KR20210059516A - 태양광 병용 스마트팜 광 공급 시스템 및 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 병용형 스마트팜 광 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 및 인공광을 광 파이프를 통해 식물공장 내로 광을 유입시켜 식물공장 내의 식물이 외부의 빛을 받을 수 있도록 하는 스마트팜 광 공급 시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 병용 스마트팜 광 공급 시스템 및 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법{Closed-type light system to use both artificial lights and natural light in Smart farm(Plant factory) and light supply method using the same}

본 발명은 태양광 병용형 스마트팜 광 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 및 인공광을 광 파이프 및 섬유(Fiber)를 통해 식물공장 내로 광을 유입시켜 식물공장 내의 식물이 외부의 빛을 받을 수 있도록 하는 스마트팜 광 공급 시스템에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로 식물재배는 토양에 심은 종자에 비료와 물을 주고, 태양광에 의해 식물 내에서 일어나는 광합성을 이용하는 방식으로 이루어진다. 그런데 이러한 재배 방법은 기후의 변화가 생산량에 영향을 미칠 뿐 아니라, 비료나 농약의 사용으로 인한 비용 문제와 환경 문제가 발생하게 된다. 또한, 식물을 재배하는 데 오랜 시간이 걸리기 때문에 소비자의 수요에 비해 생산량이 따라가지 못하고 있다.

최근에는 시설 내에서 식물의 성장에 영향을 미치는 온도, 광, CO2, 배양액 등의 환경조건을 최적의 상태로 제어하고 작업공정을 자동화하여 기상조건에 관계없이 식물을 지속적으로 재배할 수 있는 식물공장을 이용한 식물재배방식이 활성화되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 태양광의 세기에 따라 인공광의 세기를 조절하여 원하는 양의 빛을 식물공장 내부로 공급함과 동시에 광 분배기를 통해 식물공장에 골고루 빛이 퍼질 수 있도록 하는 광 공급 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 태양광이 있을 때, 태양광을 이용하여 식물을 키우고, 태양광이 없거나 미약한 경우 인공광을 사용하거나 태양광과 인공광을 병용하여 식물을 키움으로써, 보다 효율적으로 인공광을 이용하여 재배를 하고, 또한 버려지는 열도 회수하여 사용하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 스마트팜 광 공급 시스템에 관한 것으로서, 태양광을 모으는 집광 렌즈, 상기 집광 렌즈가 모은 상기 태양광을 파장에 따라 분리하는 분광기, 상기 분광기가 분리한 파장의 광 중 특정 파장 대역의 광을 선별하는 광 선별부, 상기 선별된 광을 그 내부로 통과시키는 제1 광 파이프, 인공광을 공급하는 인공광원부, 상기 인공광원부로부터의 광이 그 내부로 통과되는 제2 광 파이프, 상기 제1 광 파이프 및 상기 제2 광 파이프에 연결된 집광부, 상기 집광부에 연결되며 상기 태양광 및 상기 인공광 중 적어도 하나의 광을 식물공장 내부로 전달하는 제3 광 파이프를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집광 렌즈는 프레즈넬 렌즈일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 선별부는 태양광의 파장 대역 중 근자외선, 가시광선 및 근적외선에 해당하는 300nm~800nm 파장 대역의 광을 선별할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 공급 시스템은 상기 분광기에 인접하게 배치되며 상기 분광기에서 발생하는 열을 회수하는 제1 열 회수 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 열 회수 장치는 근자외선, 가시광선 및 근적외선 해당하는 300nm~800nm 파장 대역의 열을 회수할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인공광원부는 인공광원 박스 및 상기 인공광원 박스 내에 제공된 복수의 광원을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 공급 시스템은 상기 인공광원부에 인접하게 배치되며 상기 인공광원부에서 발생하는 열을 회수하는 제2 열 회수 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 열 회수 장치는 근자외선, 가시광선 및 근적외선에 해당하는 300nm~800nm 파장 대역의 열을 회수할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 공급 시스템은 상기 제1 광 파이프와, 상기 집광부 사이에 제공되며, 상기 제1 광 파이프를 따라 전달된 상기 빛의 세기를 감지하는 광 센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 공급 시스템은 상기 스마트팜 광 공급 시스템 내에 부착되어, 상기 제3 광 파이프로부터 전달된 상기 빛을 각 재배 베드에 순차적으로 공급하는 광 분배 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 분배 장치는 회전하는 거울이 부착되어 광을 분배할 수 있다. 상기 회전하는 거울은 시간에 따라 각도를 달리하여 회전할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스마트팜 광 공급 시스템은 폐쇄형 식물공장에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공급 시스템은 식물의 상태를 촬영하는 영상 촬영부 및 영상 촬영부에서 수집된 정보를 시계열적으로 처리하여 식물의 생육을 분석하는 생육분석장치를 더 포함할 수 있다. 상기 생육분석장치는 클라우드 서버의 형태로 제공되어 다수의 식물공장과 연동될 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 병용 스마트팜 광 공급 시스템은 태양광의 세기에 따라 인공광의 세기를 조절하고, 태양광과 인공광의 혼합 광을 원하는 세기로 공급이 가능하다.

