KR20150142155A - 태양 전지 모듈을 갖는 온실 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 효율을 향상시키면서 작물 생육 기간을 단축할 수 있도록 한 태양 전지 모듈을 갖는 온실을 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 갖는 온실은 지면에 설치된 측벽 구조물; 상기 측벽 구조물의 상부에 설치되고 복수의 창틀 영역을 갖는 지붕 구조물; 태양광을 이용해 발전하는 제 1 태양 전지 모듈을 가지며, 상기 지붕 구조물의 제 1 지붕 구조물에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창; 상기 태양광을 이용해 발전하는 제 2 태양 전지 모듈을 가지며, 상기 제 1 지붕 구조물과 마주하는 상기 지붕 구조물의 제 2 지붕 구조물에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창; 및 상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물 각각에 입사되는 태양광의 광량에 따라 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창 중 적어도 하나의 각도를 변경하는 지붕 개폐 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

태양 전지 모듈을 갖는 온실{GREENHOUSE WITH SOLAR PHOTOVOLTAIC MOUDULE}
본 발명은 태양 전지 모듈을 갖는 온실에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 태양광 발전 효율을 향상시키면서 작물 생육 기간을 단축할 수 있도록 한 태양 전지 모듈을 갖는 온실에 관한 것이다.
태양 전지(photovoltaic)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 즉, 태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
최근에는 태양 전지 모듈에 광 투광 영역을 형성하고, 이러한 광 투광 영역을 갖는 태양 전지 모듈을 농업용 온실 지붕에 설치하여 온실 기능뿐만 아니라 전력 생산이 가능한 스마트 온실이 보급되고 있다. 이러한 광 투광 영역을 갖는 태양 전지 모듈을 접목한 스마트 온실의 경우, 전력 송전이 어려운 지역에 설치 보급시, 태양 전지 모듈을 통해 온실 내부에서 사용되는 각종 전기 설비의 사용 전력을 충당할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 스마트 온실은 태양 전지 모듈의 차광으로 인하여 온실 내부의 광량이 부족하여 작물 생장 속도가 늦춰지거나 작물의 이상 및 기형을 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 온실 내부의 광량 부족으로 인한 문제점을 해결하기 위하여, 태양 전지 모듈의 광 투광 영역의 면적을 증가시킬 경우, 태양 전지 모듈의 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이상 설명한 배경기술의 내용은 본 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 태양광 발전 효율을 향상시키면서 작물 생육 기간을 단축할 수 있도록 한 태양 전지 모듈을 갖는 온실을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 갖는 온실은 지면에 설치된 측벽 구조물; 상기 측벽 구조물의 상부에 설치되고 복수의 창틀 영역을 갖는 지붕 구조물; 태양광을 이용해 발전하는 제 1 태양 전지 모듈을 가지며, 상기 지붕 구조물의 제 1 지붕 구조물에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창; 상기 태양광을 이용해 발전하는 제 2 태양 전지 모듈을 가지며, 상기 제 1 지붕 구조물과 마주하는 상기 지붕 구조물의 제 2 지붕 구조물에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창; 및 상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물 각각에 입사되는 태양광의 광량에 따라 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창 중 적어도 하나의 각도를 변경하는 지붕 개폐 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지붕 개폐 구동부는 상기 제 1 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 1 태양 전지 모듈 창을 회전시키는 제 1 창 회전 모듈; 상기 제 2 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 2 태양 전지 모듈 창을 회전시키는 제 2 창 회전 모듈; 상기 제 1 지붕 구조물에 입사되는 태양광의 제 1 광량을 측정하는 제 1 광량 센서; 상기 제 2 지붕 구조물에 입사되는 태양광의 제 2 광량을 측정하는 제 2 광량 센서; 및 상기 제 1 광량에 따라 상기 제 1 창 회전 모듈의 구동을 제어하고, 상기 제 2 광량에 따라 상기 제 2 창 회전 모듈의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 광량이 상기 제 2 광량보다 기준 편차 이상으로 많을 경우, 상기 제 2 창 회전 모듈의 구동을 제어하여 상기 제 2 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하고, 상기 제 2 광량이 상기 제 1 광량보다 기준 편차 이상으로 많을 경우, 상기 제 1 창 회전 모듈의 구동을 제어하여 상기 제 1 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 광량과 제 2 광량의 편차가 기준 편차 범위 이내일 경우, 상기 제 1 및 제 2 창 회전 모듈의 구동을 동시에 제어하여 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창 각각의 각도를 변경할 수 있다.
