KR20220100640A - 농업용 태양광 전송 조명 시스템과 이를 응용하는 온실 및 조명 방법 - Google Patents

농업용 태양광 전송 조명 시스템과 이를 응용하는 온실 및 조명 방법 Download PDF

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Abstract

온실 또는 식물 공장에 적용되는 태양광 조명 시스템은 컨트롤러, 집광 렌즈, 메인 구동 메커니즘 및 조사기(31)를 결합하여, 태양광을 조사 방향이 안정하고 빛 세기를 조절 가능한 빛으로 변환함으로써, 고밀도 3차원 재배 랙(81)의 조명 요구에 적합하고, 이를 응용하는 온실(92)을 더 포함하며, 외벽면 또는 최상부에는 빛 투과홀(99)이 형성되고, 태양광 조명 시스템의 주 광축은 상기 빛 투과홀(99)을 관통하며, 이를 응용하는 조명 방법을 더 포함하여, 더 적은 단계로 더 나은 조명 효과를 얻는다.

Description

농업용 태양광 전송 조명 시스템과 이를 응용하는 온실 및 조명 방법
본 발명은 원예 재배 분야에 관한 것이고, 구체적으로 온실 또는 식물 공장에 일체화 설치되어 태양광을 이용하여 조명 및 보조 조명을 제공하는 시스템, 상기 시스템을 응용하는 온실 및 조명 방법에 관한 것이다.
현대 농업의 발전 방향은 시설 농업이며, 시설 농업의 발전 방향은 농작물의 성장 환경을 정밀하게 조절할 수 있는 식물 공장이다. 농작물의 생육에 필요한 물, 공기, 양분, 온도, 습도 이 몇 가지 면에서 기존의 제어 기술은 이미 매우 성숙하고 조광만이 비교적 어려운데, 이는 농업기술 발전의 병목 현상이다.
단위 토지 면적의 더 높은 활용도에 도달하기 위해 재배 방식은 3차원 재배 방향으로 발전하고 있다. 현대의 온실은 일반적으로 수직 재배를 위한 3차원 재배 랙을 갖추고 있어 단위 토지 면적당 재배 면적을 증가시켜 수확량을 증가시킨다. 예를 들어, 수직 재배, A-프레임 재배, 드럼 재배 등이 있다. 고밀도 3차원 재배의 정의는 노지 재배 및 온실에서의 주류 평지 재배와 다른 바, 고밀도 3차원 재배의 재배 랙은 3차원으로 설치되어 평면에 설치될 경우 재배 면적이 평면 면적보다 훨씬 커야 한다. 그러나 태양광을 이용하여 조명을 제공하는 온실에서는 이런 설계는 재배 랙의 최상층의 재배물만 충분한 태양광을 받을 수 있으며 재배 랙의 하층은 상층 및 인접한 재배 랙에 의해 가려지게 된다. 또한 태양이 동쪽에서 뜨고 서쪽으로 지기에 태양광의 각도가 시시각각 변함에 따라 3차원 재배 랙의 상이한 위치에서 상이한 시간의 빛의 세기가 변하는 문제가 초래된다. 또한 온실의 기둥과 브래킷도 태양광을 차단하고 그림자가 생기므로 온실 내부의 일부 영역에서 빛이 충분하지 못한 상황이 발생한다. 3차원 재배 랙의 빛 차단 문제를 줄이기 위해서는 일반적으로 3차원 재배 랙 사이가 멀리 떨어져 있어야 하므로 재배 밀도가 낮아져 고밀도 3차원 재배의 구현이 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 인공 광원을 이용하여 태양광을 대체하여 조명을 제공하는 과제 해결 수단이 있는데, 예를 들어 토마토 재배를 위한 다경간 유리 온실에서 수직으로 타고 오르면서 자라는 무한 성장형 토마토 식물의 캐노피 하층의 잎사귀는 상층 잎사귀에 가려져 태양광을 충분히 받기 어렵다. 농업용 나트륨 램프를 보조 조명으로 사용해도 온실 최상부에 설치된 농업용 나트륨 램프는 여전히 캐노피 하층의 잎사귀를 조사하기 어렵기에, 일부 캐노피 하층의 건강한 잎사귀가 떨어지게 된다. 이에 네덜란드의 연구자들은 토마토 캐노피의 중층과 하층에 LED 보조등 장치를 설치한 것으로 보고되었으며, 이후 국내 다경간 유리 온실 운영자들도 동일한 보조 조명 방식을 시도하여 더 높은 수확량을 얻었다고 한다.
농작물의 고밀도 3차원 재배의 난제를 해결하기 위해 최근에는 미국의 항공 농장 회사(AeroFarms) 및 중국의 중국과학원삼안식물공장과 같은 수직 농장이라고도 하는 전체 인공 조명식 식물 공장이 출현하였다. 이런 공장은 다층 재배 랙이 설치되고 각 층은 인공 광원으로 조명되어 고밀도 3 차원 재배 효과를 얻는다. 그러나 재배에 필요한 광조도가 낮은 상추 재배에서 에너지 절약형 적색 및 청색 LED 광원을 사용하여도 재배 면적 제곱미터 당 거의 100W의 소비 전력, 재배면적 에이커 당 66킬로와트의 전력 소비가 필요한 것으로 보고되었다. 따라서 에너지 소비가 많아 재배 비용이 증가하고 전체 인공 조명식 식물 공장의 발전이 제한된다.
태양광은 지구상에서 가장 직접적이고 효과적인 무료 광원이며 태양광은 지구상에서 화석 에너지와 풍력, 수력에너지의 원천이기도 하다. 따라서 다른 기술팀들도 상이한 과제 해결 수단으로 태양광 조명 하에서 고밀도 3차원 재배 문제를 해결하고자 시도하고 있다.
일부 과제 해결 수단은 움직이는 재배 랙을 설계하여 태양광을 추적하면서 움직이도록 하였다.
중국발명특허출원 제201410788355.1호는 안정적인 조명을 얻기 위해 모터에 의해 재배 랙이 태양광을 따라 회전하도록 구동하는 자동 태양 추적형 다층 3차원 딸기 재배 시스템을 개시하고 있다. 본 특허에 존재하는 문제점은 재배 랙 자체의 무게가 상대적으로 커서 모터의 에너지 소비도 상대적으로 높다는 것이다.
싱가포르의 녹색하늘농장(skygreens)은 야채 재배 탱크가 수력 구동에 의해 상하 순환하는 재배 랙에 있고, 각 층의 야채가 모두 순차적으로 태양광이 충분한 온실 최상부로 상승하여 태양광을 받은 후 순차적으로 저부의 물 탱크로 하강하여 수분을 흡수하도록 한다. 이런 재배 방식은 재배 밀도가 다경간 유리 온실보다 몇 배 크고 고밀도 3차원 재배에 속하며 재배 수확량도 다경간 유리 온실보다 높다. 존재하는 문제점은 수력 구동 장치의 운전 속도가 느리고 각 층의 재배 탱크의 야채가 충분한 세기의 태양광을 받는 조명 시간이 짧으며, 채광이 충분하지 못한 재배 랙의 중층 및 하층에 있는 시간이 길고, 야채 성장 속도가 단일층 재배의 다경간 유리 온실보다 느리다는 것이다. 비록 재배 밀도는 다경간 유리 온실의 몇 배이지만, 수확량은 몇 배의 상승을 달성하지 못하고 채광 부족 문제로 여전히 한계가 있다.