보다 상세하게는 태양광이 충분한 날에는 태양광을 이용하여 식물공장에 광을 공급하고, 태양광이 있으나 태양광의 세기가 약한 날에는 인공광으로 부족한 부분을 보충하여 광을 공급할 수 있고, 흐린날에는 인공광으로 광을 공급할 수 있다.

이를 통해 태양광의 세기에 구애받지 않으면서도, 태양광이 충분한 날에는 태양광을 최대한으로 활용하여 전기를 절약하는 효과를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 병용 스마트팜 광 공급 시스템의 개략적인 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 병용 스마트팜 광 공급 시스템을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안 되며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

일반적으로 식물공장(400)은 채소와 같은 농작물을 통제 및 관리되는 일정한 시설 내에서 빛, 온도 및 습도, 이산화탄소 농도, 배양액 등의 환경조건을 인공적으로 제어하면서 계절이나 장소에 관계없이 대량으로 재배하여 수확물을 생산할 수 있는 인공 건축 구조물이다. 이러한 점에서 상기 식물공장(400)은 기존의 단순한 식물을 재배하던 식물 공장과는 달리 LED, 환경제어시스템, 로봇자동화공정 등 첨단기술이 융화된 농업 분야이며, 스마트팜(Smart Farm)으로 지칭되는 점에서 기존 비닐하우스와의 차이가 있다.

이러한 상기 식물공장(400)은 최근처럼 기상이변이 자주 발생하여 먹거리의 안정성과 가격 폭등 상태가 빈번하게 일어나는 상황에서 계절 및 장소와 관계없이 사계절 동안 무공해 신선한 유기농 야채와 같은 수확물을 얻을 수 있고 좁은 공간에서도 효율적으로 대량 생산이 가능하다는 점에서 주목받고 있다.

또한, 상기 식물공장(400)은 공장 설비 자체의 수출이 가능한 신 성장 산업으로, 채소 자급률이 10% 미만인 국가에 상기 식물공장(400)의 설치, 기술 자체를 수출함으로써 경제성을 증대시킬 수 있는 기술이다.

본 명세서에서는 태양광을 이용하기 위한 부분으로서, 집광 렌즈(110), 분광기(120), 광 선별부(130) 및 제1 열 회수장치(150)를 구비한 부분을 태양광원부라고 하였으며, 인공광을 이용하기 위한 부분으로서, 인공광원(210), 인공광원 박스(220) 및 제2 열 회수장치(240)를 구비한 부분을 인공광원부라고 하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 공급 시스템은 태양광과 인공광을 동시에 또는 선택적으로 사용하여 식물을 기를 수 있는 태양광 인공광 병용 시스템에 해당한다.

본 발명에 따른 스마트팜 광 공급 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 태양광원부, 인공광원부, 및 집광부(310)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 스마트팜 광 공급 시스템은 식물공장(400)의 일부로서, 식물이 재배되는 재배실(420)에 연결된다. 상기 재배실(420)에는 식물이 재배되는 재배 베드가 제공된다.

