다. 아울러 태양광패널에 흡수된 태양복사에너지의 경우도 열회수를 위한 열전달 수단이나 대기 중 노출되는 태양광패널과 대기와의 대류 열전달 손실로 인해 실질적으로 회수되는 열량과 온도가 제한적이라는 한계점이 있다.
또한, 기존 태양광열 시스템(PVT)은 열을 회수하는 방식으로 주로 물을 사용하게 되는데, 비중이 큰 물과의 대류 열전달 방식 적용시 태양광열 시스템의 하중이 크게 증가하므로 기존 태양광, 혹은 태양열 단독 시스템 적용사례와 비교할 때 지지를 위한 구조물의 보강이 불가피하여 설치의 제약 및 시설비의 증가와 같은 단점이 있다.
한편, 기존 태양광열 시스템(PVT)은 태양광패널이 실외에 설치되므로 표면에 먼지, 조류의 배설물 등의 축적으로 인해 태양에너지의 회수 효율이 저하되고 청소가 필요하여 관리비용이 상승될 뿐만 아니라 동절기의 경우 폭설 등으로 전지셀의 표면에 눈이 쌓여 전기에너지를 발전할 수 없으므로 연간 운전시간의 감소로 효율이 낮은 단점이 있다.
그리고, 온실은 하절기나 동절기의 낮 시간 등과 같이 태양 복사에너지로 인해 내부 온도가 고온으로 상승하게 되므로 식물에 적절한 생육 온도로 낮추기 위한 냉방 부하의 증가로 운전 비용(냉방비)가 더욱 상승되는 문제점이 있다.
아울러, 온실은 내부 온도가 과도하게 상승되면 측장 및 천정창의 개방할 필요가 있지만 이 경우 온실에 시비한 CO2가 외부로 유출, 낭비되므로 시비 효과의 저하는 물론이고 관리비용의 상승을 초래하는 단점이 있고, 습도를 정확하게 조절할 수 없는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2018-0117267호 "PVT를 이용한 냉난방환기시스템" 한국등록특허 제10-1979659호 "건물일체형 태양광·태양열 시스템" 한국등록특허 제10-1130531호 "태양전지 냉각과 실내 난방기능을 가지는 장치"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 온실 내부에 태양전지패널조립체를 배치하여 태양광 발전의 효율 향상은 물론이고 복사에너지를 회수하여 재활용할 수 있도록 한 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
보다 구체적으로는 본 발명은, 온실의 상부에 복사에너지를 수용, 격리하는 열체류실이 마련되고 온실의 하부에 재배실이 마련되도록 태양전지패널조립체를 배치하여 식물의 재배에 적절한 열환경을 제공하여 작물의 성장도 및 품질을 향상시킬 수 있고 복사에너지를 효과적으로 회수하여 사용함으로써 에너지 비용을 절감할 수 있도록 한 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 태양광이 입사되도록 형성된 온실; 상기 온실에 설치되는 태양전지패널조립체; 및 상기 온실의 폐열을 축열하고 난방열로 공급하는 열회수장치부;를 포함하고, 상기 태양전지패널조립체는 내부공간을 식물이 재배되는 재배실과 태양복사에너지에 따른 폐열이 체류하는 열체류실로 구획하도록 상기 온실의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지패널조립체는 상기 온실의 상부에 상기 열체류실이 마련되고 상기 온실의 하부에 상기 재배실이 마련되도록 상기 열체류실과 상기 재배실 사이의 경계부에 설치되어 있고, 상기 재배실에 인공광을 제공하도록 설치되는 광원부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 상기 태양전지패널조립체를 지지하도록 상기 온실에 설치되는 패널지지대; 및 상기 패널지지대 또는 상기 온실의 바닥에 구성되고 복수 층의 베드를 갖는 재배부;를 포함하여 구성된다.