중국의 AgriGarden 회사는 이동식 다층 3차원 트랙 재배 시스템을 개발하였는데 야채 재배 탱크가 다층 3차원 트랙에서 이동하여 일반적인 다경간 온실에서 3차원 재배 랙의 상이한 위치의 태양광 세기가 다름으로 인해 야채 성장 속도가 다른 문제를 개선하였다. 최근 중국 농업 박람회에서 트랙에 재배 탱크를 매달고 트랙이 재배 탱크를 순차적으로 채광이 강한 영역으로 운반한 다음 채광이 약한 영역으로 다시 운반해오는 설계를 선보이기도 했다. 유사한 재배 밀도에서 이 두 가지 형태는 싱가포르의 녹색하늘농장의 태양광 채광 효과와 유사하였다.
본 기술분야의 관련 발명을 검색할 때, 본 기술분야에서 광섬유 기술 및 광 파이프 기술을 사용하는 몇 가지 솔루션이 발견되었다.
중국 실용신안 출원번호 201520431694.4 및 중국 발명 특허 출원번호 201710905698.5의 두 기술수단은 모두 광 파이프를 빛의 중간 전달 매체로 사용하는 것이다. 존재하는 문제점은 광 파이프의 전달 과정에서 빛 손실이 크고 광 파이프가 길수록 직경이 작아지며 반사 횟수가 많을수록 손실이 커진다는 점이다. 예를 들어, 반사율이 0.95인 광 파이프의 경우 10번의 내부 반사를 거친 후 광 에너지 손실이 40%를 초과하고 채광 커버 손실, 연결 부위 손실, 산광기(diffuser) 손실을 고려하면 광 에너지의 포괄적인 손실이 너무 크다.
중국 실용신안 출원 번호 201120361809.9 및 중국 발명 특허 출원번호 201110121985.X의 기술수단은 광섬유 번들을 빛의 중간 전달 매체로 사용하는 것이다. 여기서 광 커플러, 광섬유 전달, 광 스플리터, 발광 램프는 모두 광 손실을 일으키므로 역시 광 에너지 손실이 크다는 문제점이 있다. 또한 상이한 스펙트럼에 대한 광섬유의 투과율이 상이한 바, 특히 식물의 성장에 유익한 자외선 및 적외선에 대해 큰 차폐 작용이 있다.
광 파이프 조명 기술 및 광섬유 도입 조명기술은 주거용 건물 및 공공 건물의 조명에 많이 적용되고, 맑은 날의 직사광선 세기는 60,000 ~ 100,000lx에 달할 수 있으며 중국의 "건축물 조명 설계 표준"에 따르면, 주거 건물 태양광 세기는 30lx ~ 300lx 이면 되고 공공 건물은 50lx ~ 500lx이면 된다. 태양광의 세기는 건물 조명 요구 사항의 세기의 수백에서 수천 배이다. 따라서 광 파이프 조명 기술 및 광섬유 도입 조명 기술은 광에너지 전파의 손실이 크지만 일반 건물 조명의 요구를 충족시킬 수 있다.
그러나 식물 성장에 필요한 빛의 세기는 생활에 필요한 빛의 세기보다 몇 배 더 높으며, 예를 들어 상추의 광 보상점은 3,000lx에 가깝고, 광 포화점은 70,000lx이며, 3,000lx 미만의 빛 세기에서 상추는 시들게 되고 인공 광 식물 공장에서 상추를 재배할 경우에도 10,000lx 이상의 조명이어야만 상추의 정상적인 성장 요구를 충족시킬 수 있다.
종래 기술의 일반적인 건축 조명을 해결할 수 있는 솔루션은 농업용 조명의 요구를 충족시킬 수 없다. 따라서 채광 효율이 낮고 빛 에너지 전파 과정에서 손실이 큰 광파이프 기술 및 광섬유 도입 조명 기술을 식물 재배에 적용하기는 어렵다
다경간 유리 온실 및 비닐하우스의 태양광 조명에는 다른 문제가 있는데, 고정 설치된 온실 및 하우스의 채광 표면은 고정되어 있으며 태양이 동쪽에서 뜨고 서쪽에서 짐에 따라 적절한 채광 각도를 유지할 수 없다. 온실 및 하우스는 정오의 과도한 태양광은 광저해를 쉽게 유발할 수 있으며, 정오 온실의 온도가 너무 높아 식물에 고온 장해를 일으키기 쉽고 차광 및 방열이 필요하므로 유리 온실에 차광 커튼을 설치해야 하며, 하우스는 진흙을 발라 하우스의 필름에 입사되는 빛의 세기를 낮추어야 한다. 따라서 기존의 유리 온실 및 하우스도 많은 태양광 자원을 낭비하고 있으며 태양광 이용률이 낮다.
따라서 채광 효과가 우수하고 광 전달 손실이 적으며 조명 빛 세기가 강하여 식물의 정상적인 성장을 충족시킬 수 있는 태양광 조명 시스템이 필요하며 이 시스템은 고밀도 3차원 재배의 요구도 충족할 수 있어야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 태양광 조명이 고밀도 3차원 재배를 구현하기 어려운 문제점을 해결하는 것이고, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 농업용 태양광 전송 조명 시스템을 제공하며, 또한 상기 시스템을 응용하는 온실 및 조명 방법을 더 제공한다.
본 발명에 따른 농업용 태양광 전송 조명 시스템은 컨트롤러, 집광 렌즈, 메인 구동 메커니즘, 조사기를 포함하고; 컨트롤러의 제어 하에, 집광 렌즈는 메인 구동 메커니즘에 의해 구동되어 태양을 추적하고, 태양광을 조사기에 반사 및/또는 굴절시키며, 조사기는 피조사물에 조명을 제공한다.
농업 시설에 고정 설치된 3차원 재배 랙은 태양 조사 각도가 시시각각 변하는 상황에서 상이한 위치에서 재배되는 야채가 여전히 안정적인 조명을 얻을 수 있는 구조를 설계하기 어렵다. 재배 장치가 태양광을 따라 움직이는 솔루션을 설계해내면, 운동 장치가 복잡해지고, 움직이는 중량 부하가 커져 에너지 소모가 큰 문제가 발생한다. 본 발명에 따른 농업용 태양광 전송 조명 시스템을 적용하면 태양이 동쪽에서 뜨고 서쪽에서 짐에 따라 조사 각도가 시시각각 변하는 태양광을 조사 각도가 안정적인 태양광으로 변환시킬 수 있어, 조사 각도가 안정적인 조건에서 적절한 고밀도 3차원 재배 랙을 설계할 수 있다. 따라서 본 발명은 태양광이 고밀도 3차원 재배를 구현하기 어려운 문제를 해결할 수 있다.