상기 태양광원부는 상기 집광 렌즈(110), 상기 분광기(120), 상기 광 선별부(130) 및 상기 제1 열 회수장치(150)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 추가적인 구성을 더 포함할 수도 있다.

상기 집광 렌즈(110)는 태양광을 집광하여 분광기(120)로 보낸다. 일반적으로 태양광을 집광하여 분광기(120)로 보내는 역할을 하나, 태양광이라고 기재한 것은 하나의 실시예에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 집광 렌즈(110)는 프레즈넬 렌즈일 수 있으나, 태양광을 집광하는 역할을 하는 렌즈로, 본 발명에서의 집광 렌즈(110)의 역할을 할 수 있는 렌즈라면, 위 예시에 한정되는 것은 아니다.

상기 분광기(120)는 상기 집광 렌즈(110)에서 보내진 상기 태양광을 파장 대역에 따라 분광하는 역할을 하며, 열 회수를 위해 분광기(120) 주위에 물이 채워진 구조이다.

일 실시예로써, 상기 분광기(120)는 프리즘이며, 프리즘 주위에 물이 1.5cm가량 채워진 분광기(120) 일 수 있다. 1.5cm라는 두께는 예시에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 분광기(120)로는 프리즘을 사용하는 것이 일반적이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛을 파장별로 나눌 수 있도록 하는 역할을 하면, 다른 분광장치라도 무방하다.

상기 제1 열 회수장치(150)는 상기 분광기(120)에서 발생하는 열을 회수하기 위한 장치이다. 상기 분광기(120)는 프리즘일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 열 회수장치(150)는 상기 집광 렌즈(110)가 상기 분광기(120)에 광을 집광하고 상기 분광기(120)가 광을 분광하는 과정에서 생긴 열을 상기 제1 물탱크로 연결시켜 열을 회수한다. 이 때, 상기 분광기(120) 주변을 둘러싸고 있는 물이 태양광에서 나오는 열을 흡수한다. 태양광에 의해 가열된 상기 분광기(120) 주변의 물은 상기 제1 물탱크와 평형상태를 이루어 상기 제1 물탱크의 온도를 올린다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 광 선별부(130)는 상기 분광기(120)에서 파장 대역에 따라 나뉜 태양광 중 특정 영역의 파장을 갖는 광을 선별하여 상기 제1 광 파이프(140)로 보낸다. 상기 특정 영역의 파장은 근자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 중심파장인 300nm~800nm 범위의 파장일 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 광 선별부(130)는 상기 분광기(120)를 통해 파장별로 분류된 태양광에 있어서, 필요한 영역의 파장을 선택적으로 선별할 수 있도록, 상기 광 선별부(130)의 위치를 이동시킬 수 있는 광 선별부(130) 이동장치를 포함할 수 있다. 상기 광 선별부(130) 이동장치는 주름관(Corrugate Tube)의 형태로 자유자재로 구부릴 수 있고, 구부리는 대로 고정이 가능한 상기 선별부 이동장치이다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 광 선별부(130)에서 제1 광 파이프(140)로 광이 전달되며, 상기 집광부(310)로 이동한다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 광 파이프(140)는 광이 역류하지 않는 선에서 유동성을 가지는 것으로, 태양광의 입사 방향과 상기 집광 렌즈(110)의 렌즈 축 방향이 서로 수직하게 배치되도록 움직일 수 있다.

이러한 상기 제1 광 파이프(140)의 배치는 수동으로 이루어질 수도 있고 제1 광 파이프(140) 둘레에 시간대별로 각도를 미세하게 회전시키는 장치를 부착하여, 제1 광 파이프(140)가 시간에 따라 해가 뜨고 지는 방향을 따라가도록 하는 장치를 더 포함하는 것일 수 있다. 그러나 이 과정에서 광이 역류하지 않는 선에서 광 파이프를 움직이도록 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 인공광원부는 상기 인공광원(210), 상기 인공광원 박스(220) 및 상기 제2 열 회수장치(240)를 포함할 수 있다.