상기 제 1 창 회전 모듈은 상기 제 1 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 1 태양 전지 모듈 창을 회전 가능하게 지지하는 제 1 회전축; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 회전축을 회전시켜 상기 제 1 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하는 제 1 회전축 구동 수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 2 창 회전 모듈은 상기 제 2 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 2 태양 전지 모듈 창을 회전 가능하게 지지하는 제 2 회전축; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제 2 회전축을 회전시켜 상기 제 2 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하는 제 2 회전축 구동 수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 태양 전지 모듈을 갖는 온실은 상기 측벽 구조물에 개폐 가능하게 설치된 측면 유리창을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 개방된 측면 유리창과 개방된 상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물 중 적어도 하나의 창틀 영역은 상기 온실 내부의 공기를 환기시키는 환기 통로를 제공할 수 있다.
상기 지붕 구조물은 피라미드 형태, 사각뿔대 형태, 또는 정사각뿔대 형태로 이루어지며, 서로 마주하는 제 3 및 제 4 지붕 구조물을 더 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 지붕 구조물 각각은 투명 유리창을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양의 방위각에 따라 제 1 및 제 2 지붕 구조물에 설치된 태양 전지 모듈 창을 일정한 각도로 회전시켜 제 1 및 제 2 지붕 구조물의 창틀 영역을 개방시킴으로써 온실 내부의 온도를 조절함으로써 태양광 발전 효율을 향상시킴과 동시에 작물 생육 기간을 더욱 단축시킬 수 있다.
둘째, 제 3 및 제 4 지붕 구조물에 설치된 투명 유리창을 통해 태양광을 온실 내부로 입사시킴으로써 제 1 및 제 2 지붕 구조물에 설치된 태양 전지 모듈의 차광으로 인한 광량 부족을 보상하여 온실 내부의 광량을 증가시켜 작물 생육 기간을 더욱 단축시킬 수 있다.
셋째, 태양 전지 모듈의 발전 효율을 향상시켜 전력 판매에 따른 농가 소득을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 갖는 온실을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I'선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에서, 태양의 방위각 변화에 따른 지붕 구조물의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 갖는 온실의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 갖는 온실을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 I-I'선의 단면을 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 A 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 갖는 온실은 측벽 구조물(100), 지붕 구조물(200), 제 1 태양 전지 모듈 창(300), 제 2 태양 전지 모듈 창(400), 및 지붕 개폐 구동부(500)를 포함하여 구성된다.
상기 측벽 구조물(100)은 지면에 수직하게 설치되어 4면의 온실 측벽을 형성한다. 상기 4면의 온실 측벽 각각은 일정한 간격을 갖는 복수의 측면 가로 구조물과 일정한 간격을 갖는 복수의 측면 세로 구조물에 의해 마련되는 복수의 창틀을 포함하고, 복수의 창틀 각각에는 측면 유리창(110, 120, 130, 140)이 설치된다. 이때, 측면 유리창(110, 120, 130, 140) 각각은, 온실 내부의 환기 및 온도 조절을 위해, 창틀에 개폐 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 온실의 4측면은 측면 유리창(110, 120, 130, 140)에 의해 둘러싸이게 된다.
상기 지붕 구조물(200)은 복수의 창틀 영역을 갖도록 측벽 구조물(100)의 상부에 설치된다. 일 예에 따른 지붕 구조물(200)은 피라미드 형태, 사각뿔대 형태, 정사각뿔대 형태를 가지도록 측벽 구조물(100)의 상부에 설치될 수 있다. 이에 따라, 지붕 구조물(200)은 제 1 내지 제 4 지붕 구조물(210, 220, 230, 240)로 이루어질 수 있다.
