WO2021075640A1 - 과수작물 재배 하우스 기능을 수행하는 태양광 발전시스템 - Google Patents

과수작물 재배 하우스 기능을 수행하는 태양광 발전시스템 Download PDF

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WO2021075640A1
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crop
area
light
solar
power generation
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PCT/KR2019/018551
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조재영
김준수
박아름
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원광전력주식회사
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    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a parallel agricultural solar power generation system, and more particularly, a structure of a solar power generation system that enables solar power generation and farming activities of fruit tree crops to be carried out in parallel, and to increase the amount of solar power generation efficiently, It is about shape and function.
  • the present invention was conceived to solve the above-described problems, and in addition to enabling solar power generation and farming activities of fruit tree crops to be performed at the same time, extensive civil engineering works in the forest and fields to install a photovoltaic power generation device are performed.
  • the purpose is to provide the structure, shape, and function of an agricultural parallel solar power generation system that not only does not destroy the environment such as the destruction of the environment and agricultural land, but also improves the amount of solar power generated by solar power generation.
  • a plurality of solar panels 10 And a facility structure in which the plurality of solar panels are installed on the upper side.
  • a pile 132 for underground burial is formed at the lower end, and a plurality of pile supporters that are vertically installed are spaced apart by predetermined intervals in a row direction and a column direction according to the area of the crop cultivation area.
  • a plurality of horizontal supports 110 that integrally connect between the pile supports 130 placed in a row in the row direction from the upper side, and connect the pile supports 130 placed in a row in the column direction from the upper side.
  • the present invention it is possible to perform solar power generation and farming activities of fruit trees at the same time, and not destroying the environment and farmland such as performing extensive civil works in the forest to install solar power generation devices.
  • the present invention it is possible to simultaneously operate solar power generation and farming activities of fruit tree crops at low cost, and an economical system by not installing a separate solar cell module holder for parallel agricultural power generation, but also serving as an existing crop rain-covering house. It is possible to construct, and even if the crops in the existing orchard are not facing south, it is easy to maximize the amount of power generation through a structure capable of varying the angle of the solar panel.
  • 1 to 4 are reference views for explaining a facility structure applied to the agricultural parallel solar power generation system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a reference diagram of a solar panel applicable to the present invention.
  • 6 is a reference table for explaining light saturation points and shading rates for each crop.
  • FIG. 7 is a reference diagram illustrating an installation position of an environmental sensor that can be installed in a facility structure in the agricultural parallel solar power generation system of the present invention.
  • FIG. 8 is a reference diagram for explaining a method of maintaining an appropriate shading rate for each crop by changing a shading area according to a change in an elevation angle of a solar panel in the agricultural parallel solar power generation system of the present invention.
  • FIG. 9 is a reference diagram for explaining a facility structure applied to the agricultural parallel solar power generation system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 4 are reference drawings for explaining a facility structure applied to the agricultural parallel solar power generation system according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a reference diagram of a solar panel applicable to the present invention
  • 6 is a reference table for explaining the light saturation point and shading rate for each crop
  • FIG. 7 is a reference diagram illustrating an installation location of an environmental sensor that can be installed in a facility structure in the agricultural parallel solar power generation system of the present invention.
  • FIG. 8 is a reference diagram for explaining a method of maintaining an appropriate shading rate for each crop by changing a shading area according to a change in an elevation angle of a solar panel in the agricultural parallel solar power generation system of the present invention
  • 9 are reference drawings for explaining a facility structure applied to the agricultural parallel solar power generation system according to the second embodiment of the present invention.
  • the parallel photovoltaic power generation system includes a plurality of photovoltaic panels 10; And a facility structure on which the plurality of solar panels are installed.
  • a pile 132 for underground burial is formed at the lower end, and a plurality of pile supports 130 which are vertically installed are spaced apart by predetermined intervals in a row direction and a column direction according to the area of the crop cultivation area.
  • a plurality of horizontal supports 110 which integrally connect between the pile supports 130 placed in a row in the row direction from the upper side, and connect the pile supports 130 placed in a row in the column direction from the upper side. 110b);
  • a plurality of panel supporters 112 which are provided corresponding to an area in which each of the plurality of solar panels 10 is to be installed, seat and support the solar panel 10, and are coupled to the upper portions of the horizontal supports 110 and 110b.