상기 인공광원(210)은 특정 영역대의 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 특정 영역대의 파장은 근자외선, 가시광선 및 근적외선 영역의 중심파장인 300nm~800nm 범위의 파장일 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 인공광원(210)은 근자외선, 가시광선, 근적외선 등을 포함하여 태양광과 유사한 종류의 파장을 방출할 수도 있다.

상기 인공광원(210)은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 백열등, 형광등, 고압나트륨 램프, 메탈할라이드 램프, 플라즈마 램프, LED(Light Emitting Diode) 등일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인공광원(210)은 LED일 수 있다. LED는 기존 백열등 대비 1/5 수준의 전력만 소비하기 때문에 에너지를 크게 절약할 수 있으며, 수명이 1만 내지 5만 시간이므로, 오래 사용이 가능하다. 이러한 점에서 상기 인공광원(210)에 LED를 사용함이 바람직하나, 이는 예시에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 인공광원(210)은 필요하지 않은 영역대의 파장을 갖는 광은 방출하지 않아, 불필요한 전력소모를 저감시킬 수 있다. 상기 인공광원(210)은 복수개로 제공될 수 있으며, 필요에 따라 일부만 점등하고, 일부는 꺼진 상태로 둘 수 있다. 태양광이 충분한 경우, 상기 인공광들(210)을 모두 꺼진 상태로 둘 수도 있으며, 태양광이 매우 부족한 경우 상기 인공광들(210)을 모두 점등시킬 수도 있다. 또한, 태양광이 있으나 그 정도가 충분하지 않는 경우, 상기 인공광들(210)의 일부는 켜지고 일부는 꺼진 상태일 수도 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 인공광원들(210)은 파장대별로 구비되어 있을 수 있다. 각각의 식물들은 식물의 종류마다 필요로 하는 광의 파장이 상이한 바, 각 파장별로 상기 인공광원(210)을 구비하여, 상기 식물공장(400) 내에서 식물을 기를 때, 각각의 식물에 맞는 파장을 점등시킴으로써, 키우는 식물에 구애받지 않고, 상기 식물공장(400)에서 기를 수 있다. 예를 들어, 인공광원들(210)은 식물의 광합성에 이용되는 파장범위로서 400nm~700nm에 대응하는 파장의 광을 제공할 수 있다. 특히, 광합성유효방사(PAR)라고 하며, 이 파장역에서 광은 광합성뿐만 아니라 광형태형성 반응을 유도하는 바, 상기 인공광원들(210)이 이러한 광을 출사함으로써 광합성 반응을 최대로 유도할 수 있다.

이에 더해, 키우는 식물의 종류가 여러가지라고 하더라도, 각각의 식물에 맞는 파장을 방출하는 상기 인공광원(210)을 구비하여 동시 점등을 함으로써, 여러가지 식물들을 동시에 기를 수도 있다. 또한, 설치공간이 부족한 경우, 상기 인공광원(210)을 키우는 식물에 맞게 갈아 끼울 수 있다. 이에 따라 상기 인공광원부의 부피도 적게 차지하며, 원하는 식물도 기를 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 인공광원 박스(220)는 상기 태양광원부의 상기 분광기(120)와 유사하게, 열 회수를 위하여 상기 인공광원 박스(220) 주위에 물이 채워진 구조이다. 또한, 상기 인공광원 박스(220)의 바깥면은 거울로 되어있어, 광의 손실을 줄일 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제2 열 회수장치(240)는 상기 인공광원 박스(220)에서 발생하는 열을 회수하기 위한 장치이다. 상기 제2 열 회수장치(240)는 상기 인공광원(210)에 의해 발생되고, 상기 인공광원 박스(220) 주위에 채워진 물에 흡수된 열을 제2 물탱크로 연결시켜 열을 회수한다. 이 때, 상기 인공광원 박스(220) 주변을 둘러싸고 있는 물이 상기 인공광원(210)에서 나오는 열을 흡수한다. 상기 인공광원(210)에 의해 가열된 상기 인공광원 박스(220) 주변의 물은 상기 제2 물탱크와 평형상태를 이루어 상기 제2 물탱크의 온도를 올린다, 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 인공광원 박스(220)에서 나온 광은 상기 제2 광 파이프(230)로 전달되며, 상기 집광부(310)로 이동한다.