상기 지붕 구조물(200)에서, 서로 마주보는 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220) 각각에는 태양광을 이용해 발전하는 태양 전지 모듈이 설치될 수 있고, 서로 마주보는 제 3 및 제 4 지붕 구조물(230, 240) 각각에는 온실 내부로 입사되는 태양광의 광량을 증가시키기 위해, 태양 전지 모듈 없이 입사되는 투명 유리창이 설치될 수 있다. 이를 위해, 제 1 내지 제 4 지붕 구조물(210, 220, 230, 240) 각각은 일정한 간격을 갖는 복수의 지붕 가로 구조물과 일정한 간격을 갖는 복수의 지붕 세로 구조물에 의해 마련되는 복수의 창틀 영역을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220) 각각에 설치된 태양 전지 모듈의 발전 효율을 극대화하기 위하여, 제 1 지붕 구조물(210)은 동쪽을 향하며, 제 2 지붕 구조물(220)은 서쪽을 향하는 것을 바람직하며, 이로 인하여, 제 3 지붕 구조물(230)은 남쪽을 향하고, 제 4 지붕 구조물(240)은 북쪽으로 향하게 된다.
상기 제 1 태양 전지 모듈 창(300)은 상기 제 1 지붕 구조물(210)에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치되고, 제 1 지붕 구조물(210) 쪽으로 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산함과 아울러 창틀 영역을 개방시켜 온실 내부를 환기시키는 역할을 한다. 이를 위해, 제 1 태양 전지 모듈 창(300)은 제 1 태양 전지 모듈(310), 및 제 1 모듈 프레임(320)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 태양 전지 모듈(310)은 태양광을 이용해 발전하는 복수의 태양 전지를 포함하여 구성된다.
일 예로서, 제 1 태양 전지 모듈(310)은 제 1 지붕 구조물(210) 쪽으로 입사되는 태양광을 온실 내부로 투과시키면서 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산한다. 즉, 도시하지 않았지만, 일 예에 따른 제 1 태양 전지 모듈(310)은 투명 기판, 투명 기판 상에 형성된 박막형 태양 전지, 박막형 태양 전지를 덮는 투명 보호 유리를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 박막형 태양 전지는 투명 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀, 및 복수의 태양 전지 셀 사이에 마련된 복수의 광 투광 영역을 포함하여 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 제 1 태양 전지 모듈(310)은 제 1 지붕 구조물(210) 쪽으로 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하면서 온실 내부로 태양광을 투과시킨다. 즉, 도시하지 않았지만, 다른 예에 따른 제 1 태양 전지 모듈(310)은 투명 유리, 투명 유리 상에 일정한 간격의 광 투광 영역을 사이에 두고 배열된 복수의 기판형 태양 전지, 및 복수의 기판형 태양 전지를 덮는 투명 보호 유리를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 복수의 기판형 태양 전지 각각은 반도체 기판 상에 형성된 태양 전지 셀을 갖는다.
상기 제 1 모듈 프레임(320)은 제 1 태양 전지 모듈(310)을 지지하고, 상기 제 1 지붕 구조물(210)에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된다. 이러한 상기 제 1 모듈 프레임(320)의 일측은 지붕 개폐 구동부(500)에 회전 가능하게 결합되어 지붕 개폐 구동부(500)의 구동에 따라 일정한 각도로 회전되어 상기 제 1 지붕 구조물(210)에 마련된 창틀 영역을 개방시키거나 밀폐시킨다. 이를 위해, 상기 제 1 모듈 프레임(320)은 제 1 태양 전지 모듈(310)의 가장자리 부분만을 지지하는 하우징과 하우징의 전면과 후면 각각을 덮는 전면 투명판과 후면 투명판을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 전면 투명판과 후면 투명판 각각은 유리 재질 또는 투명 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 태양 전지 모듈 창(400)은 상기 제 2 지붕 구조물(220)에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치되고, 제 2 지붕 구조물(220) 쪽으로 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산함과 아울러 창틀 영역을 개방시켜 온실 내부를 환기시키는 역할을 한다. 이를 위해, 제 2 태양 전지 모듈 창(400)은 제 2 태양 전지 모듈(410), 및 제 2 모듈 프레임(420)을 포함하여 구성된다.