  • One end is coupled to the pile support (130), the other end is coupled to the horizontal support (110) or the non-blocking membrane support (114, 114b), the diagonal direction from the left and right sides of each pile support (130) It may include; a plurality of diagonal supports 116 for supporting the horizontal support 130 or the non-shielding support (114, 114b).
  • each pile support 130 to be placed in a row in the column direction (refer to the direction c in FIG. 2) is installed on the foot of the crop cultivation area where crops are to be planted, but at a predetermined distance along the foot (See reference numeral d in Fig. 2)
  • Each pile support 130 that is spaced apart and placed in a row in the row direction is each as much as the ridge interval of the crop cultivation site (refer to the reference numeral b in Figs. 1 and 2).
  • the predetermined interval (refer to the reference numeral d in Fig. 2) in which each pile support 130 to be placed in a row in the row direction is to be installed, when considering the maximum snowfall reference value and the maximum wind pressure reference value of the corresponding crop cultivation site. It is designed within the range of the maximum allowable separation interval that satisfies the load design condition of the facility structure, but can be determined as a separation interval that does not interfere with growth in the lateral direction of the crop when considering the planting interval of the crop to be planted on the bank. have.
  • the height of the above-ground part of the pile support 130 is designed to at least exceed the maximum growth height in the height direction of the crop to be planted, but satisfies the minimum design height previously designed so as not to interfere with agricultural work activities related to the crop to be planted. Can be decided to do.
  • the rain-blocking membrane supporters 114 and 114b may also be installed to have a predetermined inclination angle so that the rain-blocking membranes 140 and 140b form an inclined surface so that rainwater or snow does not accumulate thereon.
  • the rain shielding film 140, 140b is a rain shielding film coupled to each pile support 130 installed in a row in the column direction so that rainwater does not directly fall to crops to be planted along the foothills. It is installed to completely cover the upper portions of the supports 114 and 114b, and may be installed so that both ends of the non-blocking films 140 and 140b adjacent to each other in the row direction do not come into contact with each other at a predetermined interval.
  • the lower portion corresponding to the space of a predetermined interval formed between both ends of the rain-shielding membranes 140 and 140b adjacent to each other in the row direction is designed to correspond to the central portion (a) of the ditch of the crop cultivation area, so that the rain-shielding membrane 140
  • the rainwater flowing downward through the inclined surface of 140b) may be directed toward the center of the ditch (see reference numeral a in FIGS. 1 and 2 ).
  • a rain gutter part forming a water channel integrally connected in the column direction (Refer to reference number 118 of FIG. 9) is installed, so that rainwater flowing downward through the slopes of the rain shielding membranes 140 and 140b does not fall in the direction of the ditch, and to the outer side of the crop cultivation area through the waterway pipe. You can make it fall.
  • the rainwater cover portion 118 is in close contact with each other at both ends of all the rain shielding supporters 114 and 114b adjacent to each other in the row direction in correspondence with the rain shielding membranes 140 and 140b adjacent to each other in the row direction. Can be combined.
  • the plurality of solar panels 10 are spaced apart by a predetermined distance (refer to the reference numeral e in FIG. 3) on the facility structure in order to secure sunlight required for the growth of crops. Can be.
  • each of the plurality of solar panels 10 includes a light-transmitting base member; And a plurality of photoelectric conversion cells disposed on the light-transmitting base member in an N*M matrix form (a 9*4 matrix form is illustrated in FIGS. 3 to 5).
  • the number of the solar panels 10 installed is a light shielding area by a plurality of photoelectric conversion cells in the plurality of solar panels 10 compared to the area of the planting area in which the crop is to be planted in the crop cultivation area.
  • the ratio of the area occupied may be determined as the maximum number of panels that can be installed within a range not exceeding the maximum allowable shading rate, based on the light saturation point of the crop to be planted.
  • the rate of photosynthesis in plants is proportional to the intensity of light, but the rate does not increase when the light saturation point is reached. Therefore, the light saturation point is different according to the type of crop.