상기 집광부(310)는 상기 제1 광 파이프(140), 상기 제2 광 파이프(230), 제3 광 파이프(330)와 연결되어 있다. 상기 태양광원부에서 상기 제1 광 파이프(140)를 따라 전달된 광 및/또는 상기 인공광원부에서 상기 제2 광 파이프(230)를 따라 전달된 광을 집광하는 역할을 한다.

상기 집광부(310)와 상기 제1 광 파이프(140)가 연결되는 부분에 광 센서(320)가 부착될 수 있다. 상기 집광부(310)와 상기 제1 광 파이프(140)가 연결되는 부분에 상기 광 센서(320)가 부착되어, 상기 태양광원부로부터 들어오는 광의 세기를 측정하는 것이 가능하다. 상기 태양광원부로부터 들어오는 광의 세기를 측정함으로써, 광이 부족한 경우, 한 개 이상의 상기 인공광원(210)을 필요한 광의 세기에 따라 하나 이상 점등하여 상기 식물공장(400) 내에서 필요로 하는 광의 세기를 적절하게 조절할 수 있다. 상기 태양광원부로부터 들어오는 광의 세기가 충분한 경우, 상기 인공광원(210)을 점등하지 않은 채 태양광만으로 운영할 수 있다.

상기 태양광원부에서의 광과, 상기 인공광원부에서의 광은 집광부(310)에서 모여 상기 제3 광 파이프(330)로 함께 들어간다. 혼합된 상기 광은 상기 제3 광 파이프(330)를 통해 상기 식물공장(400) 내부로 들어간다.

상기 제3 광 파이프(330)는 태양광원부에서 상기 제1 광 파이프(140)를 따라 전달된 광 및/또는 상기 인공광원부에서 상기 제2 광 파이프(230)를 따라 전달된 광을 집광한 혼합 광을 상기 식물공장(400) 내부로 전달한다.

상기 광 공급 시스템은 재배실(420)에 연결된다. 재배 배드가 배치되는 상기 재배실(420) 내에는 상기 재배 베드, 및 광 분배기(410)가 배치된다. 상기 재배 베드는 복수개의 층으로 구성되어 있으며, 상기 광 분배기(410)는 상기 식물공장(400)과 인접한 상기 제3 광 파이프(330)의 끝부분에 부착되어 상기 식물공장(400) 내에 광이 골고루 퍼질 수 있도록 한다.

일 실시예로써, 상기 광 분배기(410)는 360도 회전이 가능한 회전식 반사거울일 수 있다. 상기 회전식 반사거울은 사용자의 설정에 따라 매 시간마다 각도를 달리하여 광을 분배하는 장치일 수 있다.

상기 회전식 반사 거울은 한 개가 아니라, 복수개로 구성될 수 있으며, 상기 재배 베드의 개수와 동일한 개수로 구성될 수도 있다. 상기 재배 베드의 개수와 동일한 개수로 구성되는 경우, 상기 각 회전식 반사 거울은 좌우로 회전하며, 해당 층에 골고루 빛을 분배하는 역할을 한다.

다른 일 실시예로서, 상기 광 분배기(410)는 상기 식물공장(400) 내에서의 높이 조절이 가능하여 광이 더 필요한 상기 재배 베드에 집중적으로 광을 조사할 수 있도록 하는 것을 더 포함하는 장치일 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

이에 더해, 상기 제3 광 파이프(330)와 상기 식물공장(400)은 한 부분에서 만나는 것이 아니라 상기 식물공장(400) 곳곳에 상기 제3 광 파이프(330)와 연결된 부분이 있을 수 있다. 따라서 상기 식물공장(400) 내 상기 광 분배기(410) 또한 한 개가 아니라, 복수개로 형성될 수 있고, 이를 통해 상기 식물공장(400) 내부에 골고루 광이 퍼지도록 할 수 있다.

