KR20230174032A - 지능형 태양광 재배 장치 - Google Patents

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KR20230174032A
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김종일
정인성
강성환
최재호
박재우
임경열
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전북대학교산학협력단
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    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/243—Collecting solar energy
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

재배 장치가 제공된다. 상기 재배 장치는 재배 공간을 향하는 태양광의 전파 경로 상으로, 상기 재배 공간의 앞에 배치되고 상기 태양광에 의해 발전하는 발전 유니트; 상기 재배 공간을 형성하는 온실에 대하여 상기 발전 유니트를 이동시키는 이동 유니트;를 포함할 수 있다.

Description

지능형 태양광 재배 장치{Intelligent Solar Growing Device}
본 발명의 태양광 발전을 수행하는 동시에 각종 식물을 재배하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 비닐하우스에서 새싹 등 작물의 재배를 하여 왔으나 이는 에너지의 비효율성과 생산량의 예측불가, 계절과 온도에 따른 생산시기 제한, 그리고 결정적으로 생산 제품의 품질의 균일성을 담보할 수 없었다.
생산 제품의 품질 균일성은 대량 생산에 있어 매우 중요한 요소로, 품질 균일성 유지를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
한국공개특허공보 제2018-0058558호에는 하나의 컨테이너 안에서 종자 파종 및 발아 성장이 이루어지도록 함과 아울러, 새싹에 제공되는 물의 온도를 재배실 내의 온도에 대응되는 온도로 공급하는 기술이 개시되고 있다.
한국공개특허공보 제2018-0058558호
본 발명은 태양광 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 재배 장치를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 작물의 품질 균일성을 개선할 수 있는 재배 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 재배 장치는 재배 공간을 향하는 태양광의 전파 경로 상으로, 상기 재배 공간의 앞에 배치되고 상기 태양광에 의해 발전하는 발전 유니트; 상기 재배 공간을 형성하는 온실에 대하여 상기 발전 유니트를 이동시키는 이동 유니트;를 포함할 수 있다.
상기 재배 공간 내의 제1 위치를 향하는 태양광을 가로막는 상기 발전 유니트의 위치가 제1 차양 위치로 정의되고, 상기 재배 공간 내의 제2 위치를 향하는 태양광을 가로막는 상기 발전 유니트의 위치가 제2 차양 위치로 정의될 때, 상기 제1 차양 위치 및 상기 제2 차양 위치는 동일한 시간대에 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
상기 이동 유니트는 상기 동일한 시간대에 상기 제1 차양 위치와 상기 제2 차양 위치를 모두 거쳐가도록 상기 발전 유니트를 이동시킬 수 있다.
상기 제1 차양 위치와 상기 제2 차양 위치를 모두 거쳐가는 상기 발전 유니트의 운동을 1주기 운동으로 정의할 때, 상기 발전 유니트는 상기 이동 유니트에 의해 상기 동일한 시간대에 상기 1주기 운동을 복수 회수 반복할 수 있다.
본 발명의 재배 장치에 따르면, 태양광이 잘 비춰지는 온실 상에 발전 유니트가 마련될 수 있다.
온실 상에 마련된 발전 유니트는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 효과적으로 생산할 수 있다.
하지만, 온실 상에 형성된 발전 장치는 작물이 재배되는 온실 상의 재배 공간으로 투입되는 태양광을 가로막게 된다. 결국, 발전 유니트로 인하여, 재배 공간으로 투입되는 태양광의 일부가 차단될 수 있다.
태양광의 차단을 통해 재배 공간으로 투입되는 태양광의 조사량 자체가 감소될 수 있다. 조사량 감소로 인해 작물 재배에 일부 문제가 발생될 여지가 있다. 하지만, 인삼 새싹 등과 같이 오히려 태양광의 조사량에 해당하는 일조량이 다소 부족한 환경에서 더 잘 생장하는 작물이 선택되면 해당 문제는 큰 이슈가 되지 않을 수 있다.
그럼에도 불구하고, 발전 유니트에 의한 태양광의 차단은 온실에서 재배되는 작물의 상품성을 크게 저하시킬 수 있다.
발전 유니트의 존재로 인하여 재배 공간의 일부 영역에만 태양광이 비춰지고, 다른 영역에는 태양광이 비춰지지 않는 불균형 현상이 발생될 수 있다.
불균형 현상으로 인해 동일 재배 공간에서 재배된 작물의 생장 상태가 서로 다른 균일성 저하가 발생될 수 있다. 균일성 저하 문제는 상품성을 심각하게 저해하는 요소로 작용할 수 있다.
따라서, 전기 에너지의 생산을 위해 발전 유니트가 마련된 경우에 예상되는 작물 생장의 균일성 저하 문제를 해소할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 온실 상에서 태양광을 가로막는 발전 유니트의 위치를 이리저리 옮기는 이동 유니트가 마련될 수 있다.
이동 유니트에 따르면, 태양광이 동일한 각도로 재배 공간으로 투입되는 시간대 내에서 발전 유니트가 이리저리 옮겨 다니게 되며, 이에 대응하여, 발전 유니트의 그림자가 재배 공간 전체를 고르게 거쳐갈 수 있다. 이동 유니트에 따르면, 작물이 심어진 재배면 전체에 대해 고르게 그림자가 드리워지게 되며, 그 결과 재배면에 심어진 전체 작물에 조사되는 태양광의 조사량이 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 태양광 발전을 수행하면서도 작물 재배의 균일성 저하 문제가 해소될 수 있다.