  • the light saturation point is a strong light of 70 ⁇ 80klux for watermelon and tomato, and the light saturation point is medium light of 40 ⁇ 45klux for cucumbers, pumpkins, cabbage, and peas.
  • lettuce and sweet potatoes have a weak light saturation point of about 25klux. Therefore, if the distance between the solar panel and the solar cell module of the panel (i.e., photoelectric conversion cell) is adjusted in consideration of the shading rate of a degree that does not affect the growth of the solar structure depending on the target crop, agricultural production will be hindered.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the appropriate shading rate design value of the solar structure taking into account the light saturation point for each crop, and the crop to be planted by using the tabled data of the relationship between the light saturation point and shading rate design value for each crop.
  • Each shading rate can be properly designed.
  • the agricultural parallel solar power generation system can be used as a structurally stable fixed solar power generation system in normal times, and the change in the altitude of the sun according to the seasonal change, the change of the installation location If a change in the module azimuth angle is required according to this, even if the system is installed according to the ridge direction of the fruit crop being cultivated, it can be designed as a structure capable of changing the angle of the upper solar cell.
  • the angle changing unit 50 may include an angle change unit 50 for changing the installation angle of the solar panel 10.
  • the angle changing unit 50 includes an azimuth changing means for changing the azimuth angle in the horizontal direction while maintaining the inclination angle of the light incident surface of the solar panel 10 as it is, and the solar panel 10 It may include an elevation angle changing means for changing an elevation angle in a vertical direction to change an inclination angle of the light incident surface, and a driving actuator providing a driving force to the azimuth angle changing means and the elevation angle changing means.
  • 9 and 10 do not show a clear structure with respect to the configuration of the angle changing unit 50, but the above-described elevation angle changing means/azimuth angle changing means and driving actuator are parts that can be sufficiently designed and applied even with known technical means. In bar, those skilled in the art will be able to easily understand and infer the structure.
  • the agricultural parallel photovoltaic power generation system of the present invention may include a control unit for controlling the operation of the driving actuator to perform at least one of a change in an azimuth angle and an elevation angle of the solar panel 10 to be executed.
  • the facility structure includes an illuminance sensor, an insolation sensor, and a carbon dioxide measurement sensor;
  • a temperature sensor, a humidity sensor, a soil temperature and humidity sensor, an electrical conductivity sensor, etc. may be installed, and various operation controls may be performed based on a sensing result accordingly (see FIG. 7 ).
  • the control unit when the light intensity measured according to the sensing result of the illuminance sensor is out of the range of the planned insolation value for the crop, the control unit generates a control command for changing the altitude angle of the solar panel 10 By transmitting to the driving actuator, the size of the shadow area generated by the solar panel 10 as a ratio of the area occupied by the light shielding area can be changed (see FIG. 8).
  • the control unit when the light intensity measured according to the sensing result of the illuminance sensor has a value lower than the light saturation point of the crop, the control unit generates a control command to increase the elevation angle of the solar panel 10 By transmitting to the driving actuator, the area ratio occupied by the light shielding area can be reduced.
  • the controller generates a control command for changing the azimuth angle of the solar panel 10 only when the light intensity measured according to the sensing result of the illuminance sensor has a value higher than the light saturation point of the crop.
  • control unit may issue a control command for changing the azimuth angle of the solar panel 10 when the humidity value measured according to the sensing result of the humidity sensor reaches the humidity value pre-scheduled for the crop.
  • the control unit may issue a control command for changing the azimuth angle of the solar panel 10 when the humidity value measured according to the sensing result of the humidity sensor reaches the humidity value pre-scheduled for the crop.
  • the agricultural parallel photovoltaic power generation system it is possible to perform solar power generation and farming activities of fruit trees at the same time, as well as performing extensive civil works in the forest to install the photovoltaic power generation device. Not only does not destroy the environment and farmland, but also has the effect of providing the structure, shape, and function of an agricultural parallel solar power generation system that improves the amount of generation of solar power generation.