상기 제 2 태양 전지 모듈(410)은 태양광을 이용해 발전하는 복수의 태양 전지를 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 1 태양 전지 모듈(310)과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 모듈 프레임(420)은 제 2 태양 전지 모듈(410)을 지지하고, 상기 제 2 지붕 구조물(220)에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치되는 것으로, 이는 제 2 지붕 구조물(220)에 마련된 창틀 영역에 설치되는 것을 제외하고는 전술한 제 1 모듈 프레임(320)과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 지붕 개폐 구동부(500)는 상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220) 각각에 입사되는 태양광의 광량에 따라 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창(300, 400) 중 적어도 하나의 각도를 변경함으로써 시간에 따른 태양의 방위각 변화에 따라 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈(310, 410) 각각에 입사되는 태양광의 입사 각도를 최적화함과 동시에 제 1 지붕 구조물(210)의 창틀 영역 및/또는 제 2 지붕 구조물(220)의 창틀 영역을 개방시켜 온실 내부를 환기시켜 온실 내부의 온도를 조절하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 지붕 개폐 구동부(500)는 제 1 창 회전 모듈(510), 제 2 창 회전 모듈(520), 제 1 광량 센서(530), 제 2 광량 센서(540), 및 제어부(550)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 창 회전 모듈(510)은 제 1 지붕 구조물(210)에 설치되어 제 1 태양 전지 모듈 창(300)을 회전시키는 역할을 한다. 이를 위해, 제 1 창 회전 모듈(510)은 제 1 회전축(512), 및 제 1 회전축 구동 수단(514)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 회전축(512)은 제 1 지붕 구조물(210)의 지붕 가로 프레임에 설치되어 제 1 태양 전지 모듈 창(300)을 회전 가능하게 지지한다. 이때, 상기 제 1 회전축(512)은 제 1 지붕 구조물(210)의 지붕 가로 구조물마다 설치되어 지붕 가로 구조물의 길이 방향을 따라 나란하게 설치된 복수의 제 1 태양 전지 모듈 창(300) 각각의 제 1 모듈 프레임(320)을 동시에 회전 가능하게 지지한다.
상기 제 1 회전축 구동 수단(514)은 제어부(550)의 제어에 따라 제 1 회전축(512)을 회전시켜 제 1 태양 전지 모듈 창(300)의 각도를 변경함과 동시에 제 1 지붕 구조물(210)의 창틀 영역을 개방시킨다. 예를 들어, 상기 제 1 회전축 구동 수단(514)은 제 1 지붕 구조물(210)의 외곽 지붕 구조물(200)에 설치된 제 1 회전 모터, 제 1 회전 모터의 회전력을 제 1 회전 축(512)에 전달하는 제 1 동력 전달 부재를 포함하여 구성된다. 여기서, 일 예에 따른 제 1 동력 전달 부재는 제 1 회전 모터와 제 1 회전축(512) 간에 연결된 벨트(또는 체인)이 될 수 있다. 그리고, 다른 예에 따른 상기 제 1 동력 전달 부재는 제 1 및 제 2 보조 회전 부재, 제 1 회전 모터와 제 1 보조 회전 부재 간에 연결된 제 1 벨트(또는 체인), 제 1 및 제 2 보조 회전 부재 간에 연결된 제 2 벨트(또는 체인), 및 제 2 보조 회전 부재와 제 1 회전축(512) 간에 연결된 제 3 벨트(또는 체인)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 창 회전 모듈(520)은 제 2 지붕 구조물(220)에 설치되어 제 2 태양 전지 모듈 창(400)을 회전시키는 역할을 한다. 이를 위해, 제 2 창 회전 모듈(520)은 제 2 회전축(522), 및 제 2 회전축 구동 수단(524)을 포함하여 구성된다.