본 발명의 재배 장치는 필요에 따라 작물의 종류 또는 태양광의 세기에 따라, 적절한 차단율을 갖는 필름의 영역이 재배 공간을 덮도록 형성될 수 있다. 이에 따르면, 재배 공간 전체에 작물 재배에 최적화된 세기, 파장의 빛이 고르게 투입될 수 있다.
이상의 발전 유니트 및 이동 유니트에 따르면, 재배 공간 또는 재배면 전체에 균등한 세기의 빛 또는 동일한 파장의 빛이 고르게 분배될 수 있다. 이를 통해, 빛에 영향을 받는 작물의 성장 상태가 균등해지며 재배 공간 내에서 수확된 작물의 상품성이 크게 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 재배 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 발전 유니트를 나타낸 개략도이다.
도 3은 발전 유니트의 적층 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4는 이동 유니트의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 5는 발전 유니트를 왕복 운동시키는 이동 유니트의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 이동 유니트의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 7은 차단부를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 차단부가 형성된 온실을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 차단부를 나타낸 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 재배 장치를 나타낸 개략도이다. 도 2는 발전 유니트(100)를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 재배 장치는 발전 유니트(100), 이동 유니트(300)를 포함할 수 있다.
발전 유니트(100)는 태양광 L에 의해 발전하는 태양광 전지, 솔라 패널을 포함할 수 있다. 발전 효율의 개선을 위해 발전 유니트(100)는 태양광 L이 잘 비춰지는 영역에 설비되는 것이 좋다.
재배 공간 a가 형성된 온실(90)의 특성상, 태양광 L이 잘 비춰지는 영역은 재배 공간 a를 향하는 태양광의 전파 경로인 경우가 일반적이다. 따라서, 발전 효율의 개선을 위해 발전 유니트(100)는 재배 공간 a를 향하는 태양광 L의 전파 경로 상으로 재배 공간 a의 앞에 배치될 수 있다.
재배 공간 a의 앞에 배치된 발전 유니트(100)에 가로막힌 태양광 L은 재배 공간 내로 투사되지 못하고, 재배 공간 a 내에 그림자를 형성할 수 있다.
발전 유니트(100)에 의하여 재배 공간 a 내의 일부 영역에 그림자가 형성되고 다른 영역에 태양광이 투사되는 상황이 발생될 수 있다. 태양광이 재배 공간 a에 불균일하게 비춰지거나 가로막히는 현상으로 인해, 재배 공간 a 내에서 재배 중인 작물(89)의 생장 상태가 달라지는 불균등이 발생될 수 있다. 생장 상태의 불균등 현상은 작물(89)의 상품성, 관리 편의성을 크게 저하시키는 요인이 될 수 있다.
작물(89)의 균등한 생장 상태를 보장하기 위해 이동 유니트(300)가 이용될 수 있다.
이동 유니트(300)는 재배 공간 a를 형성하는 온실(90)에 대하여 발전 유니트(100)를 이동시킬 수 있다. 시간에 따라 변화하는 태양의 위치에 맞춰 온실(90)로 유입되는 태양광의 각도 역시 달라질 수 있다. 비교 실시예에 따르면, 시간에 따라 달라지는 태양광의 입사 각도에 맞춰 솔라 패널의 각도를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 이동 유니트(300)는 시간에 따라 달라지는 태양광의 입사 각도에 따라 솔라 패널의 각도를 변화시키는 것과 구별되는 동작을 수행할 수 있다.
일 예로, 이동 유니트(300)는 온실(90) 외벽의 길이 방향, 연장 방향을 따라 솔라 패널을 직선 이동시킬 수 있다.
다른 예로, 비교 실시예에서 태양광의 입사 각도 변화에 따라 솔라 패널은 특정 축을 중심으로 회전 이동(운동)하게 되는데, 본 발명의 이동 유니트(300)는 해당 특정 축의 연장 방향을 따라 솔라 패널을 직선 이동시킬 수 있다.
이동 유니트(300)는 온실(90)의 외벽, 예를 들어 천장 외면, 측벽 외면을 따라 형성된 레일(390)을 따라 발전 유니트(100)를 이동시킬 수 있다.
도 3은 발전 유니트(100)의 적층 구조를 나타낸 개략도이다.
솔라 패널 등의 발전 유니트(100)에는 투명한 판부(150), 판부(150) 상에 형성되고 태양광 L에 의해 발전하는 솔라 셀(130)이 마련될 수 있다. 솔라 셀(130) 상에는 솔라 셀(130)을 덮는 보호층(110)이 추가로 마련될 수 있다.
온실(90)에 대면되는 판부(150)의 일면에는 발전 유니트(100)를 통과해서 재배 공간으로 출력되는 태양광을 산란시키는 산란층(151)이 형성될 수 있다.
일 예로, 산란층(151)은 판부(150)의 일면으로부터 재배 공간을 향해 돌출된 반구 형상의 투명 돌기를 포함할 수 있다.
산란층(151)에 따르면, 솔라 셀(130)과 솔라 셀(130) 사이의 틈 등으로 통과한 태양광이 산란되어 재배 공간 내에 고르게 퍼지는데 도움이 될 수 있다.
도 4는 이동 유니트(300)의 동작을 나타낸 개략도이다.
재배 공간 a 내의 제1 위치 p1를 향하는 태양광을 가로막는 발전 유니트(100)의 위치가 제1 차양 위치 r1으로 정의될 수 있다. 재배 공간 a 내의 제2 위치 p2를 향하는 태양광을 가로막는 발전 유니트(100)의 위치가 제2 차양 위치 r2로 정의될 수 있다.