바람직하게, 조사기는 반사경, 투과경, 도광판 또는 이들의 조합이고, 조사기는 미세 조류 또는 식물에 조명을 제공한다.
조사기의 상이한 광학 설계 및 조합은 미세 조류 또는 식물에 필요한 빛 세기 및 조명 범위에 따라 설계될 수 있고, 이점은 상이한 식물의 성장의 조명 요구에 적응할 수 있다는 것이다. 예를 들어 강한 빛 세기가 필요한 식물에 대하여, 조사기는 조사 면적이 더 집중되고 빛 세기가 강하도록 설계할 수 있다. 약한 빛 세기가 필요한 식물에 대하여, 예를 들어 흔히 보는 잎 채소, 및 필요한 빛 세기가 더 약한 삼칠, 인삼, 철피석곡 및 금선란 등 귀한 약재, 및 미세 조류에 대하여 조사기는 조사 면적을 증가시킬 수 있으며 빛 세기는 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 집광 렌즈 및 조사기 사이의 광로 상에는 하나 이상의 도광경이 설치되고, 도광경 본체의 형상은 평판형, 호형판형, 타이어형, 피라미드형, 프리즘형, 풍차형, 팬 날개형이며, 반사면은 평면 또는 곡면이고, 도광경 및/또는 조사경은 고정 설치되거나 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 움직인다.
도광경을 추가하면, 광로의 방향을 보다 유연하게 변경할 수 있고 시설 내 장애물을 우회할 수 있다. 보조 구동 메커니즘을 추가하면, 도광경 및 조사경이 움직이는 상태로 변할 수 있고 움직이는 도광경 또는 조사경은 광로의 방향을 변화시켜 방출된 라이트 빔이 스캔 효과를 갖도록 하고, 조사된 식물은 스캐닝 라이트 빔에 의해 명암이 교대로 나타나는 펄스 조명 효과를 얻으며, 식물의 광합성 작용의 광 반응 및 암 반응의 특성에 따라 명암 교대 조명을 구현하고, 동일한 빛 에너지 하에서 더 높은 빛 에너지 이용율을 얻을 수 있어 수확량의 향상에 도움이 된다.
바람직하게, 보조등이 더 설치되고, 보조등은 구동 회로, 광원을 포함하며, 상기 구동 회로는 펄스 전류를 출력하여 광원을 점멸 발광하도록 구동한다.
보조등이 추가되면, 흐린 날 또는 야간에도 식물의 정상적인 성장을 보장할 수 있다. 보조등이 펄스 광을 방출하는 방식은 식물에 보조 조명을 제공함에 있어 에너지를 보다 절약할 수 있다.
바람직하게, 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 움직이는 도광경 또는 조사기 전방에는 보조등이 더 설치되고, 보조등은 구동 회로, 집광 쉐이드, 광원을 포함하며, 보조등에 의해 방출된 라이트 빔은 움직이는 도광경 및/또는 움직이는 조사기를 거쳐 피조사물에 스캐닝 조명을 제공한다.
본 바람직한 해결수단의 유리한 효과는 보조등이 방출하는 안정적인 라이트 빔이 움직이는 조사기 또는 도광경을 통과한 후 펄스 광으로 변환하여 식물에 보조 조명을 제공함에 있어 에너지를 보다 절약할 수 있다는 것이다.
태양광 전지 패널 및/또는 태양광 집열 튜브와 같은 태양에너지 광열 이용 장치가 더 설치된다. 태양에너지 광열 이용 장치는 집광 렌즈의 분기 광로 상에 설치되거나, 움직일 수 있는 도광경의 분기 광로 상에 설치되고, 집광 렌즈는 메인 구동 메커니즘의 구동 하에 라이트 빔을 메인 광로로부터 분기 광로 상의 태양에너지 광열 이용 장치로 이동시킬 수 있거나, 도광경은 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 라이트 빔을 메인 광로로부터 분기 광로 상의 태양에너지 광열 이용 장치로 이동시킬 수 있다.
태양에너지 광열 이용 장치를 추가하면, 온실 내에 조명이 필요없을 경우 수집된 태양광을 발전에 사용하거나 집열에 사용할 수 있고, 수집된 열은 온실의 온도 또는 배양액의 온도를 높이는데 사용될 수 있다. 이로써 태양광의 포괄적인 활용 효과를 달성한다.
본 발명은 농업용 태양광 전송 조명 시스템을 이용하는 온실을 더 제공하고, 온실의 외벽면 및/또는 최상부에 하나 이상의 빛 투과홀이 설치되고, 본 발명에 따른 농업용 태양광 전송 조명 시스템의 주 광축이 그중 하나의 빛 투과홀을 관통하며, 온실 내부에 상기 조사기의 지지 장치가 설치된다.
본 발명에 따른 온실은 본 발명에 따른 태양광 전송 조명 시스템을 응용할 수 있고, 상응한 빛 투과홀 및 상응한 설치 위치를 구비한다. 온실 내에는 본 발명에 따른 농업용 태양광 전송 조명 시스템에 상응한 고밀도 3차원 재배 시설을 설치하여 고밀도 3차원 재배 효과를 더 잘 달성할 수 있다.
바람직하게, 온실의 상방에는 서스펜션 레일이 설치되고, 농업용 로봇 및/또는 바구니가 서스펜션 레일 상에서 작업하거나 운송될 수 있다.
이 서스펜션 레일이 추가되면, 온실에서 농업용 로봇의 작업에 도움이 되고 이로써 농업용 로봇이 통로 위치를 차지하지 않게 된다.
본 발명은 태양광을 이용하여 더 큰 유효 조명 재배 면적을 획득하는 방법을 더 제공하고, 유효 조명은 식물의 정상적인 성장을 충족시킬 수 있는 조명을 의미하며, 상기 방법은,
단계 a, 메인 구동 메커니즘의 구동 하에 집광 렌즈가 태양을 추적하는 단계;
단계 b, 집광 렌즈에 의해 태양광을 조사기에 반사 및/또는 굴절시키는 단계;
단계 c, 조사기가 미세 조류 또는 식물에 조명을 제공하는 단계를 포함한다.
이의 유익한 효과는 태양광을 효율적으로 수집하고 태양광을 전달하며 빛 에너지의 손실을 감소할 수 있다는 것이다.
바람직하게, 방법의 단계 b는,
b11： 집광 렌즈에 의해 태양광을 도광경에 반사 및/또는 굴절시키는 단계;
b12： 도광경이 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 회전하여, 스캐닝 방식으로 순차적으로 라이트 빔을 복수개의 조사기에 투사하는 단계로 분할될 수 있다.