상기 제 2 회전축(522)은 제 2 지붕 구조물(220)의 지붕 가로 프레임에 설치되어 제 2 태양 전지 모듈 창(400)을 회전 가능하게 지지하는 것으로, 이는 제 2 지붕 구조물(220)의 지붕 가로 프레임에 설치되는 것을 제외하고는 전술한 제 1 회전축(512)과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 회전축 구동 수단(524)은 제어부(550)의 제어에 따라 제 2 회전축(522)을 회전시켜 제 2 태양 전지 모듈 창(400)의 각도를 변경함과 동시에 제 2 지붕 구조물(220)의 창틀 영역을 개방시키는 것으로, 이는 제 2 지붕 구조물(220)의 외곽 지붕 구조물(200)에 설치되는 것을 제외하고는 전술한 제 1 회전축 구동 수단(514)과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 광량 센서(530)는 상기 제 1 지붕 구조물(210)에 설치되어 제 1 지붕 구조물에 입사되는 태양광의 제 1 광량을 측정하고, 측정된 제 1 광량에 대응되는 제 1 광량 신호(LA1)를 제어부(550)에 제공한다.
상기 제 2 광량 센서(540)는 상기 제 2 지붕 구조물(220)에 설치되어 제 2 지붕 구조물에 입사되는 태양광의 제 2 광량을 측정하고, 측정된 제 2 광량에 대응되는 제 2 광량 신호(LA2)를 제어부(550)에 제공한다.
상기 제어부(550)는 상기 제 1 광량 센서(530)로부터의 제 1 광량 신호(LA1)에 따라 상기 제 1 창 회전 모듈(510)의 구동을 제어하고, 상기 제 2 광량 센서(540)로부터의 제 2 광량 신호(LA2)에 따라 상기 제 2 창 회전 모듈(520)의 구동을 제어한다.
우선, 상기 제어부(550)는 제 1 광량 신호(LA1)에 따른 제 1 광량이 제 2 광량 신호(LA2)에 따른 제 2 광량보다 기준 편차 이상으로 많을 경우, 상기 제 2 창 회전 모듈(520)의 구동을 제어하기 위한 제 2 창 구동 신호(WDS2)을 생성해 제 2 창 회전 모듈(520)의 구동을 제어함으로써 제 2 지붕 구조물(220)에 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창(400)을 일정한 각도로 회전시켜 제 2 태양 전지 모듈(410)에 입사되는 광량을 증가시킨다.
다음으로, 상기 제어부(550)는 상기 제 1 광량과 제 2 광량의 편차가 기준 편차 범위 이내일 경우, 상기 제 1 및 제 2 창 회전 모듈(510, 520) 각각의 구동을 개별적으로 제어하기 위한 제 1 및 제 2 창 구동 신호(WDS1, WDS2)을 생성해 제 1 및 제 2 창 회전 모듈(510, 520)의 구동을 각각 제어함으로써 제 1 지붕 구조물(210)에 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창(300)과 제 2 지붕 구조물(220)에 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창(400) 각각을 일정한 각도로 회전시켜 태양광이 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈(410, 510) 각각에 수직하게 입사되도록 한다.
다음으로, 상기 제어부(550)는 상기 제 2 광량이 상기 제 1 광량보다 기준 편차 이상으로 많을 경우, 상기 제 1 창 회전 모듈(510)의 구동을 제어하기 위한 제 1 창 구동 신호(WDS1)을 생성해 제 1 창 회전 모듈(510)의 구동을 제어함으로써 제 1 지붕 구조물(210)에 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창(300)을 일정한 각도로 회전시켜 제 1 태양 전지 모듈(310)에 입사되는 광량을 증가시킨다.
상기 기준 편차는 태양이 표준 자오선을 지나는 정오 시간(예를 들어, 오전 11시부터 오후 1시 사이) 동안 측정되는 상기 제 1 광량과 제 2 광량의 최대 편차로 설정될 수 있다.