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Abstract

본 발명은 태양광발전과 과수 작물의 영농 활동을 병행하는 것이 가능하게 하는 것과 함께, 태양광 발전 장치를 설치하기 위해 임야에 대대적인 토목공사를 하는 등의 환경 파괴 및 농작지 파괴를 하지 않음은 물론, 태양광 발전의 발전량을 효율화하는 농업 병행 태양광 발전 시스템의 구조, 형상, 기능을 제공할 수 있는 농업 병행 태양광 발전 시스템이 제공된다. 본 발명에 따르면, 태양광 발전과 과수 작물의 영농 활동을 저렴한 비용으로 동시 영위가 가능하며, 농업 병행 발전을 위하여 태양전지 모듈 거치대를 별도로 시공하지 않고 기존의 작물 비가림 하우스 기능을 겸하게 함으로써 경제적인 시스템 구축이 가능하고, 기존의 과수원의 작물이 남향이 아니더라도 태양광 패널의 각도 가변이 가능한 구조물을 통해서 발전량의 최대화가 용이하다.

Description

과수작물 재배 하우스 기능을 수행하는 태양광 발전시스템
본 발명은 농업 병행 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광발전과 과수 작물의 영농 활동을 병행하는 것이 가능하게 하는 것과 함께 태양광 발전의 발전량을 효율화하는 태양광 발전 시스템의 구조, 형상, 기능에 관한 것이다.
최근 대한민국 정부는 2017년 12월 새롭게 변화하는 기후체제에 대한 선제적 대응을 위하여 '2030 에너지 신산업 확산전략'을 발표하였으며, 2030년까지 신재생에너지 발전량 비중 20% 달성 및 현재 5.7GW 수준인 태양광 설비용량을 35.5GW 수준까지 확대하겠다는 목표를 수립하였다. 그러나 현재도 태양광 보급용량 중 63%가 농촌에 설치되어 임야와 농지를 잠식하고 있는 상황이며, 향후 태양광 보급을 위하여 현 설치 용량의 6배에 달하는 면적을 확보하는 것은 농지를 추가적으로 잠식하지 않고는 현실적으로 불가능하다. 이러한 현실에서 농업과 태양광발전을 병행할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
신재생 에너지에 대한 관심이 고조되면서 발전을 위해 화석연료를 사용할 필요가 없는 태양광 발전에 대한 관심이 고조되어 널리 확산되고 있다.
종래의 이러한 태양광 발전장치들을 전기에너지의 자급자족을 위해 소규모로 설치되어 왔으나, 근래에는 원유가격의 인상 등과 같은 여건변화에 따라 대규모로 태양광 발전장치를 설치하여 이를 직접 사용하거나 생산한 전기를 판매하고 있다. 이러한 태양광 발전장치를 설치하기 위해서는 대규모의 부지가 필요하며, 이를 위해 임야, 산지 등에 토목공사를 하여 부지를 확보한 후 넓은 공간에 태양광 발전장치를 설치하고 있다.
하지만, 토목공사를 통해 임야에 대규모의 태양광 발전장치를 설치하는 것은 환경파괴의 문제와 함께 토목공사를 위한 많은 비용이 발생하는 것임에 따라 최근 들어 문제가 발생하고 있다. 또한 구조물의 설계가 빈약하여 태풍을 견디기에 부족하고, 작물의 생육에 영향을 주는 등 문제점이 많아 추가적인 기술 개발이 필요한 현실이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양광발전과 과수 작물의 영농 활동을 병행하는 것이 가능하게 하는 것과 함께, 태양광 발전 장치를 설치하기 위해 임야에 대대적인 토목공사를 하는 등의 환경 파괴 및 농작지 파괴를 하지 않음은 물론, 태양광 발전의 발전량을 효율화하는 농업 병행 태양광 발전 시스템의 구조, 형상, 기능을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 태양광 패널(10); 및 상부에 상기 복수의 태양광 패널이 설치되는 시설 구조물;을 포함하는 농업 병행 태양광 발전 시스템이 제공된다. 