제1 차양 위치 r1 및 제2 차양 위치 r2는 동일한 시간대에 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 동일한 시간대는 설정 시간 단위로 구분될 수 있다. 예를 들어, 설정 시간 단위가 1시간이면, 09:00~10:00는 동일한 시간대에 해당될 수 있다. 이때, 설정 시간 단위는 3시간 이내의 범위에서 설정되는 것이 좋다.
이동 유니트(300)는 동일한 시간대에 제1 차양 위치 r1과 제2 차양 위치 r2를 모두 거쳐가도록 발전 유니트(100)를 이동시킬 수 있다. 제1 차양 위치 r1 및 제2 차양 위치 r2는 발전 유니트(100)의 중심 위치, 이동 방향 상으로 일측 말단의 위치 중 어느 하나로 설정될 수 있다.
제1 차양 위치 r1과 제2 차양 위치 r2를 모두 거쳐가는 발전 유니트(100)의 운동을 '1주기 운동'으로 정의할 수 있다. 1주기 운동은 제1 차양 위치 r1과 제2 차양 위치 r2를 모두 거쳐가는 편도 운행을 의미할 수 있다.
발전 유니트(100)는 이동 유니트(300)에 의해 동일한 시간대에 1주기 운동을 복수 회수 반복할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 재배 공간 a 내의 제1 위치 p1과 제2 위치 p2가 발전 유니트(100)에 의해 가려지는 시간이 동일해질 수 있다. 이는 곧 제1 위치 p1과 제2 위치 p2에 심어진 작물(89)에 대한 태양광의 조사 시간이 서로 동일해지는 것을 의미할 수 있다. 이는 제1 위치 p1에 심어진 작물(89)과 제2 위치 p2에 심어진 작물(89)이 균등, 균일하게 생장하는데 도움이 될 수 있다.
온실(90)의 외면을 따라 연장되는 레일(390)이 마련될 수 있다.
온실(90)은 격자 형상의 뼈대를 형성하는 프레임부, 프레임부에 의해 형성된 격자를 덮는 벽부를 포함할 수 있다. 이때, 벽부는 태양광 L이 통과하는 투명창을 포함할 수 있다. 이때, 레일(390)은 프레임부에 연결될 수 있다.
레일(390)이 마련된 경우, 이동 유니트(300)는 동일한 시간대에 레일(390)을 반복해서 지나가도록 발전 유니트(100)를 이동시킬 수 있다.
이동 유니트(300)는 발전 유니트(100)에 마련되거나, 레일(390)의 단부에 마련될 수 있다.
레일(390)의 단부에 마련된 경우, 이동 유니트(300)는 레일(390)과 함께 연장되는 타이밍 벨트, 타이밍 벨트를 회전시키는 모터 등을 포함할 수 있다. 모터를 구동시키는 전기는 발전 유니트(100)로부터 제공될 수 있다.
발전 유니트(100)에 마련된 경우, 이동 유니트(300)는 레일(390)에 맞물리는 휠, 휠을 회전시키는 모터, 모터에 전기(구동 전력)를 제공하는 배터리 등을 포함할 수 있다. 배터리에 저장되는 전기는 발전 유니트(100)에서 생산될 수 있다.
레일(390)이 폐곡선 형태로 형성된 경우, 이동 유니트(300)는 발전 유니트(100)를 일방향으로 이동시키면서, 발전 유니트(100)가 폐곡선을 한바퀴 돌고 다음 바퀴를 돌게 하는 순환 운동하도록 할 수 있다. 이동 유니트(300)는 동일한 속도로 발전 유니트(100)를 순환 운동시킬 수 있다.
또는, 이동 유니트(300)는 레일(390)의 일단부와 타단부 사이의 왕복 구간을 따라 발전 유니트(100)를 왕복 운동시킬 수 있다. 이동 유니트(300)는 동일한 속도로 발전 유니트(100)를 왕복 운동시킬 수 있다.
도 5는 발전 유니트(100)를 왕복 운동시키는 이동 유니트(300)의 동작을 나타낸 개략도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 이동 유니트(300)의 동작을 나타낸 개략도이다.
왕복 구간 w의 연장 방향 상으로 재배 공간 a 내에 작물(89)이 심어진 재배면 b의 길이가 재배 길이 s로 정의될 수 있다. 왕복 구간 w의 연장 방향 상으로 발전 유니트(100)가 태양광 L에 대하여 재배면 b를 가리는 길이가 가림 길이 g로 정의될 수 있다.
이동 유니트(300)는 적어도 발전 유니트(100)가 재배 길이 s의 양단에 각각 가림 길이 g가 하나씩 추가된 길이 구간만큼 발전 유니트(100)를 왕복시킬 수 있다.
가림 길이 g에 2개의 가림 길이 g를 추가하는 것을 이동 유니트(300)의 왕복 길이로 설정한 것은 재배면 b의 전 구간이 동일한 시간동안 발전 유니트(100)의 그림자에 영향을 받도록 하기 위함이다.
일 예로, 이동 유니트(300)는 초당 1m(1m/s)의 속도로 발전 유니트(100)를 이동시킬 수 있다. 이때, 이동 방향 상 발전 유니트(100)의 길이 및 가림 길이는 2m인 것으로 가정한다.