바람직하게, 방법의 단계 b는,
B21： 집광 렌즈에 의해 태양광을 도광경에 반사 및/또는 굴절시키는 단계;
B22： 도광경에 의해, 태양광을 보조 구동 메커니즘에 의해 구동되어 움직이는 조사기에 반사하는 단계로 분할될 수 있다.
이의 유익한 효과는 식물의 광합성 작용에 의한 빛 에너지의 이용율을 더욱 향상시키고 태양광 수집 면적이 동일한 상황에서 유효 조명 면적을 더욱 증가하여 재배 밀도를 높이는 것이다.
도 1은 본 발명을 발코니 재배에 적용한 모식도이다.
도 2는 본 발명을 다경간 온실 재배에 적용한 모식도이다.
도 3은 본 발명을 응용하는 다층 온실 재배에 적용한 본 발명의 모식도이다.
도 4는 본 발명을 광생물 반응기에서 배양하는 미세 조류에 적용한 모식도이다.
도 5는 본 발명을 고정형 도광경 및 움직이는 조사기가 조합된 온실 재배에 적용한 모식도이다.
도 6은 본 발명을 움직이는 도광경 및 복수개의 고정된 조사기가 조합된 경우에 적용한 부분 모식도이다.
아래 도면을 참조하여 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명을 고층 주택의 발코니 재배에 적용된 모식도이다. 메인 구동 메커니즘은 피치 구동축(21), 수직 암(22) 및 수평 구동축(23)으로 구성된다. 수평 구동축(23)은 고정 브라켓(94)을 통해 발코니 난간(91) 외부에 설치되고, 피치 구동축(21)은 반사 집광 렌즈(11)에 연결된다. 컨트롤러는 은폐 설치가 가능하고, 예를 들어 메인 구동 장치 내에 설치될 수 있다. 재배 랙(81)은 발코니 내에 수직 설치되고, 재배 랙(81) 상에는 화훼 또는 야채(41)가 재배된다. 평면 반사경인 하나의 조사기(31)가 설치되고, 고정 브라켓(94)을 통해 발코니 최상부에 설치된다.
본 실시예가 작동할 때, 컨트롤러가 제어 신호를 출력하여 메인 구동 메커니즘의 수평 운동축(23) 및 피치 운동축(21)을 구동하고, 반사 집광 렌즈(11)가 태양(01)을 추적하도록 구동하여, 태양광(02)을 조사기(31)에 반사시킨다. 조사기가 화훼 또는 야채(41)에 조명을 제공한다.
위도가 높은 지역에서, 반사 집광 렌즈(11) 및 메인 구동 메커니즘은 발코니 난간(91) 내에 설치될 수 있고, 일 년 내내 채광이 방해받지 않도록 할 수도 있다. 재배 랙(81)의 설치 방향은 발코니 좌우 양측의 벽체에 설치될 수도 있다. 조사기(31)를 비구면 반사경으로 개량하면, 광학 설계에 따라 상이한 위치의 재배 랙의 조명을 보다 균일하게 할 수 있다. 조사기는 다양한 광학 설계를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명을 다경간(multi-span) 온실 재배에 적용한 모식도이다. 온실 투광 천장(93) 상에 메인 구동 메커니즘이 설치되고; 메인 구동 메커니즘은 피치 구동축(21), 틸트 암(24) 및 수평 구동축(23)으로 구성된다. 피치 구동축(21)은 프레넬 집광 렌즈(12)에 연결된다. 컨트롤러는 은폐 설치가 가능하고, 예를 들어 메인 구동 장치 내에 설치될 수 있다. 재배 랙(81)은 A-프레임이고 다경간 온실 내에 설치되며, 재배 랙(81) 상에는 에어로졸 재배법으로 화훼 또는 야채(41)가 재배된다. 조사기는 도광판 구조이고, 도광판 흡광부(34) 및 도광판 발광부(33)로 이루어진다. 온실의 상방에는 펄스 보조등(61)이 더 설치되고, 펄스 보조등(61)은 고정 브라켓(94)을 통해 온실 프레임에 설치된다. 펄스 보조등(61)의 조사 영역은 도광판의 흡광부(34)이다.
본 실시예가 작동할 때, 컨트롤러가 제어 신호를 출력하여 메인 구동 메커니즘의 수평 운동축(23) 및 피치 운동축(21)을 구동하고, 프레넬 집광 렌즈(12)가 태양(01)을 추적하도록 구동하여, 태양광(02)을 투명 재질로 커버된 빛 투과홀(99)을 통해 조사기 도광판 흡광부(34)에 집중시킨다. 도광판 발광부(33)는 태양광(02)을 다경간 온실 내에서 도광판 주위에 설치된 재배 랙(81) 상의 화훼 또는 야채(41)에 발산 및 조사한다. 흐린 날 또는 야간에, 펄스 보조등(61)이 작동을 시작하여 펄스 광을 발사하여 도광판 흡광부(34)에 조사되며, 도광판 발광부(33)를 통해 재배되는 화훼 또는 야채(41)에 보조 조명을 제공한다.
03은 백반(facula) 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명을 응용하는 다층 온실 재배에 적용한 본 발명의 모식도이다. 메인 구동 메커니즘은 피치 구동축(21), 수직 암(22) 및 수평 구동축(23)으로 구성된다. 메인 구동 장치의 베이스는 지면에 설치되거나, 온실(92)보다 낮은 근처의 지붕에 설치된다. 하나의 온실에는 복수개의 메인 구동 메커니즘 및 집광 렌즈가 설치될 수 있다. 피치 구동축(21)은 반사 집광 렌즈(11)에 연결된다. 컨트롤러는 은폐 설치가 가능하고, 예를 들어 메인 구동 장치 내에 설치될 수 있으며, 컨트롤러는 무선 연결 방식으로 메인 구동 메커니즘, 보조 구동 메커니즘(25, 26)의 운전을 제어한다. 재배 랙(81)은 온실(92) 내에 수평 설치되고, 토양 재배 또는 무토 재배이며, 재배 랙(81) 상에는 화훼 또는 야채(41)가 재배된다. 조사기의 타입은 분광 조사기(35)이고, 분광 조사기(35)는 보조 구동 메커니즘(25)을 통해 온실 최상부에 설치되며, 분광 조사기(35)는 광학 설계를 통해 한 다발의 빛을 여러 다발의 빛으로 반사시킬 수 있다. 온실의 상방에는 정전류 보조등(62)이 더 설치되고, 정전류 보조등(62)은 보조 구동 메커니즘(26)을 통해 온실 상방에 설치된다. 온실(92)의 중부 및 상부에는 수평 운동 레일(95)이 더 설치되고, 로봇(96)이 레일에서 서스펜션 형태로 작동한다. 온실의 외벽면에는 태양광 전지 패널 또는 집열 튜브로 구성되는 태양에너지 광열 이용 장치(98)가 더 설치된다.