여기서, 상기 시설 구조물은, 하단부에 지중 매설용 파일(pile)(132)이 형성되어, 작물 재배지의 면적에 상응하여 행 방향 및 열 방향으로 각각 소정 간격만큼씩 이격되어 수직 설치되는 복수의 파일 지지대(130); 행 방향으로 일렬로 놓인 각각의 파일 지지대(130) 간을 상측에서 일체로 연결하고, 열 방향으로 일렬로 놓인 각각의 파일 지지대(130) 간을 상측에서 일체로 연결하는 복수의 수평 지지대(110, 110b); 복수의 패널 지지대(112, 112b); 상기 작물 재배지의 지붕 역할을 수행하며, 광투과성 재질로 제작되는 복수의 비가림막(140, 140b); 복수의 비가림막 지지대(114, 114b); 각각의 파일 지지대(130)의 좌우 양측에서 사선 방향으로 상기 수평 지지대(130) 또는 상기 비가림막 지지대(114, 114b)를 지지하는 복수의 사선 지지대(116);를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 태양광발전과 과수 작물의 영농 활동을 병행하는 것이 가능하게 하는 것과 함께, 태양광 발전 장치를 설치하기 위해 임야에 대대적인 토목공사를 하는 등의 환경 파괴 및 농작지 파괴를 하지 않음은 물론, 태양광 발전의 발전량을 효율화하는 농업 병행 태양광 발전 시스템의 구조, 형상, 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 태양광 발전과 과수 작물의 영농 활동을 저렴한 비용으로 동시 영위가 가능하며, 농업 병행 발전을 위하여 태양전지 모듈 거치대를 별도로 시공하지 않고 기존의 작물 비가림 하우스 기능을 겸하게 함으로써 경제적인 시스템 구축이 가능하고, 기존의 과수원의 작물이 남향이 아니더라도 태양광 패널의 각도 가변이 가능한 구조물을 통해서 발전량의 최대화가 용이하다.
도 1 ~ 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 농업 병행 태양광 발전 시스템에 적용되는 시설 구조물을 설명하기 위한 참조 도면들.
도 5는 본 발명에 적용 가능한 태양광 패널에 관한 참조 도면.
도 6은 작물 별 광포화점과 차광률을 설명하기 위한 참조 테이블.
도 7은 본 발명의 농업 병행 태양광 발전 시스템에서 시설 구조물에 설치될 수 있는 환경 센서의 설치 위치를 예시한 참조 도면.
도 8은 본 발명의 농업 병행 태양광 발전 시스템에서 태양광 패널의 고도각 변화에 따라 차광 면적을 변화시켜 작물별 적정 차광률을 유지하는 방식을 설명하기 위한 참조 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 농업 병행 태양광 발전 시스템에 적용되는 시설 구조물을 설명하기 위한 참조 도면들.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1 ~ 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 농업 병행 태양광 발전 시스템에 적용되는 시설 구조물을 설명하기 위한 참조 도면들이고, 도 5는 본 발명에 적용 가능한 태양광 패널에 관한 참조 도면이며, 도 6은 작물 별 광포화점과 차광률을 설명하기 위한 참조 테이블이고, 도 7은 본 발명의 농업 병행 태양광 발전 시스템에서 시설 구조물에 설치될 수 있는 환경 센서의 설치 위치를 예시한 참조 도면이고, 도 8은 본 발명의 농업 병행 태양광 발전 시스템에서 태양광 패널의 고도각 변화에 따라 차광 면적을 변화시켜 작물별 적정 차광률을 유지하는 방식을 설명하기 위한 참조 도면이다. 또한 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 농업 병행 태양광 발전 시스템에 적용되는 시설 구조물을 설명하기 위한 참조 도면들이다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
첨부된 도면들(특히, 도 1 및 도 2의 제1 실시예의 도면과, 도 9의 제2 실시예의 도면)을 참조할 때, 본 발명의 실시예에 따라 과수작물 재배 하우스 기능을 수행하는 농업 병행 태양광 발전시스템은, 복수의 태양광 패널(10); 및 상부에 상기 복수의 태양광 패널이 설치되는 시설 구조물;을 포함한다.