재배 면의 가운데에 위치한 가운데 위치 x2가 정속도로 움직이는 발전 유니트(100)에 의해 가려지는 시간은 2초이다. 해당 시간은 말단 위치 x1을 포함하는 재배면 전 구간에 걸쳐 동일한 것이 좋다.
말단 위치 x1가 2m 길이의 발전 유니트(100)에 의해 2초 동안 그림자지기 위해서는 1m/s의 속도로 이동하는 발전 유니트(100) 전체가 일단 재배 길이 s 구간을 넘어갈 필요가 있다. 따라서, 재배 길이 s의 양측에 각각 추가되는 길이 구간(추가 길이 h)은 가림 길이 g 이상인 것이 바람직하다.
재배 공간 a의 공간 효율성 개선을 위해 온실(90)의 길이는 최대한 짧은 것이 좋다. 이를 위해 재배 길이 s의 양측에 각각 추가되는 길이 구간은 가림 길이 g와 동일한 것이 좋다.
한편, 발전 유니트(100)는 왕복 운동을 위해 왕복 구간 w의 양측 말단에서 급정지 후에 방향을 바꿔 급발진하는 동작을 반복할 수 있다.
급정기기 및 급발진에 따른 이동 유니트(300) 및 발전 유니트(100)의 기구적 손상을 방지하기 위한 수단이 마련될 수 있다.
일 예로, 이동 유니트(300)는 제1 속도로 이동하는 발전 유니트(100)가 왕복 구간 w의 양측 말단에 접근할 때 발전 유니트(100)의 속도를 감속시킬 수 있다.
이동 유니트(300)는 발전 유니트(100)가 일측 말단을 시점(출발점)으로 다시 왕복 구간 w의 타측을 향해 이동하면 감속된 발전 유니트(100)의 속도를 점진적으로 제1 속도까지 증가시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 편도 이동의 종점에 도달하기 전에 제1 속도가 점진적으로 감속되므로, 급정지로 인해 발전 유니트(100), 이동 유니트(300)에 가해지는 충격이 완화될 수 있다.
또한, 방향이 반대가 된 다음 편도 이동을 위해 정지 상태의 발전 유니트(100)가 점진적으로 제1 속도를 회복하므로, 급발진으로 인해 발전 유니트(100), 이동 유니트(300)에 가해지는 충격이 완화될 수 있다.
한편, 감속 또는 가속으로 인해 왕복 구간 w의 말단 지점이 발전 유니트(100)에 의해 가려지는 시간이 동일 속도로 발전 유니트(100)가 이동하는 실시예와 다르게 변동될 수 있다.
이동 유니트(300)는 적어도 발전 유니트(100)가 상기 재배 길이 s의 양단에 추가 길이 h를 각각 추가할 수 있다.
이동 유니트(300)는 재배 길이 s의 일단에 추가 길이 h가 추가된 말단에 해당되는 제1 지점과 재배 길이의 타단에 추가 길이가 추가된 말단에 해당되는 제2 지점 사이에서 발전 유니트(100)를 왕복시킬 수 있다. 이때, 제1 지점은 발전 유니트(100)의 일측 말단의 이동상 종점 위치를 나타낼 수 있다. 제2 지점은 발전 유니트(100)의 타측 말단의 이동상 종점 위치를 나타낼 수 있다.
추가 길이 h는 가림 길이 g보다 짧을 수 있다.
왕복 구간 w 가운데의 특정 지점을 발전 유니트(100)가 서로 다른 방향으로 2회 지나갈 때, 해당 특정 지점이 태양광 L에 대하여 발전 유니트(100)에 의해 가려지는 시간을 가림 시간으로 정의한다.
재배 길이 s의 말단 지점이 가림 시간과 동일한 시간 동안만 발전 유니트(100)에 의해 가려지도록, 추가 길이 h는 발전 유니트(100)의 감속에 맞춰 가림 길이 g보다 짧게 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 6에서 우측에서 좌측으로 이동하는 발전 유니트(100)의 일측 말단이 재배면의 일측 말단 지점 x1에 도달한 시점부터 발전 유니트(100)의 속도는 이동 유니트(300)에 의해 절반(0.5m/s)으로 줄어들 수 있다.
이때, 말단 지점 x1의 가림 시간이 다른 위치와 마찬가지로 2초를 만족하도록, 추가 길이 h는 0.5m/s의 이동 속도에 대응하여 가림 길이 g(2m)보다 짧은 1m로 설정될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 재배면 b에 대하여 그림자가 드리워지는 시간이 동일하게 유지되는 범위 내에서, 온실(90) 또는 재배 공간 전체의 길이를 최소화할 수 있는 동시에 발전 유니트(100), 이동 유니트(300)에 가해지는 충격이 완화될 수 있다.
온실(90)에서 출입구(99)가 형성된 면을 정면, 그 반대면을 후면으로 정의하고, 정면과 후면을 연결하는 면을 측면으로 정의할 때, 측벽은 정면, 후면, 양 측면 중 적어도 하나의 면을 포함할 수 있다. 발전 유니트(100) 및 이동 유니트(300)는 천장 외면 또는 측벽 외면 상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광의 전파 경로 상으로 재배 공간 a의 앞에 발전 유니트(100)가 배치될 수 있다. 이때, 태양광의 전파 경로 상으로 재배 공간 a와 발전 유니트(100)의 사이에 배치되는 판 형상 또는 필름 형상의 차단부(200)가 마련될 수 있다. 일 예로, 차단부(200)는 온실(90)의 천장에 대면하게 천장의 내측에 형성되거나, 온실(90)의 측벽에 대면하게 측벽의 내측에 형성될 수 있다.