또한, 상기 광 분배기(410) 하나 당 상기 식물공장(400) 하나만 대응 되는 것이 아니라, 상기 광 분배기(410) 하나 당 상기 식물공장(400) 복수개가 연결 될 수도 있으며, 상기 광 분배기(410) 복수개가 상기 식물공장(400) 하나에 연결 될 수도 있다.

다른 일 실시예로서, 상기 광 분배기(410)는 광 섬유일 수 있다. 광 분배기(410)는 광 섬유로서, 각 재배 베드의 상부에 설치되어 각각의 재배 베드로 빛을 방출하는 장치일 수 있다. 이 때, 광 섬유의 일 측은 상기 제3 광 파이프(330)와 연결되어 광을 공급받는다. 광 섬유는 각 재배 베드마다 한 개 이상씩 배치될 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

다른 일 실시예로서, 상기 식물공장(400)에 있어서, 상기 제3 광 파이프(330) 끝에 광 케이블이 달려있고, 상기 광 케이블이 식물공장(400)의 재배실(420), 제1 재배 베드(430)의 하단면, 제2 재배 베드(440)의 하단면의 전등과 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 때, 상기 제3 광 파이프(330)에서 광 케이블로 광이 전달되고, 상기 광 케이블에서 식물공장(400)의 재배실(420)의 천장, 제1 재배 베드(430)의 하단면, 제2 재배 베드(440)의 하단면의 전등과 연결되어, 각각 제1 재배 베드(430), 제2 재배 베드(440), 제3 재배 베드(450)에 상기 광 케이블을 통해 전달된 광이 전등을 통해 상기 식물공장(400) 내부로 골고루 퍼질 수 있도록 할 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 식물공장(400)의 재배실(420)은 다양한 재질로 이루어질 수 있으나, 예를 들어, 반사성 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 밖으로 새어나가거나, 상기 식물공장(400)의 내부 벽에 흡수되는 광을 최소화하여 식물에 더 많은 광을 공급할 수 있도록 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 식물공장(400)은 폐쇄형 식물공장일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 별도로 도시하지는 않았으나, 상술한 스마트팜 광 공급 시스템에 영상 촬영부와 생육분석장치가 부가될 수 있다.

영상 촬영부에서는 식물을 촬영함으로써, 식물의 생장 속도, 식물의 상태, 개화 및 수확 시기 등을 용이하게 파악할 수 있도록 한다.

영상 촬영부는 식물공장(400)의 특정 부분에 설치될 수 있으며, 관리자에 의한 수동 제어가 가능하도록 별도의 제어기가 구비될 수 있으며, 상기 제어기 혹은 관리자의 단말기를 통해 원격 제어가 가능하도록 제공될 수 있다.

생육분석장치는 영상 촬영부로부터 수신된 식물의 영상을 시계열적으로 처리하여 식물의 생육을 분석하는 기능을 수행한다.

예를 들어, 생육분석장치는 영상 촬영부로부터 수신되는 식물 영상을 시간별, 일별, 월별로 정렬하여 저장하고 비교 분석함으로써, 식물의 기간별 생장률 및 식물 상태를 파악할 수 있다.

생육분석장치는 영상 촬영부에 내장되도록 제공될 수 있으며, 외부에서 별도의 장치 형태로 제공될 수 있다. 이외에도 생육분석장치는 클라우드 서버의 형태로 제공되어 영상 촬영부와 무선 연결됨에 따라 데이터를 송수신 가능하도록 제공될 수 있다. 생육분석장치의 형태는 본 출원의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 방식으로 제공될 수 있다.