상기 열회수장치부는, 상기 열체류실에 체류하는 가온공기의 배기를 위해 상기 열체류실에 연통되게 일측이 배치되는 폐열배기라인; 상기 가온공기에 포함된 열원을 회수하여 냉각공기를 생성하도록 상기 폐열배기라인의 타측이 경유하도록 배치되는 히트펌프; 및 상기 냉각공기를 상기 온실에 공급하도록 상기 폐열배기라인에 일단이 연결되고 타단이 상기 재배실 내부와 연통되게 배치되는 냉기공급라인;을 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 열회수장치부는, 상기 히트펌프에 의해 회수된 열원을 축열하는 축열부; 및 상기 축열부에 저장된 열원을 이용하여 상기 재배실의 난방작용을 수행하는 축열부난방라인부;을 더 포함할 수 있다.
상기 축열부는 용수가 수용되는 축열조로 구성되어 있고, 상기 축열부난방라인부는 상기 축열조에 일단이 연결되어 난방수를 공급하는 난방수공급라인, 상기 난방수공급라인에 연결되어 방열작용을 수행하는 방열부, 상기 방열부에 일단이 연결되고 타단이 상기 축열조에 연결되는 난방수회수라인, 상기 난방수의 공급을 위한 난방수펌프, 및 상기 난방수의 유동을 제어하는 난방수제어밸브를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열회수장치부는 상기 열체류실의 가온공기를 흡인하여 상기 히트펌프를 경유한 후 상기 재배실로 공급하기 위한 흡입팬을 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 상기 태양전지패널조립체의 냉각을 위해 설치되는 패널냉각수단을 더 포함할 수 있다.
상기 패널냉각수단은, 냉각수로서 상기 히트펌프에서 생성된 응축수와 냉각용 용수가 저장되는 냉각수저장조; 및 상기 냉각수저장조의 냉각수를 상기 태양전지패널조립체로 공급, 분사하는 냉각수공급라인부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 냉각수공급라인부는, 상기 냉각수저장조에 일단이 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각수공급라인; 상기 태양전지패널조립체의 상면으로 냉각수를 분출하도록 상기 냉각수공급라인에 연결되는 복수의 분사노즐; 및 상기 냉각수의 공급을 위해 상기 냉각수공급라인에 설치되는 냉각수펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 의하면, 온실의 외부가 아니라 내부공간에 태양전지패널조립체를 설치함에 따라 먼지, 조류의 배설물 등에 의한 오염을 차단함으로써 발전효율을 향상시킬 수 있고, 관리의 편의성 향상과 관리비용의 절감효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 눈이 오더라도 전기 에너지를 발전할 수 있어서 발전시간을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 의하면, 온실 상부공간을 태양전지패널조립체에 의해 열체류실로 구획하여 폐열을 효과적으로 수집하고 이를 축열하여 난방용 에너지로 재활용할 수 있으므로 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 의하면, 측창 및 천정창의 개방 없이 패널냉각수단에 의해 태양전지패널조립체를 적절하게 냉각할 수 있으므로 측창 및 천정창의 개방에 따른 시비한 CO2 외부 유출이 방지되어 시비효과를 유지할 수 있고 CO2 낭비를 줄여 관리비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 외기에 포함된 병원균 유입을 차단하여 병해충을 예방할 수 있으며, 동절기 급격한 찬공기 유입에 따른 농작물의 성장 불량으로 발생할 수 있는 생산성 저하 및 품질 저하를 방지할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템을 나타낸 구성도,
도3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템을 설명하기 위한 도2의 확대도로서, 도3a는 도2의 온실 부분을, 도3b는 열회수장치부(3) 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 태양전지패널조립체의 일 예를 나타낸 도면,
도5a 내지 도5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로서 도5a는 전체를 도시한 것이고, 도5b는 온실 부분을, 도5c는 열회수장치부 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하되 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도1은 본 발명에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템을 나타낸 구성도로서, 주요 구성요소를 간략화하거나 기호화하여 나타낸 것이다. 도3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템을 설명하기 위한 도2의 확대도로서, 도3a는 도2의 온실 부분을, 도3b는 열회수장치부(3) 부분을 확대하여 나타낸 것이다. 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 태양전지패널조립체의 일 예를 나타낸 도면이다
도1 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 온실(1), 태양전지패널조립체(2) 및 열회수장치부(3)를 구비하되 온실 내부에 태양전지패널조립체(2)를 배치하여 태양광 발전의 효율 향상은 물론이고 복사에너지를 회수하여 재활용할 수 있도록 구성한 점에 특징이 있다.