상기 제어부(550)는 상기 기준 편차와 제 1 및 제 2 광량에 기초하여 제 1 및/또는 제 2 태양 전지 모듈 창(300, 400)이 지면에 수직한 수직축(Z)을 기준으로 90도 이상의 각도로 회전되지 않도록 1 및 제 2 창 구동 신호(WDS1, WDS2)을 생성해 제 1 및/또는 제 2 창 회전 모듈(510, 520)의 구동을 각각 제어한다. 즉, 태양 전지 모듈 창이 90도 이상의 각도로 회전될 경우, 태양의 방위각에 따라 인접한 태양 전지 모듈 창에 앞선 태양 전지 모듈 창의 그림자로 인한 음영 면적이 증가될 수 있기 때문에 상기 음영 면적을 방지 내지 최소화하기 위해 태양 전지 모듈 창은 90도 이상의 각도로 회전되지 않는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에서, 태양의 방위각 변화에 따른 지붕 구조물의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 4는 오전 시간의 태양 방위각 변화에 따른 지붕 구조물의 변화를 나타낸 것이다. 즉, 태양의 일출되어 표준 자오선을 향하는 오전 시간(예를 들어, 오전 7시부터 오전 11시 사이의 시간) 동안의 제 1 태양 방위각에서는 제 2 지붕 구조물(220)에 입사되는 태양광의 제 2 광량이 제 1 지붕 구조물(210)에 입사되는 태양광의 제 1 광량보다 적기 때문에 전술한 제어부(550)는 제 1 지붕 구조물(210)에 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창(300)을 회전시키지 않고, 제 2 지붕 구조물(220)에 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창(400)을 일정한 각도로 회전시켜 제 2 태양 전지 모듈(410)에 입사되는 광량을 증가시킨다. 이에 따라, 상기 제 2 태양 전지 모듈 창(400)의 각도 변화에 따라 제 2 지붕 구조물(220)의 창틀 영역이 개방된다. 그리고, 전술한 측벽 구조물(100)에 설치된 측면 유리창(110, 120)이 개방된 경우, 온실 외부의 공기가 측면 유리창(110, 120)을 통해 온실 내부로 유입되고, 온실 내부의 공기는 개방된 제 2 지붕 구조물(220)의 창틀 영역과 측면 유리창(110, 120)을 통해 환기됨으로써 온실 내부의 온도가 조절되게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 제 1 태양 방위각 동안 제 2 태양 전지 모듈 창(400)을 일정한 각도로 회전시켜 제 2 지붕 구조물(220)의 창틀 영역을 개방시킴으로써 제 2 태양 전지 모듈(410)에 입사되는 광량을 증가시켜 발전 효율을 향상시킴과 동시에 온실 내부의 온도를 원활하게 조절할 수 있다. 또한, 본 발명은 지붕 구조물(200)의 제 3 및 제 4 지붕 구조물(230, 240)에 설치된 투명 유리창을 통해 태양광을 온실 내부로 입사시킴으로써 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)에 설치된 태양 전지 모듈(310, 410)의 차광으로 인한 광량 부족을 보상해 온실 내부의 광량을 증가시켜 작물 생육 기간을 단축시킬 수 있다.