예를 들어, 생육분석장치는 클라우드 서버의 형태로 제공됨에 따라, 하나의 클라우드 서버를 두고, 여러 식물공장(400)의 생육분석장치와 연동될 수 있다. 상기와 같은 구성을 포함하는 생육분석장치는 식물 영상을 자동 촬영하는 것이 가능함에 따라, 식물공장(400)과 같은 식물 재배 시스템을 무인 관리하는 것이 가능하다.

또한, 상기와 같은 구성을 포함하는 생육분석장치는 촬영한 식물 영상을 시계열적으로 처리함에 따라, 식물의 상태를 시각적으로 즉각 확인할 수 있으며, 식물의 생장 및 생육 정도를 정확하게 분석할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장(400)용 광 공급 시스템, 다시 말해, 스마트팜 광 공급 시스템의 구성을 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법에 대해 상술한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.

이하, 각 단계를 설명하는 과정에서 도 1을 참조하여 설명한 부분과 중복되는 내용은 생략하거나 간단히 기재하며, 설명의 이해를 돕기 위해, 도 1을 함께 참조한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한, 각 단계의 수행 주체는 도1에 도시한 스마트팜 광 공급 시스템으로 가정한다.

도 2를 참조하면, 먼저, 집광 렌즈를 통해 태양광을 분광기로 보내는 단계(S110)가 수행된다.

이후, 분광기가 상기 태양광을 파장별로 분광하는 단계(S120)가 수행된다.

이후, 상기 분광된 태양광의 파장 중 특정 대역의 파장을 갖는 광을 광 선별부가 선별하여 제1 광 파이프로 보내는 단계(S130)가 수행된다.

이후, 상기 광을 상기 제1 광 파이프에서 집광부로 보내고, 집광부의 광 센서가 상기 광의 세기를 감지하는 단계(S140)가 수행된다.

이후, 상기 광의 세기가 식물공장(400) 내의 식물의 광 포화점 이하인 경우, 인공광을 점등하여 광을 추가로 공급하는 단계(S210)가 수행된다.

이후, 상기 제1 광 파이프 및 상기 제2 광 파이프에서의 상기 광을 집광하여 제3 광 파이프를 통해 식물공장(400) 내의 광 분배기로 상기 광을 보내는 단계(S310)가 수행된다.

이후, 상기 광 분배기를 통해 식물공장(400) 내에 골고루 빛이 퍼질 수 있도록 하는 단계(S410)가 수행된다.

위와 같은 단계에 따라 광이 이동하며, 식물공장(400) 내에 골고루 퍼지게 된다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 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 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 집광 렌즈
120 : 분광기
130 : 광 선별부
140 : 제1 광 파이프
150 : 제1 열 회수장치
210 : 인공광원
220 : 인공광원 박스
230 : 제2 광 파이프
240 : 제2 열 회수장치
310 : 집광부
320 : 광 센서
330 : 제3 광 파이프
400 : 식물공장
410 : 광 분배기
420 : 재배실
430 : 제1 재배 베드
440 : 제2 재배 베드
450 : 제3 재배 베드

Claims (18)