온실(1)은 태양광이 입사되도록 형성되고 내부에 식물의 재배를 위한 재배공간이 마련된 구조라면 특별히 구조나 형태에 제한이 없지만 대표적으로 온실프레임(미도시)에 투명유리가 설치된 유리온실이나, 온실프레임에 투명비닐이 설치되는 비닐하우스가 적용될 수 있다.
태양전지패널조립체(2)는 온실에 설치되는 구성으로서, 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 다수의 태양전지(Solar cell, 이하 태양전지패널이라 칭함)을 구비한 것으로서, 다수의 태양전지패널(21) 지지하는 다수의 지지프레임(미도시), 이 다수의 지지프레임이 수납되는 수납프레임(22)으로 구성되어 있다.
그리고, 태양전지패널조립체(2)는 온실 내부공간을 식물이 재배되는 재배실(15)과 태양복사에너지에 따른 폐열이 체류하는 열체류실(16)로 구획하도록 온실(1)의 내부에 설치되어 있다.
바람직하게 상기 태양전지패널조립체(2)는 온실의 상부인 볼록한 부분에 열체류실(16)이 마련되고 온실(1)의 하부에 재배실(15)이 형성되도록 열체류실과 재배실 사이의 경계부에 후술되는 패널지지대(8)에 의해 설치되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 태양전지패널조립체(2)를 지지하도록 온실(1)에 설치되는 패널지지대(8)를 구비한다.
패널지지대(8)는 태양전지패널조립체(2)를 안정적으로 지지할 수 있다면 형태나 구조에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 2층 이상의 복층 구조로 식물을 재배할 수 있도록 온실의 종방향으로 설치되는 종방향부재(81)와, 이 종방향부재(81)에 횡방향으로 설치되는 횡방향부재(82)로 구성되어 있다. 여기서 종방향부재(81)는 봉상의 형강재로 구성될 수 있고, 종방향부재(82)는 봉상의 형강재나 판재 등으로 구성될 수 있다.
재배부(6)는 식물이 재배되는 부분으로 식물을 식재하여 재배할 수 있다면 온실 바닥 등에 특별한 제한 없이 구성할 수 있지만 태양전지패널조립체(2)를 지지하기 위해 마련된 패널지지대(8)를 이용하여 복층 구조로 구성할 경우 시설투자비를 절감하면서도 생산량을 증대시킬 수 있다.
예컨대 재배부(6)는 다층 구조로 식물을 재배할 수 있도록 종방향부재(81)에 복수 층으로 배치되는 횡방향부재(82)에 복수 층의 베드를 갖도록 구성되어 있다.
베드(6a)는 배지(63)가 올려지는 배지프레임(61)과, 배지프레임(61)이 특정 높이를 갖는 지점에 위치하도록 배지프레임의 하부에 결합되는 프레임지지대(62)를 구비한다.
열회수장치부(3)는 온실(1)의 폐열을 축열하고 난방열로 공급하는 구성요소로서, 폐열배기라인(31), 냉기공급라인(32), 히트펌프(33), 축열부(34), 축열부난방라인부(35) 및 흡입팬(36)을 구비한다.
폐열배기라인(31)은 온실(1)의 열체류실(16)에 체류하는 가온공기의 배기를 위한 통로의 기능을 수행하는 배관이나 덕트 형태의 부재로서, 열체류실(16)에 연통되게 일측이 배치되고 타측이 히트펌프(33)를 경유하도록 설치되어 있다.
히트펌프(33)는 온실(1)의 폐열에 의해 가온된 가온공기의 열을 열교환하여 축열부(34)에 전달하거나 온실의 냉난방을 수행하기 위한 구성요소로서, 가온공기에 포함된 열원을 회수함으로써 냉기공급라인(32)을 통해 냉각공기가 공급되도록 하는 작용을 수행한다.
그리고 히트펌프(33)는 증발기(미도시), 팽창밸브(미도시), 응축기(미도시), 압축기(미도시) 등이 구비되어 가온공기에 포함된 열 에너지가 증발기(미도시)내에서 증발하고 응축기(미도시)에서 방출하는 공지의 히트펌프 중에서 선택하여 설치할 수 있다. 그리고, 히트펌프(33)는 냉난방 분야에서 널리 사용되고 있는 주지된 장치이므로 구체적인 설명을 생략하고 단순화하여 도시한다.