본 실시예가 작동할 때, 컨트롤러가 제어 신호를 출력하여 메인 구동 메커니즘의 수평 운동축(23) 및 피치 운동축(21)을 구동하고, 반사 집광 렌즈(11)가 태양(01)을 추적하도록 구동하여, 태양광(02)이 빛 투과홀(99)을 통과하여 분광 조사기(35)에 조사되도록 집중시킨다. 분광 조사기(35)에서 반사된 여러 다발의 태양광(02)은 각각 복수개의 재배 랙(81) 상의 화훼 또는 야채(41)에 조명을 제공하고, 분광 조사기(35)는 보조 구동 메커니즘(25)의 구동 하에 종이면에 수직되게 앞뒤로 회전하여 종이면에 수직되게 백반을 스캐닝함으로써, 더 큰 영역의 재배 랙(81) 상의 화훼 또는 야채(41)에 스캐닝 펄스 조명을 제공한다. 흐린 날 또는 야간에, 정전류 보조등(62)이 작동을 시작하여 보조 구동 메커니즘(26)의 구동 하에 종이면에 평행되게 회전하거나 종이면에 수직되게 회전함으로써, 더 큰 영역의 재배 랙(81) 상의 화훼 또는 야채(41)에 보조 조명을 제공한다. 태양광(02)이 있고 조명이 필요없을 경우, 메인 구동 메커니즘이 집광 렌즈를 구동하여 백반을 메인 광로로부터 이탈하여 분기 광로의 태양에너지 광열 이용 장치(98)를 향하도록 함으로써, 발전 및 집열을 수행한다. 수집된 열은 온실(92)의 온도를 높이는데 사용되거나, 추운 환경에서 실내 온도를 빠르게 높일 수 있거나 재배 랙(81) 중의 배양액의 온도를 유지하거나 높이는데 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명을 광생물 반응기에서 배양하는 미세 조류에 적용한 모식도이다. 메인 구동 메커니즘은 피치 구동축(21), L자형 크랭크 암(24) 및 수평 구동축(23)으로 구성된다. 메인 구동 메커니즘은 온실 최상부에 설치된다. 피치 구동축(21)은 반사 집광 렌즈(11)에 연결된다. 하향 도광경(54)은 1축 움직이는 보조 구동 메커니즘(27)의 구동 하에 피치 회전하여, 라이트 빔을 하향 회전시켜 빛 투과홀(99)을 통과하도록 한다. 보조 구동 메커니즘(27) 및 하향 도광경(54)이 설치된 고정 브라켓(94) 및 집광 렌즈(11)의 거울 본체는 고정 연결된다. 진동 도광경(51)은 온실(92) 내부에 설치되고, 진동 도광경(51)의 회전축은 하나의 검류계의 모터에 연결된다. 컨트롤러는 은폐 설치가 가능하고, 예를 들어 메인 구동 장치 내에 설치될 수 있으며, 컨트롤러는 무선 연결 방식으로 메인 구동 메커니즘, 보조 구동 메커니즘(27) 및 검류계 모터의 운전을 제어할 수도 있다. 재배 영역에는 복수개의 광생물 반응기(82)가 설치되고, 광생물 반응기 내에는 배양액 및 미세 조류(42)가 있다. 하나 이상의 광생물 반응기에는 하나 이상의 원통형으로 감긴 도광판 발광부(33)가 삽입되고, 도광판의 일단에는 도광판 흡광부(34)가 구비된다. 온실 최상부에는 빛 투과홀(99)이 더 설치되고, 빛 투과홀(99) 근처의 온실 최상부에는 태양광 전지 패널 및/또는 집열 튜브로 구성되는 태양에너지 광열 이용 장치(98)가 설치된다.
본 실시예가 작동할 때, 컨트롤러가 제어 신호를 출력하여 각각 메인 구동 메커니즘 및 보조 구동 메커니즘(27), 진동 도광경의 검류계 모터를 구동한다. 반사 집광 렌즈(11)의 광학 주축은 태양을 마주하고 태양(01)을 추적하며, 태양광(02)을 하향 도광경(54)에 집중시키고, 하향 도광경(54)은 태양광을 하향 전달하며 빛 투과홀(99)을 통해 진동 도광경(51)에 조사된다. 진동 도광경(51)은 검류계 모터의 구동 하에 회전축을 따라 앞뒤로 회전하여 라이트 빔을 앞뒤로 스윙하는 스캐닝 라이트 빔으로 반사시키고, 라이트 빔은 순차적으로 상이한 도광판 흡광부(34)에 스캐닝 조명되며, 도광판에 의해 흡수된 광선은 도광판 발광부(33)를 통해 광생물 반응기의 배양액에서 미세 조류에 조명을 제공한다. 태양광(02)이 있고 조명이 필요없을 경우, 보조 구동 메커니즘(27)이 하향 도광경(54)을 구동하여 백반을 메인 광로로부터 이탈하여 분기 광로의 태양에너지 광열 이용 장치(98)를 향하도록 함으로써, 발전 및 집열을 수행한다. 수집된 열은 온실(92)의 온도를 높이는데 사용되거나 광생물 반응기(82)의 배양액의 온도를 높이는데 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명을 고정형 도광경 및 움직이는 조사기가 조합된 온실 재배에 적용한 모식도이다. 메인 구동 메커니즘은 피치 구동축(21), 수직 암(22) 및 수평 구동축(23)으로 구성된다. 메인 구동 장치의 베이스는 온실 최상부에 설치된다. 피치 구동축(21)은 반사 집광 렌즈(11)에 연결되고, 반사 집광 렌즈(11)의 렌즈면은 타이어 반사면이다. 고정된 하향 도광경(52)은 고정 브라켓(94)을 통해 온실(92) 최상부의 빛 투과홀(99)의 상방에 설치된다. 온실 내에는 다중 표면을 구비하는 반사경로 구성된 프리즘형 조사기(36)가 설치된다. 프리즘형 조사기(36)의 회전축은 보조 구동 메커니즘(28)에 연결된다. 보조 구동 메커니즘(28)은 온실 내에 고정 설치된다. 재배 랙(81)은 수직 설치되고 화훼 또는 야채(41)가 재배된다. 온실(92) 내에는 수직으로 움직이는 레일(95)이 더 설치되고, 로봇(96) 및 바구니(97)가 레일에서 상하로 운동하면서 작업한다. 온실(92) 내에는 정전류 보조등(62)이 더 설치되고, 정전류 보조등의 쉐이드는 집광 쉐이드로 설계되어, 탐조등과 같은 집광 라이트 빔을 발사할 수 있다. 정전류 보조등(62)은 고정 브라켓(94)을 통해 프리즘형 조사기(36)의 옆에 설치되고, 경사 방향으로 프리즘형 조사기의 반사면을 조사한다.