차단부(200)는 발전 유니트(100)와 상관없이 독립적인 위치에 형성될 수 있다. 또는, 차단부(200)는 태양광 L의 전파 경로 상으로 재배 공간 a와 발전 유니트(100)의 사이에 배치될 수 있다. 차단부(200)는 최소의 부피로 태양광을 가리기 위해 판 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 차단부(200)는 적외선을 차단하는 차단 필름(290)을 포함할 수 있다.
도 7은 차단부(200)를 나타낸 개략도이다.
태양광 L의 전파 경로 상에 배치된 차단부(200)는 재배 공간 a로 투입되는 태양광 L의 적어도 일부를 차폐할 수 있다. 이에 따르면, 차단부(200)를 통과한 나머지 태양광 La가 재배 공간 a로 투입될 수 있다. 차단부(200)의 차폐로 인해 나머지 태양광 La는 본래의 태양광 L과 대비하여 조도가 낮아지거나, 특정 파장의 빛의 세기가 감소된 상태일 수 있다.
이때, 재배 공간 a에 실질적으로 투입되는 나머지 태양광 La가 재배 공간 a에서 재배되는 작물(89)의 생장에 최적화되도록, 차단부(200)의 차단율이 설정되는 것이 바람직하다. 다양한 상황에 대응하기 위해 차단부(200)의 차단율은 다양하게 마련되는 것이 좋다. 재배 공간 또는 태양광에 대하여 복수의 차단율을 제공하기 위해, 도 9에 도시된 바와 같이, 차단부(200)는 특정 파장을 차단하는 비율에 해당하는 차단율이 서로 다른 복수의 차단 영역을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 차단부(200)가 형성된 온실(90)을 나타낸 개략도이다. 도 9는 본 발명의 다른 차단부(200)를 나타낸 개략도이다.
일 예로, 차단부(200)는 태양광에 포함된 적외선의 일부를 차단할 수 있다. 이때, 제1 차단율, 제2 차단율, 제3 차단율, 제4 차단율의 차단 영역이 하나의 차단부(200)에 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 차단율은 태양광에 포함된 적외선의 30%를 차단하고, 나머지 70%만 통과시키는 차단율을 의미할 수 있다. 차단부(200)에는 제1 차단율을 갖는 제1 영역 k1(2차원 평면에 해당되지만, 도면에서는 1차원적인 길이만으로 나타냄)이 마련될 수 있다.
제2 차단율은 태양광에 포함된 적외선의 50%를 차단하고, 나머지 50%만 통과시키는 차단율을 의미할 수 있다. 차단부(200)에는 제2 차단율을 갖는 제2 영역 k2가 마련될 수 있다.
제3 차단율은 태양광에 포함된 적외선의 75%를 차단하고, 나머지 25%만 통과시키는 차단율을 의미할 수 있다. 차단부(200)에는 제3 차단율을 갖는 제3 영역 k3가 마련될 수 있다.
제4 차단율은 태양광에 포함된 적외선의 95%를 차단하고, 나머지 5%만 통과시키는 차단율을 의미할 수 있다. 차단부(200)에는 제4 차단율을 갖는 제4 영역 k4가 마련될 수 있다.
도 8을 참조하면, 차단부(200), 제1 롤러(211), 제2 롤러(212), 구동부가 마련될 수 있다.
차단부(200)는 제자리에서 회전 가능하게 형성된 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)에 감길 수 있는 필름 형상 또는 천 형상으로 형성될 수 있다. 차단부(200)는 재배 공간으로 투입되는 태양광의 적어도 일부를 차폐할 수 있다.
제1 롤러(211)에는 차단부(200)의 일단부가 감길 수 있다.
제2 롤러(212)에는 차단부(200)의 차단부(200)가 감길 수 있다. 각 롤러에 양측이 감긴 차단부(200)는 제1 롤러(211)와 제2 롤러(212) 사이에서 펼쳐지며, 펼쳐진 영역에 의해 태양광이 차폐될 수 있다. 차단부(200)에 의해 태양광이 차폐된 곳에 재배 공간 a가 형성되도록, 제1 롤러(211)는 재배 공간 a의 일단부에 형성되고 제2 롤러(212)는 재배 공간 a의 타단부에 형성되는 것이 좋다. 다른 관점에서 살펴보면, 제1 롤러(211)와 제2 롤러(212)는 둘 사이에 상기 재배 공간 a의 적어도 일부에 해당하는 커버 공간이 위치하도록 형성될 수 있다. 재배 공간 a의 면적이 넓은 경우, 단일의 차단부(200)로 재배 공간 a 전체를 덮는 것이 어려울 수 있다. 왜냐하면, 자중에 의한 차단부(200)의 처짐 문제, 롤러에 감기는 차단부(200)의 양이 증감함에 따라 가중되는 토크 문제, 롤러의 회전수 제어 문제, 롤러의 부피 증가 문제가 심각해질 수 있기 때문이다. 이 경우, 하나의 재배 공간 a를 복수의 차단부(200)가 나누어 덮을 수 있다. 이때, 각 차단부(200)가 태양광의 차폐를 담당하는 영역이 커버 공간에 해당될 수 있다. 물론, 단일의 차단부(200)로 재배 공간 a를 모두 덮는 경우, 재배 공간 a와 커버 공간은 서로 동일할 수 있다.