냉기공급라인(32)은 냉각공기를 온실 내부공간에 공급하여 재배부(6)를 가온하도록 폐열배기라인(31)에 일단이 연결되고 타단이 재배실(15) 내부와 연통되게 배치되는 배관이나 덕트로 구성된다.
한편 축열부(34)는 히트펌프(33)에 의해 회수된 열원을 축열하는 구성요소로서, 용수가 수용되는 축열조로 구성되어 있다.
축열부난방라인부(35)는 축열부(34)에 저장된 열원을 이용하여 재배실(15)의 난방작용을 수행하는 구성요소로서, 난방수공급라인(351), 방열부(352), 난방수회수라인(353), 난방수펌프(354) 및 난방수제어밸브(355)를 구비한다.
난방수공급라인(351)은 방열부(352)로 난방수를 공기하기 위한 배관으로서 축열부(34)로 구성된 축열조에 일단이 연결되어 타단이 방열부(352)에 연결되어 있다.
방열부(352)는 난방수공급라인(351)에 연결되어 방열작용을 수행하는 구성요소로서, 라디에이터 등과 같은 방열수단으로서 구성될 수도 있지만 대표적으로 재배부(6)를 따라 배치되는 온수용 배관으로 구성될 수 있다.
난방수회수라인(353)은 방열부(352)를 통해 온기를 방출한 용수를 축열조로 회수하기 위한 배관으로서 방열부(352)에 일단이 연결되고 타단이 축열조에 연결되어 있다.
난방수펌프(354)는 난방수의 공급을 위한 펌핑수단으로서 난방수공급라인(351)에 설치되어 있고, 필요시 난방수회수라인(353)에도 설치될 수 있다.
난방수제어밸브(355)는 난방수의 유동을 제어하는 개폐수단으로서 난방수공급라인(351)에 설치되어 있다. 여기서 난방수제어밸브(355)는 자동 제어가 가능하도록 전동식 액츄에이터가 구비된 자동제어밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
흡입팬(36)은 열체류실(16)의 폐열을 흡인한 후 히트펌프를 경유한 후 재배실(15)로 공급하기 위한 송풍수단으로서 폐열배기라인(31)(또는 냉기공급라인(32))에 설치되는 송풍팬으로 구성되어 있다.
한편, 광원부(4)는 재배실(15)에 인공광을 제공하도록 설치되는 광원으로서, 재배부(6)를 향해 인공광을 용이하게 조사할 수 있도록 설치되어 있다. 여기서 광원부(4)는 다수의 LED가 인쇄회로기판에 배열된 LED모듈로 구성되어 있다.
도2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템은 태양전지패널조립체(2)의 냉각을 위해 설치되는 패널냉각수단(5)이 구비되어 있다.
상기 패널냉각수단(5)은 냉각수로서 히트펌프(33)의 작동과정에서 생성된 응축수와 냉각용 용수가 저장되는 냉각수저장조(51)와, 냉각수저장조(51)의 냉각수를 공급하여 태양전지패널조립체(2)로 분사하는 냉각수공급라인부(52)를 구비한다.
냉각수저장조(51)는 냉각수가 저장되는 용기로서 상수도와 같은 냉각용 용수가 공급되는 용수배관(미도시)과 히트펌프(33)에서 생성된 응축수가 유입되는 응축수배관(53)이 연결되어 있다.
냉각수공급라인부(52)는 냉각수저장조(51)에 일단이 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각수공급라인(521), 태양전지패널조립체(2)의 상면으로 냉각수를 분출하도록 냉각수공급라인(521)에 연결되는 복수의 분사노즐(522). 및 냉각수의 공급을 위해 냉각수공급라인(521)에 설치되는 냉각수펌프(523)를 구비한다.
그리고, 냉각수공급라인(521)에는 냉각수저장조(51)와 근접하여 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 냉각수제어밸브(524)가 설치되어 있다.