상기 시설 구조물은, 하단부에 지중 매설용 파일(pile)(132)이 형성되어, 작물 재배지의 면적에 상응하여 행 방향 및 열 방향으로 각각 소정 간격만큼씩 이격되어 수직 설치되는 복수의 파일 지지대(130); 행 방향으로 일렬로 놓인 각각의 파일 지지대(130) 간을 상측에서 일체로 연결하고, 열 방향으로 일렬로 놓인 각각의 파일 지지대(130) 간을 상측에서 일체로 연결하는 복수의 수평 지지대(110, 110b); 상기 복수의 태양광 패널(10) 각각이 설치될 영역에 상응하여 마련되어 상기 태양광 패널(10)을 안착 지지하며, 상기 수평 지지대(110, 110b)의 상부에 결합되는 복수의 패널 지지대(112, 112b); 적어도 상기 복수의 태양광 패널(10)이 설치되지 않는 나머지 영역이 커버되도록 설치되어 상기 작물 재배지의 지붕 역할을 수행하며, 광투과성 재질로 제작되는 복수의 비가림막(140, 140b); 상기 복수의 비가림막(140, 140b) 각각이 설치될 영역에 상응하여 마련되어 상기 비가림막(140, 140b)을 안착 지지하는 복수의 비가림막 지지대(114, 114b); 일단이 상기 파일 지지대(130)에 결합되고, 타단이 상기 수평 지지대(110)에 결합되거나 또는 상기 비가림막 지지대(114, 114b)에 결합되어, 각각의 파일 지지대(130)의 좌우 양측에서 사선 방향으로 상기 수평 지지대(130) 또는 상기 비가림막 지지대(114, 114b)를 지지하는 복수의 사선 지지대(116);를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의할 때, 열 방향(도 2의 도면부호 c 방향 참조)으로 일렬로 놓일 각각의 파일 지지대(130)는 상기 작물 재배지에서 작물이 식재될 두둑에 설치되되 상기 두둑을 따라 소정 간격(도 2의 도면부호 d 참조) 만큼씩 이격되어 설치되고, 행 방향으로 일렬로 놓일 각각의 파일 지지대(130)는 상기 작물 재배지의 이랑 간격(도 1 및 도 2의 도면부호 b 참조) 만큼씩 이격되어 설치될 수 있다.
여기서, 상기 열 방향으로 일렬로 놓일 각각의 파일 지지대(130)가 이격 설치될 상기 소정 간격(도 2의 도면부호 d 참조)은, 해당 작물 재배지의 최대 적설량 기준치 및 최대 풍압 기준치를 고려하였을 때의 상기 시설 구조물의 하중 설계 조건을 만족하는 최대 허용 이격 간격 범위 내에서 설계되되, 상기 두둑에 식재될 작물의 식재 간격을 고려하였을 때 작물의 측면 방향에서의 생장을 방해하지 않도록 하는 이격 간격으로 결정될 수 있다.
또한 상기 파일 지지대(130)의 지상부 높이는, 상기 식재될 작물의 높이 방향에서의 최대 생장 높이를 적어도 상회하도록 설계되되, 상기 식재될 작물에 관한 영농 작업 활동이 방해되지 않도록 사전 설계된 최소 설계 높이를 만족하도록 결정될 수 있다.
일 실시예에 의할 때, 상기 패널 지지대(112, 112b)는, 상기 태양광 패널(10)의 상면에 태양광 발전을 방해하는 방해물(예를 들어, 낙엽 등)이 쌓이지 않도록, 상기 수평 지지대(110, 110b)를 기준으로 소정의 경사각을 형성하면서 상기 수평 지지대(110, 110b)의 상부에 결합될 수 있다. 또한 상기 비가림막 지지대(114, 114b)도, 상기 비가림막(140, 140b)이 경사면을 형성하여 상부에 빗물이 고이거나 눈이 쌓이지 않도록 소정의 경사각을 갖도록 설치될 수 있다.