다음으로, 도 5는 정오 시간의 태양 방위각 변화에 따른 지붕 구조물의 변화를 나타낸 것이다. 즉, 태양이 표준 자오선을 지나는 정오 시간(예를 들어, 오전 11시부터 오후 1시) 동안의 제 2 태양 방위각에서는 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)에 입사되는 태양광의 광량이 최대가 되기 때문에 상기 제어부(550)는 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)에 설치된 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창(300, 400)을 일정한 각도로 회전시켜 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈(410, 510)에 입사되는 광량을 증가시킴과 아울러 태양광이 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈(410, 510) 각각에 수직하게 입사되도록 한다. 이에 따라, 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창(300, 400) 각각의 각도 변화에 따라 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)의 창틀 영역이 각각 개방된다. 그리고, 전술한 측벽 구조물(100)에 설치된 측면 유리창(110, 120)이 개방된 경우, 온실 외부의 공기가 측면 유리창(110, 120)을 통해 온실 내부로 유입되고, 온실 내부의 공기는 개방된 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220) 각각의 창틀 영역과 측면 유리창(110, 120)을 통해 환기됨으로써 온실 내부의 온도가 조절되게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 제 2 태양 방위각 동안 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창(300, 400) 각각을 일정한 각도로 회전시켜 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)의 창틀 영역을 개방시킴으로써 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈(310, 410) 각각에 입사되는 태양광을 수직하게 입사시켜 발전 효율을 향상시킴과 동시에 온실 내부의 온도를 원활하게 조절할 수 있다. 또한, 본 발명은 지붕 구조물(200)의 제 3 및 제 4 지붕 구조물(230, 240)에 설치된 투명 유리창을 통해 태양광을 온실 내부로 입사시킴으로써 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)에 설치된 태양 전지 모듈(310, 410)의 차광으로 인한 광량 부족을 보상해 온실 내부의 광량을 증가시켜 작물 생육 기간을 단축시킬 수 있다.
마지막으로, 도 6은 오후 시간의 태양 방위각 변화에 따른 지붕 구조물의 변화를 나타낸 것이다. 즉, 태양이 표준 자오선을 지나 일몰되는 오후 시간(예를 들어, 오후 1시부터 오후 5시) 동안의 제 3 태양 방위각에서는 상기 제 2 광량이 제 1 광량보다 적기 때문에 상기 제어부(550)는 제 2 지붕 구조물(220)에 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창(400)을 회전시키지 않고, 제 1 지붕 구조물(210)에 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창(300)을 일정한 각도로 회전시켜 제 1 태양 전지 모듈(310)에 입사되는 광량을 증가시킨다. 이에 따라, 상기 제 1 태양 전지 모듈 창(300)의 각도 변화에 따라 제 1 지붕 구조물(210)의 창틀 영역이 개방된다. 그리고, 전술한 측벽 구조물(100)에 설치된 측면 유리창(110, 120)이 개방된 경우, 온실 외부의 공기가 측면 유리창(110, 120)을 통해 온실 내부로 유입되고, 온실 내부의 공기는 개방된 제 1 지붕 구조물(210)의 창틀 영역과 측면 유리창(110, 120)을 통해 환기됨으로써 온실 내부의 온도가 조절되게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 제 3 태양 방위각 동안 제 1 태양 전지 모듈 창(300)을 일정한 각도로 회전시켜 제 1 지붕 구조물(210)의 창틀 영역을 개방시킴으로써 제 1 태양 전지 모듈(310)에 입사되는 광량을 증가시켜 발전 효율을 향상시킴과 동시에 온실 내부의 온도를 원활하게 조절할 수 있다. 또한, 본 발명은 지붕 구조물(200)의 제 3 및 제 4 지붕 구조물(230, 240)에 설치된 투명 유리창을 통해 태양광을 온실 내부로 입사시킴으로써 제 1 및 제 2 지붕 구조물(210, 220)에 설치된 태양 전지 모듈(310, 410)의 차광으로 인한 광량 부족을 보상해 온실 내부의 광량을 증가시켜 작물 생육 기간을 단축시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 측벽 구조물 110, 120, 130, 140: 측면 유리창
200: 지붕 구조물 210: 제 1 지붕 구조물
220: 제 2 지붕 구조물 230: 제 3 지붕 구조물
240: 제 4 지붕 구조물 300: 제 1 태양 전지 모듈 창
310: 제 1 태양 전지 모듈 320: 제 1 모듈 프레임
400: 제 2 태양 전지 모듈 창 410: 제 2 태양 전지 모듈
420: 제 2 모듈 프레임 500: 지붕 개폐 구동부
510: 제 1 창 회전 모듈 520: 제 2 창 회전 모듈
530: 제 1 광량 센서 540: 제 2 광량 센서
550: 제어부