본 실시예가 작동할 때, 컨트롤러가 제어 신호를 출력하여 각각 메인 구동 메커니즘 및 보조 구동 메커니즘(28)을 구동한다. 반사 집광 렌즈(11)는 태양(01)을 추적하여 태양광(02)을 고정된 하향 도광경(52)에 집중시켜 태양광을 하향 전달하고, 빛 투과홀(99)을 통해 회전하는 프리즘형 조사기(36)에 조사한다. 회전하는 프리즘형 조사기(36)는 라이트 빔을 위에서 아래로 재배 랙(81)을 스캔하는 스캐닝 라이트 빔으로 반사한다. 프리즘 조사기의 조사면의 개수 및 회전 속도가 다름에 따라, 재배 랙 상의 화훼 또는 야채(41)가 얻는 펄스 조명의 명암 교대 주파수도 달라진다. 프리즘 조사기의 반사면 곡면의 광학 설계가 다름에 따라, 재배 랙 상의 화훼 또는 야채(41)가 얻는 펄스 조명의 순간 빛 세기와 명암 듀티비가 달라진다.
도 6을 참조하면, 본 발명을 움직이는 도광경 및 복수개의 고정된 조사기가 조합된 경우에 적용한 부분 모식도이다. 다층 재배 랙(81)에 있어서, 각 층의 재배 랙의 하부의 재배 영역에는 화훼 또는 야채(41)가 재배된다. 각 층의 재배 랙의 상부에는 조사기가 설치되고, 조사기는 도광판 타입이며, 도광판 발광부(33)의 광선은 재배 영역을 향해 하향 조명을 제공한다. 도광판의 일단에는 도광판 흡광부(34)가 돌출 설치된다. 움직이는 도광경(53)에 대한 상이한 층의 복수개의 도광판 흡광부(34)의 상대적 위치는 시야 상에서 서로 가려지지 않는다. 움직이는 도광경(53)은 복수개의 반사면을 구비하는 피라미드형으로 설계된다. 회전축은 보조 구동 메커니즘(28)의 구동 하에 회전한다. 보조 구동 메커니즘은 고정 브라켓(94)을 통해 온실 내에 설치된다.
본 실시예가 작동할 때, 컨트롤러가 보조 구동 메커니즘(28)을 회전하도록 제어하고, 피라미드형의 도광경(53)을 회전하도록 구동하여 입사되는 라이트 빔을 순차적으로 상이한 층의 도광판의 흡광부(34)에 조사되도록 하고, 도광판 발광부(33)가 재배 랙(81) 내의 화훼 또는 식물(41)에 펄스 조명을 제공하도록 한다.
피라미드형 움직이는 도광경의 조사면의 개수 및 회전 속도가 다름에 따라, 재배 랙(81) 상의 화훼 또는 야채(41)가 얻는 펄스 조명의 명암 교대 주파수도 달라진다. 피라미드형 움직이는 도광경의 반사면의 곡면의 광학 설계가 다름에 따라, 재배 랙 상의 화훼 또는 야채(41)가 얻는 펄스 조명의 순간 빛 세기와 명암 듀티비가 달라진다.
본 실시예의 조사기는 기타 광학 거울의 조합 방식으로 설계될 수도 있는 바, 예를 들어 흡광부(34)는 하나의 거울면의 반사경, 및 재배 영역 최상부(33) 영역의 다른 하나의 면의 반사경 또는 다중 면의 반사경으로 이루어진 이중 반사경을 구성할 수 있으며, 움직이는 도광경으로부터 발사된 라이트 빔은 2번의 반사를 거치기만 하면 식물에 조명을 제공할 수 있기에 광로는 Z자형을 나타낸다. 본 실시예의 광로는 톱니형이고 광선은 도광판 내에서 여러 번 빛이 반사된다.
본 발명의 실시형태는 상술한 구체적인 실시형태의 제한을 받지 않고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 보호하는 과제 해결 수단의 범위 내에서 설계를 통해 다양한 변형을 얻거나, 유사한 기술적 수단으로 본 발명과 동일한 기술적 효과를 달성할 수 있다. 본 발명은 또한 다양한 실시에 대한 다음과 같은 세부사항을 갖는다.
컨트롤러가 태양의 실시간 위치 정보를 획득하는 방식에는 여러 가지가 있는데, 첫 번째는 현지의 지리적 위치 파라미터 및 태양의 연간 운동 궤적 파라미터를 기록하고 시간에 따라 태양의 실시간 연직각 및 방위각을 계산하여 대응되는 제어 신호를 출력함으로써 본 발명의 시스템의 운전을 제어하는 것이다. 두 번째는 컨트롤러가 필드 측정된 태양의 1년간 방위 정보를 입력하고 시간에 따라 계산하여 태양의 실시간 위치 정보를 획득하는 것일 수 있다. 세 번째는 광학 위치 센서를 추가하고, 광학 위치 센서는 집광 렌즈에 설치될 수 있으며, 태양의 위치를 컨트롤러에 실시간으로 피드백하여 메인 구동 메커니즘의 운동을 보정하는 것이다. 광학 위치 센서는 메인 광로 상에 설치되어 광로의 오프셋 정보를 컨트롤러에 피드백하여 보정하도록 할 수도 있다. 컨트롤러는 은폐 설치가 가능하고, 예를 들어 메인 구동 메커니즘에 집적 설치되거나 건물에 컨트롤러의 산업용 제어 패널을 설치할 수도 있다. 하나의 컨트롤러는 한 세트의 본 발명의 시스템을 제어하거나, 여러 세트의 본 발명의 시스템을 동시에 클러스터링 제어할 수도 있다. 컨트롤러의 제어 신호는 라인을 통해 메인 구동 메커니즘에 연결되거나, 무선 방식으로 연결될 수 있고, 무선 방식으로 연결된 컨트롤러 및 메인 구동 메커니즘, 보조 구동 메커니즘은 각각 매칭되는 무선 송수신 유닛이 설치된다.
집광 렌즈의 구조는 프레넬 집광 렌즈, 구면 반사경, 비구면 반사경, 포물면 반사경, 축외 포물면 반사경, 망원경 분야의 굴절-반사경, 이중 반사경 및 헬리오스탯 분야에서 사용되는 타이어면 반사경, 또는 헬리오스탯 분야의 평면경에 고정 곡면경이 추가 합성된 이중 반사 집광 렌즈일 수 있다. 집광 렌즈의 집광 방식은 두 가지로 나뉘는데 첫 번째는 집광 렌즈의 광학 주축이 태양을 마주하고 집광 렌즈 거울 본체에 대한 초점의 상대적 위치가 변하지 않는 것이고 두 번째는 헬리오스탯형 집광이다. 집광 렌즈에는 비와 먼지 보호를 위한 돔형 보호 커버가 더 설치될 수도 있다.