1. 태양광을 모으는 집광 렌즈;
   상기 집광 렌즈가 모은 상기 태양광을 파장에 따라 분리하는 분광기;
   상기 분광기가 분리한 파장의 광 중 특정 파장 대역의 광을 선별하는 광 선별부;
   상기 선별된 광을 그 내부로 통과시키는 제1 광 파이프;
   인공광을 공급하는 인공광원부;
   상기 인공광원부로부터의 광이 그 내부로 통과되는 제2 광 파이프;
   상기 제1 광 파이프 및 상기 제2 광 파이프에 연결된 집광부;
   상기 집광부에 연결되며 상기 태양광 및 상기 인공광 중 적어도 하나의 광을 식물공장 내로 전달하는 제3 광 파이프를 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 집광 렌즈는 프레즈넬 렌즈인 스마트팜 광 공급 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 광 선별부는 태양광의 파장 대역 중 근자외선, 가시광선 및 근적외선에 해당하는 300nm~800nm 파장 대역의 광을 선별하는 스마트팜 광 공급 시스템.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 분광기에 인접하게 배치되며 상기 분광기에서 발생하는 열을 회수하는 제1 열 회수 장치를 더 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 열 회수 장치는 300nm~800nm 파장 대역의 광을 회수하는 것을 특징으로 하는 스마트팜 광 공급 시스템.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 인공광원부는 인공광원 박스 및 상기 인공광원 박스 내에 제공된 복수의 광원을 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 인공광원부에 인접하게 배치되며 상기 인공광원부에서 발생하는 열을 회수하는 제2 열 회수 장치를 더 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제2 열 회수 장치는 300nm~800nm 파장 대역의 광을 회수하는 것을 특징으로 하는 스마트팜 광 공급 시스템.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 광 파이프와, 상기 집광부 사이에 제공되며, 상기 제1 광 파이프를 따라 전달된 상기 광의 세기를 감지하는 광 센서를 더 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 스마트팜 광 공급 시스템 내에 부착되어, 상기 제3 광 파이프로부터 전달된 상기 광을 각 재배 베드에 순차적으로 공급하는 광 분배 장치를 더 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 광 분배 장치는 회전하는 거울이 부착되어 광을 분배하는 것을 특징으로 하는 스마트팜 광 공급 시스템.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 회전하는 거울은 시간에 따라 각도를 달리하여 회전하는 광 분배 장치인 스마트팜 광 공급 시스템.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 스마트팜 광 공급 시스템은 폐쇄형 식물공장에 사용되는 스마트팜 광 공급 시스템.
14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    식물의 상태를 촬영하는 영상 촬영부 및 영상 촬영부에서 수집된 정보를 시계열적으로 처리하여 식물의 생육을 분석하는 생육분석장치를 더 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 생육분석장치는 클라우드 서버의 형태로 제공되어 다수의 식물공장과 연동되는 스마트팜 광 공급 시스템.
16. 식물이 재배되는 재배 베드가 제공된 재배실; 및
    상기 재배실에 광을 제공하는 광 공급 시스템을 포함하며,
    상기 광 공급 시스템은
    태양광을 모으는 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈가 모은 상기 태양광을 파장에 따라 분리하는 분광기;
    상기 분광기가 분리한 파장의 광 중 특정 파장 대역의 광을 선별하는 광 선별부;
    상기 선별된 광이 그 내부로 통과되는 제1 광 파이프;
    인공광을 공급하는 인공광원부;
    상기 인공광원부로부터의 광이 그 내부로 통과되는 제2 광 파이프;
    상기 제1 광 파이프 및 상기 제2 광 파이프에 연결된 집광부; 및
    상기 집광부에 연결되며 상기 태양광 및 상기 인공광 중 적어도 하나의 광을 식물공장 내로 전달하는 제3 광 파이프를 포함하는 광 공급 시스템이 구비된 식물공장.
17. 집광 렌즈를 통해 태양광을 집광하여 분광기로 보내는 단계;
    분광기가 상기 태양광을 파장별로 분광하는 단계;
    상기 분광된 태양광의 파장 중 특정 대역의 파장을 갖는 광을 광 선별부가 선별하여 제1 광 파이프로 보내는 단계;
    상기 광을 상기 제1 광 파이프에서 집광부로 보내고, 집광부의 광 센서가 상기 광의 세기를 감지하는 단계;
    상기 광의 세기가 식물공장 내의 식물의 광 포화점 이하인 경우, 인공광을 점등하여 광을 추가로 공급하는 단계;
    상기 제1 광 파이프 및 제2 광 파이프에서의 상기 광을 집광하여 제3 광 파이프를 통해 식물공장 내의 광 분배기로 상기 광을 보내는 단계;
    상기 광 분배기를 통해 식물공장 내에 골고루 빛이 퍼질 수 있도록 하는 단계를 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 분광기에 연결된 제1 열 회수장치 및 인공광원 박스에 연결된 제2 열 회수장치가 상기 분광기 및 상기 인공광원 박스에서 발생한 열을 회수하는 단계를 더 포함하는 스마트팜 광 공급 시스템을 이용한 광 공급 방법.

Images