Claims (11)

  1. 지면에 설치된 측벽 구조물;
    상기 측벽 구조물의 상부에 설치되고 복수의 창틀 영역을 갖는 지붕 구조물;
    태양광을 이용해 발전하는 제 1 태양 전지 모듈을 가지며, 상기 지붕 구조물의 제 1 지붕 구조물에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된 제 1 태양 전지 모듈 창;
    상기 태양광을 이용해 발전하는 제 2 태양 전지 모듈을 가지며, 상기 제 1 지붕 구조물과 마주하는 상기 지붕 구조물의 제 2 지붕 구조물에 마련된 창틀 영역에 개폐 가능하게 설치된 제 2 태양 전지 모듈 창; 및
    상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물 각각에 입사되는 태양광의 광량에 따라 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창 중 적어도 하나의 각도를 변경하는 지붕 개폐 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지붕 개폐 구동부는,
    상기 제 1 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 1 태양 전지 모듈 창을 회전시키는 제 1 창 회전 모듈;
    상기 제 2 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 2 태양 전지 모듈 창을 회전시키는 제 2 창 회전 모듈;
    상기 제 1 지붕 구조물에 입사되는 태양광의 제 1 광량을 측정하는 제 1 광량 센서;
    상기 제 2 지붕 구조물에 입사되는 태양광의 제 2 광량을 측정하는 제 2 광량 센서; 및
    상기 제 1 광량에 따라 상기 제 1 창 회전 모듈의 구동을 제어하고, 상기 제 2 광량에 따라 상기 제 2 창 회전 모듈의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 광량이 상기 제 2 광량보다 기준 편차 이상으로 많을 경우, 상기 제 2 창 회전 모듈의 구동을 제어하여 상기 제 2 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하고,
    상기 제 2 광량이 상기 제 1 광량보다 기준 편차 이상으로 많을 경우, 상기 제 1 창 회전 모듈의 구동을 제어하여 상기 제 1 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 광량과 제 2 광량의 편차가 기준 편차 범위 이내일 경우, 상기 제 1 및 제 2 창 회전 모듈의 구동을 동시에 제어하여 상기 제 1 및 제 2 태양 전지 모듈 창 각각의 각도를 변경하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 창 회전 모듈은,
    상기 제 1 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 1 태양 전지 모듈 창을 회전 가능하게 지지하는 제 1 회전축; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 회전축을 회전시켜 상기 제 1 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하는 제 1 회전축 구동 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 창 회전 모듈은,
    상기 제 2 지붕 구조물에 설치되어 상기 제 2 태양 전지 모듈 창을 회전 가능하게 지지하는 제 2 회전축; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 제 2 회전축을 회전시켜 상기 제 2 태양 전지 모듈 창의 각도를 변경하는 제 2 회전축 구동 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측벽 구조물에 개폐 가능하게 설치된 측면 유리창을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  8. 제 7 항에 있어서,
    개방된 측면 유리창과 개방된 상기 제 1 및 제 2 지붕 구조물 중 적어도 하나의 창틀 영역은 상기 온실 내부의 공기를 환기시키는 환기 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지붕 구조물은 피라미드 형태, 사각뿔대 형태, 또는 정사각뿔대 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지붕 구조물은 서로 마주하는 제 3 및 제 4 지붕 구조물을 더 포함하고,
    상기 제 3 및 제 4 지붕 구조물 각각은 투명 유리창을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 지붕 구조물은 동쪽을 향하고,
    상기 제 2 지붕 구조물은 서쪽을 향하고,
    상기 제 3 지붕 구조물은 남쪽을 향하며,
    상기 제 4 지붕 구조물은 북쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈을 갖는 온실.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111697919A (zh) * 2020-07-13 2020-09-22 余杨红 一种基于现代产业的农业大棚顶部太阳能板安装组件
KR20210133506A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 유대식 식물재배용 컨테이너 하우스
KR102369606B1 (ko) * 2021-04-13 2022-03-02 유재수 재생에너지 발생장치가 적용된 스마트 하우스

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