메인 구동 메커니즘에는 적어도 2개의 운동축이 구비되고, 하나는 수평 운동축으로 태양의 방위각 추적을 담당하며, 다른 하나는 피치 운동축으로 태양의 연직각 추적을 담당한다. 예를 들어 헬리오스탯의 이축 구동 장치에 있어서, 수평 운동축과 피치 운동축 사이는 수직 암으로 연결된다. 수평 운동축과 피치 운동축 사이는 수직이 아닌 연결암이 설치될 수도 있고, 수직이 아닌 연결암 구조는 하나의 경사암 또는 L자형 크랭크 암 또는 U자형 크랭크 암일 수 있고, U자형 크랭크 암의 저부는 수평 구동축에 연결된다. 수직이 아닌 연결암의 길이는 집광 렌즈의 초점 거리의 0.3배 내지 2배 범위 내에 있다. 이런 설계의 작용은 메인 구동 메커니즘의 수평 운동축이 회전할 경우, 집광 렌즈의 거울 본체가 초점 근처를 에워싸고 회전한다. 수평 운동축 또는 피치 운동축의 구조는 모터 또는 감속 장치일 수 있다. 메인 구동 메커니즘은 기타 형태로 설계될 수도 있는데, 예를 들어 3축 이상의 운동 메커니즘도 2개의 운동축의 운동 효과를 달성할 수 있다.
조사기의 작용은 피조사물에 적합한 조명 조건을 제공하는 것이다. 조사기는 반사경일 수 있고, 예를 들어 구면 반사경, 비구면 반사경, 평면 반사경, 난반사 거울이며; 조사기는 투과경일 수 있고, 예를 들어 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 확산 투과 거울이며; 조사기는 도광판, 도광 기둥일 수 있고; 조사기는 상술한 다양한 형태의 광학 거울로 조합되어 형성되거나 하나의 조사기 거울 본체에 복수개의 반사면 또는 굴절면이 있을 수도 있다. 조사기는 고정 설치되거나 보조 구동 메커니즘 상에 설치될 수 있다. 조사기의 조사 대상은 광합성 색소를 가지는 생물이고, 예를 들어 광합성 세균, 미세 조류, 식물이다. 조사기의 설계 및 레이아웃은 미세 조류 또는 식물에 필요한 빛 세기에 따라 설계될 수 있고, 작물, 과일, 열대 식물과 같은 강한 빛 세기가 필요한 식물에 대하여, 조사기는 조사 면적을 작게 하고 빛 세기는 크게 설계할 수 있다. 흔히 보는 잎채소와 같은 약한 빛 세기가 필요한 식물에 대하여, 조사기는 조사 면적을 크게 설계할 수 있다. 예를 들어 led를 광원으로 하여 상추를 재배할 경우, 빛 세기는 직사광선 세기의 10분의 1 내지 5분의 1이기만 하면 상추의 성장 요구를 충족시킬 수 있다. 본 발명은 1 단위 면적의 직사광선을 수집하여 여러 단위 면적의 재배 면적의 상추 재배 요구를 충족시킬 수 있다. 필요한 빛 세기가 더 약한 삼칠, 인삼, 철피석곡 및 금선란 등 귀한 약재, 및 미세 조류 등 경우에 대하여 단위 면적의 태양광을 수집하여 10배 이상의 단위 면적의 재배 및 배양 요구를 충족시킬 수 있다.
도광경의 기능은 광로의 방향을 변화시키는 것이다. 도광경은 고정 설치되거나 보조 구동 메커니즘 상에 설치될 수 있다. 도광경 본체의 형상은 평판형, 호형판형, 타이어형, 피라미드형, 우산면 모양, 나팔꽃 모양, 프리즘형, 풍차형, 팬 날개형이고, 하나의 도광경은 복수개의 반사면을 구비할 수 있으며, 반사면은 평면, 곡면 또는 톱니면이다. 하나의 도광경은 움직이는 상태에서 스캐닝 방식으로 라이트 빔을 동일한 공간의 복수개의 조사기에 가이드할 수 있고, 각 조사기에서 얻은 광은 명암 교대 조명이다. 채광 조건 및 조사기 조건이 변하지 않는 상황에서, 도광경의 반사면의 개수 및 회전 속도가 다름에 따라, 각 조사기에서 얻은 광의 명암 교대 펄스 주파수가 달라지고; 도광경의 반사면의 광학 설계가 다름에 따라, 각 조사기에서 얻은 광의 명암 교대 듀티비가 달라진다. 이 조건에서, 조사기에 의해 조사되는 식물도 상응하게 명암 교대 조명을 얻고, 조명의 순간 빛 세기와 명암 듀티비는 조사기의 설계 및 회전 속도에 의해 결정된다.
본 발명의 실시에서, 보조 구동 메커니즘은 하나의 시스템에 하나 이상의 보조 구동 메커니즘이 설치될 수 있다. 보조 구동 메커니즘은 조사기와 연결되도록 설치되거나, 도광경과 연결되도록 설치되거나, 보조증과 연결되도록 설치될 수 있다. 1축 운동 메커니즘이거나, 2축 이상의 운동 메커니즘일 수 있다. 보조 구동 메커니즘은 개별 모터 또는 동력 전달 장치로 구성될 수 있다. 동력 전달 장치는 기어 동력 전달, 벨트 동력 전달, 또는 링크 메커니즘일 수 있다. 여기서 조사기 또는 도광경의 왕복 회전을 구동하는 해결수단으로서, 모터는 검류계 모터로 설계된다.
보조등의 광원은 농업용 나트륨 램프 또는 led 램프일 수 있고, 또는 발사하는 광 스펙트럼이 식물 보조 조명에 적합한 기타 인조 광원일 수 있다. 보조등은 구동 회로, 광원 및 쉐이드를 포함하고, 구동 전원은 광원이 안정적으로 발광하도록 직류 출력이며, 예를 들어 안정기(ballast resistor)이다. 구동 전원은 펄스 전류를 출력하도록 설계될 수도 있고, 이 경우 광원을 펄스 광을 발사하도록 구동한다. 쉐이드는 광학적으로 집광 쉐이드 또는 난반사 쉐이드로 설계될 수 있다. 보조등은 재배되는 식물에 직접 조사될 수 있고, 보조등의 라이트 빔은 조사기를 통해 식물에 간접적으로 조사될 수도 있으며, 보조등의 라이트 빔은 도광경의 반사를 통해 식물에 조사될 수도 있다. 보조등은 고정 설치되거나, 보조 구동 메커니즘에 연결되거나, 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 회전할 수 있다. 조사기 및/또는 도광경이 움직이는 상태일 경우, 직류에 의해 안정적인 광을 발사하는 보조등을 구동하고, 발사되는 라이트 빔이 움직이는 조사기 및/또는 도광경을 거쳐 스캐닝 라이트 빔으로 변하며, 조사되는 식물은 명암 교대 펄스 광을 얻게 된다.