구동부는 서로 다른 차단율을 갖는 복수의 차단 영역이 마련된 차단부(200)를 움직일 수 있다. 이때, 구동부는 일시점에 오직 하나의 차단 영역만이 재배 공간 a를 가리도록 차단부(200)를 움직이는 모터 등의 액추에이터를 포함할 수 있다.
일 예로, 구동부는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212) 중 적어도 하나를 회전시킬 수 있다. 일 예로, 구동부는 제1 롤러(211)를 회전시키는 제1 모터(221), 제2 롤러(212)를 회전시키는 제2 모터(222)를 포함할 수 있다.
또한, 각 롤러의 사이에서 자중에 의해 중력 방향을 따라 차단부(200)가 늘어지는 현상을 방지하기 위한 풀리(230)가 제1 롤러(211)와 제2 롤러(212)의 사이에 하나 이상 마련될 수 있다.
제1 롤러(211)로부터 제2 롤러(212)를 향하는 방향을 따라 커버 공간 전체를 덮을 수 있는 길이를 단위 길이 d로 정의하기로 한다.
차단부(200)에는 적어도 단위 길이 d를 가지며 서로 다른 차단율을 갖는 차단 영역이 복수로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 9에는 제1 영역 k1, 제2 영역 k2, 제3 영역 k3, 제4 영역 k4가 순서대로 서로 연속되게 연결되어 있다. 이때, 각 영역의 길이는 단위 길이 d 이상일 수 있다.
이동 유니트(300)는 재배 공간으로 투입된 태양광의 유무에 따라 발전 유니트(100)의 이동을 결정할 수 있다. 재배 공간으로 투입된 태양광의 유무를 파악하기 위해 재배 공간에는 태양광을 감지하는 조도 센서가 마련될; 수 있다. 이동 유니트(300)는 조도 센서에 의해 태양광이 존재하는 것으로 파악되면 발전 유니트(100)를 이동시킬 수 있다.
구동부는 일시점에 어느 하나의 차단 영역이 커버 공간 전체를 덮도록 제1 롤러(211) 또는 제2 롤러(212)를 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 구동부는 이동 유니트(300)에 의해 발전 유니트(100)가 움직이면(이동하면), 제1 차단율을 갖는 차단 영역이 커버 공간 전체를 덮도록 제1 롤러(211) 또는 제2 롤러(212)를 회전시킬 수 있다.
구동부는 이동 유니트(300)에 의해 발전 유니트(100)가 멈추면, 제2 차단율을 갖는 차단 영역이 커버 공간 전체를 덮도록 제1 롤러(211) 또는 제2 롤러(212)를 회전시킬 수 있다.
제1 영역 k1, 제2 영역 k2, 제3 영역 k3, 제4 영역 k4는 순서대로 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 제1 영역 k1의 일측 말단이 제1 롤러(211)에 연결되고, 제4 영역 k4의 타측 말단이 제2 롤러(212)에 연결될 수 있다. 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)가 정방향으로 회전하면, 차단부(200)는 제1 롤러(211)로부터 풀리면서 제2 롤러(212)에 감길 수 있다
각 롤러의 정방향 회전에 따르면, 커버부는 제4 영역 k4, 제3 영역 k3, 제2 영역 k2, 제1 영역 k1의 순서대로 커버 공간을 지나갈 수 있다.
만약, 제2 롤러(212) 및 제2 롤러(212)가 역방향으로 회전하면, 차단부(200)는 제2 롤러(212)로부터 풀리면서 제1 롤러(211)에 감길 수 있다.
각 롤러의 역방향 회전에 따르면, 커버부는 제1 영역 k1, 제2 영역 k2, 제3 영역 k3, 제4 영역 k4의 순서대로 커버 공간을 지나갈 수 있다.
만약, 제3 영역 k3가 커버 공간 상에 펼쳐진 상태에서, 사용자의 조작 또는 자동 제어에 의해 제2 영역 k2가 선택될 수 있다.
제3 영역 k3가 커버 공간 상에 펼쳐진 상태에서, 제2 영역 k2는 제1 롤러(211)에 감긴 상태일 수 있다. 감긴 차단부(200)가 포함된 제1 롤러(211)의 지름을 제1 지름으로 정의한다.
선택된 제2 영역 k2를 커버 공간 상에 펼치기 위해, 구동부는 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)를 정방향으로 회전시킬 수 있다.
정방향 회전에 의해 제1 롤러(211)에 감긴 제2 영역 k2가 풀리면서 제2 롤러(212)를 향해 이동할 수 있다. 그런데, 제2 영역 k2가 물림에 따라 차단부(200)가 포함된 제1 롤러(211)의 지름은 점점 줄어들게 된다.
이는 곧 제1 롤러(211)가 한바퀴 회전할 때마다 제2 롤러(212)를 향해 뻗어 나가는 제2 영역 k2의 거리가 점점 줄어드는 것을 의미할 수 있다. 회전에 따른 제1 지름의 변화로 인해 제2 영역 K2 등의 특정 영역을 커버 영역 상에 정확하게 맞추는 제어가 어려워질 수 있다.
제어 곤란성을 완화시키기 위해, 각 차단 영역이 서로 맞닿는 경계선에는 마커(291)가 형성될 수 있다. 이에 맞춰, 복수의 마커(291) 중 특정 마커를 감지하는 감지부가 마련될 수 있다.
구동부는 감지부가 특정 마커를 감지할 때까지 제1 롤러(211)를 회전시키거나 제2 롤러(212)를 회전시킬 수 있다.