전술한 패널냉각수단(5)은 냉각수의 증발 잠열을 이용하여 태양전지패널조립체(2)의 냉각작용을 수행하는 것으로서 온실의 내부에 태양전지패널조립체(2)가 설치됨에 따라 대기와의 열전달 메커니즘이 부재함에 따른 태양전지패널조립체의 과도한 온도상승으로 발전효율이 저하하는 문제점을 해소할 수 있다.
그리고, 패널냉각수단(5)은 냉각수로서 히트펌프(33)에서 생성된 응축수를 재활용하므로 용수의 사용량 절감을 통해 운전비용을 줄일 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 작용을 간략하게 설명한다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로서 도5a는 전체를 도시한 것이고, 도5b는 온실 부분을, 도5c는 열회수장치부 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도1 내지 도5b를 참조하면, 온실 내부로 태양광이 입사되면 태양전지패널조립체(2)에 의해 자외선 영역의 태양광은 전기에너지로 변환되고 전력으로 생산하게 되고 가시광선 에너지 및 적외선 영역의 복사에너지는 열체류실(16)에 잔류하게 된다.
이때, 태양전지패널조립체(2)는 온실의 외부가 아니라 내부에 설치되어 있으므로 태양전지패널의 표면에 먼지, 조류의 배설물 등이 축적되지 않아서 발전효율을 향상시킬 수 있고 청소작업을 줄일 수 있어서 관리의 편의성 향상과 관리비용의 절감효과를 기대할 수 있다. 그리고, 동절기에 눈이 오더라도 태양전지패널에 쌓이지 않아서 연간 운전시간을 증가할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 태양전지패널조립체(2)는 온실 내부공간을 식물이 재배되는 재배실(15)과 폐열이 체류하는 열체류실(16)로 구획하므로 태양 복사에너지에 따른 폐열이 재배실(15)로 이동되는 것을 차단하므로 하절기(또는 춘추절기, 동절기 낮 시간)의 경우 작물 생육에 적합한 온도 조건인 28℃ 이상으로 재배실 내부 온도를 상승시키는 현상을 줄일 수 있어서 냉방부하를 줄여 냉방비용을 절감할 수 있다
한편, 열체류실(16)에 잔류하는 가온공기는 제어부의 제어하에 작동되는 흡인팬(36)에 의해 흡인되면서 히트펌프(33)를 경유하게 되고, 가온공기는 히트펌프 고유의 증발기 작용으로 냉각공기로 변환된 후 냉기공급라인(32)를 통해 재배실(15)로 공급되는 한편 열교환되는 열 에너지는 축열부(34)로 전달되어 축열된다. 그리고 전술한 바와 같이 열체류실(16)의 가온공기가 폐열배기라인(31)를 통해 흡인되면 재배실(15) 내부의 공기는 태양전지패널조립체(2)의 설치 부위의 틈새 등을 통해 상부로 이동되므로 온실(1)의 측창이나 천정창을 개방하지 않아도 안정적인 가온공기의 배기작용을 수행할 수 있다.
이와 같이 축열부(34)에 열 에너지가 온수 형태로 축열되면 야간 등 난방이 필요한 경우 난방수 등으로 활용할 수 있다. 예컨대 난방이 필요한 야간이나 동절기에 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 제어부(미도시)의 제어하에 난방수펌프(354)가 작동되고 난방수제어밸브(355)가 개방되면 온수는 난방수공급라인(351)로 이동되어 방열부(352)를 순환하는 동시에 열 에너지를 방출하여 재배실(15) 내부를 가온하고 난방수회수라인(353)을 통해 회수되는 과정을 수행하면서 난방작용을 수행한다.