본 발명에 설치된 태양에너지 광열 이용 장치는 태양광 전지 패널 및/또는 태양광 집열 튜브로 구성된다. 태양에너지 광열 이용 장치는 집광 렌즈의 분기 광로 상에 설치되거나, 움직일 수 있는 도광경의 분기 광로 상에 설치되거나, 온실 최상부 및 외벽면에 설치될 수 있다. 식물 재배 영역에 조명이 필요하지 않을 경우, 또는 실내 온도 및 난방이 필요할 경우, 집광 렌즈는 메인 구동 장치의 구동 하에 라이트 빔을 태양에너지 광열 이용 장치에 조사하거나, 또는 도광경이 보조 구동 장치의 구동 하에 라이트 빔을 태양에너지 광열 이용 장치에 조사한다. 이렇게 하는 유익한 효과는 태양광의 포괄적인 이용을 달성하는 것이다.
본 발명은 도광경 또는 조사기에 설치될 수 있는 거울 방열 장치를 추가할 수 있고, 방열기의 방열 방식은 공랭식, 수냉식, 반도체 냉각일 수 있다.
본 발명에 따른 집광 렌즈, 도광경, 조사기는 탈착 가능하고 교체가 간편한 형태로 설계될 수 있고, 거울 본체 및 고정 브라켓 또는 구동 메커니즘의 설치 위치에는 각각 매칭되는 걸림 위치 및 잠금 장치가 구비된다.
본 발명의 온실은 단층 구조 또는 다층 구조이다. 온실의 외벽면 및/또는 최상부에는 하나 이상의 빛 투과홀이 설치되고, 상기 농업용 태양광 전송 조명 시스템의 주 광축이 그중 하나의 빛 투과홀을 관통하며, 빛 투과홀은 외부와 연통되도록 설치되거나 투명 재질로 커버되도록 설치될 수 있다. 커버되는 투명 재질은 반사 방지막이 도포되거나, 일부 파장 대역의 빛을 차단 및 감소하는 기능성 필름이 커버될 수 있다. 온실 내부에는 상기 조사기 및/또는 도광경의 고정 브라켓 장착 장치가 설치되고, 또한 보조 구동 메커니즘의 고정 브라켓 장착 장치가 설치된다. 온실 최상부에 설치된 빛 투과홀의 가장자리에는 방수 돌기 또는 홈이 설계되고, 온실 외벽면에 설치된 빛 투과홀은 방수 구조를 구비한다. 온실 최상부에는 메인 구동 메커니즘을 장착하기 위한 장착 위치가 설치된다. 온실 내의 재배 랙은 수평 재배 랙, 수직 재배 랙 또는 다층 재배 랙이다. 온실의 상방에는 서스펜션 레일 또는 수직 지면이 있는 트랙이 설치되며, 트랙에는 동력 인출 장치가 설치되어 있으며, 농업용 로봇 및/또는 바구니는 서스펜션 레일 상에서 작업 또는 운반될 수 있다. 온실의 외벽면 및 최상부의 커버 재질은 비투광성 재질일 수 있고, 예를 들어 시멘트 외벽면 및 최상부로 만들 수 있다. 다층 온실에서, 2층 이상을 관통하는 빛 투과홀이 더 설치되어 도광경의 라이트 빔이 층을 가로질러 전파할 수 있도록 한다. 다층 온실에는 사람 또는 화물의 승강을 위해 승강기가 더 설치된다. 또한 로봇의 층을 가로지르는 작업을 위해 층을 가로지르는 수직 트랙이 더 설치된다.

Claims (10)

  1. 농업용 태양광 전송 조명 시스템(agricultural sunlight transmission lighting system)에 있어서,
    컨트롤러, 집광 렌즈, 메인 구동 메커니즘 및 조사기를 포함하고;
    상기 컨트롤러의 제어 하에, 상기 집광 렌즈는 상기 메인 구동 메커니즘에 의해 구동되어 태양을 추적하고, 태양광을 상기 조사기에 반사 및/또는 굴절시키며, 상기 조사기는 피조사물에 조명을 제공하는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조사기는 반사경, 투과경, 도광판 또는 이들의 조합이고,
    조사기는 미세 조류 또는 식물에 조명을 제공하는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집광 렌즈 및 상기 조사기 사이의 광로 상에는 하나 이상의 도광경이 설치되고,
    상기 도광경 본체의 형상은 평판형, 호형판형, 타이어형, 피라미드형, 프리즘형, 풍차형, 팬 날개형이며, 반사면은 평면 또는 곡면이고, 상기 도광경 및/또는 상기 조사경은 고정 설치되거나 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 움직이는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    보조등이 더 설치되고,
    상기 보조등은 구동 회로 및 광원을 포함하며,
    상기 구동 회로는 펄스 전류를 출력하여 상기 광원을 점멸 발광하도록 구동하는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 움직이는 도광경 또는 조사기 전방에는 보조등이 더 설치되고,
    상기 보조등은 구동 회로, 집광 쉐이드 및 광원을 포함하며,
    상기 보조등에 의해 방출된 라이트 빔은 움직이는 도광경 및/또는 움직이는 조사기를 거쳐 피조사물에 스캐닝 조명을 제공하는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집광 렌즈의 분기 광로 상에는 태양에너지 광열 이용 장치가 더 설치되고,
    상기 집광 렌즈는 메인 구동 메커니즘의 구동 하에 라이트 빔을 메인 광로로부터 상기 분기 광로 상의 태양에너지 광열 이용 장치로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  7. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 집광 렌즈 또는 상기 도광경의 분기 광로 상에는 태양에너지 광열 이용 장치가 더 설치되고,
    상기 집광 렌즈는 메인 구동 메커니즘의 구동 하에 라이트 빔을 메인 광로로부터 분기 광로 상의 태양에너지 광열 이용 장치로 이동시킬 수 있거나,
    상기 도광경은 보조 구동 메커니즘의 구동 하에 라이트 빔을 메인 광로로부터 분기 광로 상의 태양에너지 광열 이용 장치로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는,
    농업용 태양광 전송 조명 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 농업용 태양광 전송 조명 시스템이 매칭된 온실에 있어서,
    상기 온실의 외벽면 및/또는 최상부에 하나 이상의 빛 투과홀이 설치되고,
    상기 농업용 태양광 전송 조명 시스템의 주 광축이 그중 하나의 빛 투과홀을 관통하며, 온실 내부에 상기 조사기의 지지 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는,
    온실.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온실의 상방에는 서스펜션 레일이 설치되고, 농업용 로봇 및/또는 바구니가 상기 서스펜션 레일 상에서 작업하거나 운송될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    온실.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 매칭된 태양광을 이용하여 더 큰 유효 조명 재배 면적을 획득하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    단계 a, 메인 구동 메커니즘의 구동 하에 집광 렌즈가 태양을 추적하는 단계;
    단계 b, 상기 집광 렌즈에 의해 태양광을 조사기에 반사 및/또는 굴절시키는 단계; 및
    단계 c, 상기 조사기가 미세 조류 또는 식물에 조명을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
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