구동부는 감지부에 의해 특정 마커가 감지되면, 제1 롤러(211)의 회전 또는 제2 롤러(212)의 회전 운동을 정지시킬 수 있다.
예를 들어, 특정 영역(예를 들어 제2 영역 k2)과 다른 영역(예를 들어 제3 영역 k3)의 경계선에는 이 둘의 경계를 나타내는 식별 정보를 갖는 태그, QR 코드, 바코드, 기호 등의 특정 마커가 형성될 수 있다. 각 영역의 경계선마다 형성된 태그는 서로 구분되는 식별 정보를 포함할 수 있다.
감지부는 태그, QR 코드, 바코드, 기호 등의 마커(291)를 감지하는 리더기를 포함할 수 있다. 감지부는 각 롤러의 회전 중에 특정 마커가 감지되면 구동부에 해당 사실을 전달할 수 있다.
구동부는 감지부로부터 특정 마커의 감지 사실이 입수되면, 제1 롤러(211) 및 제2 롤러(212)를 정지시킬 수 있다. 마커(291)의 감지에 따라 각 롤러가 정지된 상태에서 제2 영역 k2가 커버 공간 상에 배치되도록 감지부의 위치가 사전에 설정될 수 있다.
특정 영역이 커버 공간 상에 배치될 때, 특정 영역의 양측 경계는 보통 커버 공간의 단부에 위치할 수 있다. 이와 같은 상황을 파악하기 위해, 감지부는 커버 공간의 단부에 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 각 차단 영역의 길이가 단위 길이 d와 동일하다면, 각 영역의 경계선을 설정 위치에 정확하게 위치시키기 위한 정밀 제어가 요구될 수 있다. 제어 정밀성을 완화시키기 위해 각 차단 영역 k1, k2, k3, k4는 단위 길이 d에, 기설정된 여유 길이 e가 추가된 길이를 가질 수 있다.
일 예로, 제1 영역 k1은 단위 길이 d를 가운데에 두고, 양측에 각각 제1 여유 길이 e1(총 2e1)이 추가된 길이를 가질 수 있다. 이때, 단위 길이 구간의 양측에 추가되는 2개의 제1 여유 길이 e1은 여유 길이 e를 둘로 나눈 것일 수 있다.
제2 영역 k2는 단위 길이 d를 가운데에 두고 양측에 각각 제2 여유 길이 e2(총 2e2)가 추가된 길이를 가질 수 있다. 제3 영역 k3는 단위 길이 d를 가운데에 두고 양측에 각각 제3 여유 길이 e3(총 2e3)가 추가된 길이를 가질 수 있다. 제4 영역 k4는 단위 길이 d를 가운데에 두고 양측에 각각 제4 여유 길이 e4(총 2e4)가 추가된 길이를 가질 수 있다.
차단 영역은 단위 길이 d의 구간과 여유 길이 e의 구간을 모두 포함해서 동일한 차단율을 갖도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 여유 길이 e의 구간 역시 해당 차단 영역에 부여된 차단율을 그대로 가질 수 있다. 이에 따르면, 여유 길이 e의 구간 일부가 커버 공간 상에 배치되어도 별다른 무리가 없다. 이는 제어 정밀도가 여유 길이 e에 의해 완화되는 것을 의미할 수 있다.
차단부(200)는 적외선 차단율을 이용하여 재배 공간 a를 설정 온도로 유지할 수 있다. 예를 들어, 재배 공간 a의 온도가 설정 온도를 초과하면 높은 차단율을 갖는 차단 영역이 구동부에 의해 재배 공간 a 상에 펼쳐질 수 있다. 이를 위해 재배 공간에는 온도를 측정하는 온도계가 추가로 마련될 수 있다. 재배 공간 a의 온도가 설정 온도보다 작으면 낮은 차단율을 갖는 차단 영역이 구동부에 의해 재배 공간 a 상에 펼쳐질 수 있다. 이상의 차단부(200)에 따르면, 재배 공간 a에 대한 태양광의 유입 균일도를 확보하는 동시에, 재배 공간 a의 온도를 유지하는데 소요되는 자원의 낭비가 방지될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
89...작물 90...온실
99...출입구 100...발전 유니트
110...보호층 130...솔라 셀
150...산란층 200...차단부
211...제1 롤러 212...제2 롤러
221...제1 모터 222...제2 모터
230...풀리 290...차단 필름
291...마커 300...이동 유니트

Claims (10)

  1. 재배 공간을 향하는 태양광의 전파 경로 상으로, 상기 재배 공간의 앞에 배치되고 상기 태양광에 의해 발전하는 발전 유니트;
    상기 재배 공간을 형성하는 온실에 대하여 상기 발전 유니트를 이동시키는 이동 유니트;
    를 포함하는 재배 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전 유니트에는 투명한 판부, 상기 판부 상에 형성되고 상기 태양광에 의해 발전하는 솔라 셀이 마련되고,
    상기 온실에 대면되는 상기 판부의 일면에는 상기 발전 유니트를 통과해서 상기 재배 공간으로 출력되는 태양광을 산란시키는 산란층이 형성되며,
    상기 산란층은 상기 판부의 일면으로부터 상기 재배 공간을 향해 돌출된 반구 형상의 투명 돌기를 포함하는 재배 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재배 공간 내의 제1 위치를 향하는 태양광을 가로막는 상기 발전 유니트의 위치가 제1 차양 위치로 정의되고, 상기 재배 공간 내의 제2 위치를 향하는 태양광을 가로막는 상기 발전 유니트의 위치가 제2 차양 위치로 정의될 때,
    상기 제1 차양 위치 및 상기 제2 차양 위치는 동일한 시간대에 서로 다른 위치에 형성되고,
    상기 이동 유니트는 상기 동일한 시간대에 상기 제1 차양 위치와 상기 제2 차양 위치를 모두 거쳐가도록 상기 발전 유니트를 이동시키며,
    상기 제1 차양 위치와 상기 제2 차양 위치를 모두 거쳐가는 상기 발전 유니트의 운동을 1주기 운동으로 정의할 때,