한편 태양전지패널조립체(2)가 온실 내부공간에 설치됨에 따라 대기와의 열교환 부재로 과도하게 온도가 상승될 경우 패널냉각수단(5)의 냉각 메커니즘을 통해 냉각함으로써 발전효율을 일정하게 유지할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 태양전지패널조립체(2)에 근접하여 설치된 온도센서(미도시)로부터 감지된 온도가 설정된 온도 이상으로 상승될 경우 제어부의 제어하에 냉각수제어밸브(524)가 개방되고 냉각수펌프(523)가 작동되면 냉각수공급라인(521)를 통해 냉각수가 압송되고 냉각수공급라인(521)에 연결된 분사노즐(522)로 분출되면서 태양전지패널조립체(2)의 태양전지패널을 냉각하게 된다. 이때, 태양전지패널조립체(2)의 냉각에 이용되는 냉각수는 히트펌프(33)에서 생성된 응축수를 재활용하므로 상수도를 통해 공급되는 용수의 사용량을 절감할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1:온실 15:재배실
16:열체류실 2:태양전지패널조립체
21:태양전지패널 22;수납프레임
3:열회수장치부 31:폐열배기라인
32:냉기공급라인 33:히트펌프
34:축열부 35:축열부난방라인부
351:난방수공급라인 352:방열부
353:난방수회수라인 354:난방수펌프
355:난방수제어밸브 4:광원부
5:패널냉각수단 51:냉각수저장조
52:냉각수공급라인부 521:냉각수공급라인
522:분사노즐 523:냉각수펌프
6:재배부 6a:베드
61:배지프레임 62:프레임지지대
8:패널지지대 81:종방향부재
82:횡방향부재

Claims (10)

  1. 태양광이 입사되도록 형성된 온실; 상기 온실에 설치되는 태양전지패널조립체; 및 상기 온실의 폐열을 축열하고 난방열로 공급하는 열회수장치부;를 포함하고,
    상기 태양전지패널조립체는 내부공간을 식물이 재배되는 재배실과 태양복사에너지에 따른 폐열이 체류하는 열체류실로 구획하도록 상기 온실의 내부에 설치되되, 상기 온실의 상부에 상기 열체류실이 마련되고 상기 온실의 하부에 상기 재배실이 마련되도록 상기 열체류실과 상기 재배실 사이의 경계부에 설치되고,
    상기 재배실에 인공광을 제공하도록 설치되는 광원부를 포함하고,
    상기 열회수장치부는, 상기 열체류실에 체류하는 가온공기의 배기를 위해 상기 열체류실에 연통되게 일측이 배치되는 폐열배기라인; 상기 가온공기에 포함된 열원을 회수하여 냉각공기를 생성하도록 상기 폐열배기라인의 타측이 경유하도록 배치되는 히트펌프; 및 상기 냉각공기를 상기 온실에 공급하도록 상기 폐열배기라인에 일단이 연결되고 타단이 상기 재배실 내부와 연통되게 배치되는 냉기공급라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지패널조립체를 지지하도록 상기 온실에 설치되는 패널지지대; 및
    상기 패널지지대 또는 상기 온실의 바닥에 구성되고 복수 층의 베드를 갖는 재배부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열회수장치부는,
    상기 히트펌프에 의해 회수된 열원을 축열하는 축열부; 및
    상기 축열부에 저장된 열원을 이용하여 상기 재배실의 난방작용을 수행하는 축열부난방라인부;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축열부는 용수가 수용되는 축열조로 구성되고,
    상기 축열부난방라인부는 상기 축열조에 일단이 연결되어 난방수를 공급하는 난방수공급라인, 상기 난방수공급라인에 연결되어 방열작용을 수행하는 방열부, 상기 방열부에 일단이 연결되고 타단이 상기 축열조에 연결되는 난방수회수라인, 상기 난방수의 공급을 위한 난방수펌프, 및 상기 난방수의 유동을 제어하는 난방수제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열회수장치부는 상기 열체류실의 가온공기를 흡인하여 상기 히트펌프를 경유한 후 상기 재배실로 공급하기 위한 흡입팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지패널조립체의 냉각을 위해 설치되는 패널냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패널냉각수단은,
    냉각수로서 상기 히트펌프에서 생성된 응축수와 냉각용 용수가 저장되는 냉각수저장조; 및
    상기 냉각수저장조의 냉각수를 상기 태양전지패널조립체로 공급, 분사하는 냉각수공급라인부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각수공급라인부는,
    상기 냉각수저장조에 일단이 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각수공급라인;
    상기 태양전지패널조립체의 상면으로 냉각수를 분출하도록 상기 냉각수공급라인에 연결되는 복수의 분사노즐; 및
    상기 냉각수의 공급을 위해 상기 냉각수공급라인에 설치되는 냉각수펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 열병합발전 기능을 갖는 온실 시스템.
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