    상기 발전 유니트는 상기 이동 유니트에 의해 상기 동일한 시간대에 상기 1주기 운동을 복수 회수 반복하는 재배 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온실의 외면을 따라 연장되는 레일이 마련되고,
    상기 이동 유니트는 동일한 시간대에 상기 레일을 반복해서 지나가도록 상기 발전 유니트를 이동시키는 재배 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온실의 외면을 따라 연장되는 레일이 마련되고,
    상기 이동 유니트는 상기 레일의 일단부와 타단부 사이의 왕복 구간을 따라 상기 발전 유니트를 왕복 운동시키는 재배 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이동 유니트는 동일한 속도로 상기 발전 유니트를 왕복 운동시키는 제배 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 왕복 구간의 연장 방향 상으로 상기 재배 공간 내에 작물이 심어진 재배면의 길이가 재배 길이로 정의되고, 상기 왕복 구간의 연장 방향 상으로 상기 발전 유니트가 상기 태양광에 대하여 상기 재배면을 가리는 길이가 가림 길이로 정의될 때,
    상기 이동 유니트는 적어도 상기 발전 유니트가 상기 재배 길이의 양단에 각각 상기 가림 길이가 하나씩 추가된 길이 구간만큼 상기 발전 유니트를 왕복시키는 재배 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이동 유니트는 제1 속도로 이동하는 상기 발전 유니트가 상기 왕복 구간의 일측 말단에 접근할 때 상기 발전 유니트의 속도를 감속시키고,
    상기 이동 유니트는 상기 발전 유니트가 상기 일측 말단을 시점으로 다시 상기 왕복 구간의 타측을 향해 이동하면 감속된 상기 발전 유니트의 속도를 상기 제1 속도까지 증가시키는 재배 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 왕복 구간의 연장 방향 상으로 상기 재배 공간 내에 작물이 심어진 재배면의 길이가 재배 길이로 정의되고, 상기 왕복 구간의 연장 방향 상으로 상기 발전 유니트가 상기 태양광에 대하여 상기 재배면을 가리는 길이가 가림 길이로 정의될 때,
    상기 이동 유니트는 적어도 상기 발전 유니트가 상기 재배 길이의 양단에 추가 길이를 추가하고,
    상기 이동 유니트는 상기 재배 길이의 일단에 상기 추가 길이가 추가된 말단에 해당되는 제1 지점과 상기 재배 길이의 타단에 상기 추가 길이가 추가된 말단에 해당되는 제2 지점 사이에서 상기 발전 유니트를 왕복시키며,
    상기 추가 길이는 상기 가림 길이보다 짧고,
    상기 왕복 구간 가운데의 특정 지점을 상기 발전 유니트가 2회 지나갈 때, 상기 특정 지점이 상기 태양광에 대하여 상기 발전 유니트에 의해 가려지는 시간을 가림 시간으로 정의할 때,
    상기 재배 길이의 말단 지점이 상기 가림 시간과 동일한 시간 동안만 상기 발전 유니트에 의해 가려지도록, 상기 추가 길이는 상기 발전 유니트의 감속에 맞춰 상기 가림 길이보다 짧게 설정되는 재배 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 재배 공간으로 투입되는 상기 태양광을 차폐하는 필름 형상의 차단부, 상기 차단부의 일단부가 감기는 제1 롤러, 상기 차단부의 타단부가 감기는 제2 롤러, 상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러 중 적어도 하나를 회전시키는 구동부가 마련되고,
    상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러는 둘 사이에 상기 재배 공간의 적어도 일부에 해당하는 커버 공간이 위치하도록 형성되며,
    상기 제1 롤러로부터 상기 제2 롤러를 향하는 방향을 따라 상기 커버 공간 전체를 덮을 수 있는 길이를 단위 길이로 정의할 때,
    상기 차단부에는 적어도 상기 단위 길이를 가지며 서로 다른 차단율을 갖는 차단 영역이 복수로 형성되고,
    상기 이동 유니트는 상기 재배 공간으로 투입된 태양광의 유무에 따라 상기 발전 유니트의 이동을 결정하며,
    상기 구동부는 상기 이동 유니트에 의해 상기 발전 유니트가 움직이면, 제1 차단율을 갖는 차단 영역이 상기 커버 공간 전체를 덮도록 상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러를 회전시키고,
    상기 구동부는 상기 이동 유니트에 의해 상기 발전 유니트가 멈추면, 제2 차단율을 갖는 차단 영역이 상기 커버 공간 전체를 덮도록 상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러를 회전시키는 재배 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180058558A (ko) 2016-11-24 2018-06-01 주식회사 포더시스템 새싹사료용 수경재배장치

Patent Citations (1)

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KR20180058558A (ko) 2016-11-24 2018-06-01 주식회사 포더시스템 새싹사료용 수경재배장치

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