일 실시예에 의할 때, 상기 비가림막(140, 140b)은, 두둑을 따라 식재될 작물로 빗물이 직접 낙하되지 않도록, 상기 열 방향으로 일렬 설치된 각각의 파일 지지대(130)에 결합되는 비가림막 지지대(114, 114b)의 상부를 완전히 커버하도록 설치되고, 상기 행 방향으로는 서로 인접한 비가림막(140, 140b)의 양 끝단 간이 소정 간격의 공간을 두고 맞닿지 않도록 설치될 수 있다. 이때, 상기 행 방향으로 서로 인접한 비가림막(140, 140b)의 양 끝단 간에 형성되는 소정 간격의 공간에 상응하는 하부는 상기 작물 재배지의 도랑의 중심부(a)에 대응되도록 설계됨으로써, 비가림막(140, 140b)의 경사면을 통해 하부로 흘러 낙하하는 빗물이 상기 도랑의 중심부(도 1 및 도 2의 도면부호 a 참조) 방향으로 향하도록 할 수 있다.
다른 실시예에 의할 때, 상기 행 방향으로 서로 인접한 비가림막(140, 140b)의 양 끝단 간에 형성되는 소정 간격의 공간에 상응하는 하부에는, 상기 열 방향으로 일체 연결된 수로관을 형성하는 빗물받이부(도 9의 도면번호 118 참조)가 설치됨으로써, 비가림막(140, 140b)의 경사면을 통해 하부로 흘러 낙하하는 빗물이 상기 도랑 방향으로 빗물이 낙하되지 않고 상기 수로관을 통해서 상기 작물 재배지의 외곽으로 낙하되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 빗물밭이부(118)는, 상기 행 방향으로 서로 인접한 비가림막(140, 140b)에 상응하여 행 방향으로 서로 인접한 모든 비가림막 지지대(114, 114b)의 양 끝단에 상호 간 밀착 결합될 수 있다.
또한 본 발명에 의할 때, 상기 복수의 태양광 패널(10)은, 작물의 생장에 필요한 태양광의 확보를 위하여, 상기 시설 구조물 상에 소정 간격(도 3의 도면부호 e 참조) 만큼씩 이격 배치될 수 있다.
또한 상기 복수의 태양광 패널(10) 각각은, 광투과성 베이스 부재; 및 상기 광투과성 베이스 부재 상에 N*M의 행렬 형태(도 3 ~ 도 5에서는 9*4 행렬 형태를 예시함)로 배치되는 복수의 광전변환 셀;을 포함함으로써, 상기 복수의 광전변환 셀 사이에 형성된 소정의 이격 공간(도 4의 도면부호 f 참조)에 상응하여 상기 광투과성 베이스 부재를 통해 광이 투과되는 광투과 영역과, 상기 복수의 광전변환 셀에 의해 광이 차폐되는 광차폐 영역이 존재하도록 제작될 수 있다. 이와 같이, 모듈 내부에 직렬 연결된 태양전지 셀 간 이격 거리를 확보하여 빛이 일정량 투과되는 투과형 모듈을 이용한 시스템을 구축하게 되면, 태양광 발전 시스템 운영시 시설물의 하부 공간 활용을 위한 빛을 추가 확보할 수 있는 효과도 있다[도 4 참조].
이때, 상기 태양광 패널(10)의 설치 개수는, 상기 작물 재배지에서 상기 작물이 식재될 식재 영역의 면적에 대비하여 상기 복수의 태양광 패널(10)에서 복수의 광전변환 셀에 의한 광차폐 영역이 차지하는 면적의 비율이, 상기 식재될 작물의 광포화점을 기준으로 할 때 최대로 허용되는 최대 허용 차광률을 초과하지 않는 범위 내에서 최대로 설치할 수 패널의 개수로 결정될 수 있다.
일반적으로 식물의 광합성 속도는 빛의 세기에 비례하지만, 광포화점에 이르면 속도가 증가하지 않는다. 따라서 작물의 종류에 따라 광포화점이 다른데, 수박이나 토마토는 70~80klux의 강한 광이 광포화점이며, 오이, 호박, 양배추, 완두콩 등은 40~45klux 정도의 중간 광을 광포화점으로 가진다. 반면 상추, 고구마 등은 25klux 정도의 약한 광포화점을 가진다. 따라서 대상 작물에 따라 태양광 구조물이 생장에 영향을 미치지 않는 정도의 차광율을 고려하여 태양광 패널 및 해당 패널의 태양전지 모듈(즉, 광전변환 셀) 간의 이격 거리를 조정한다면 농업 생산량에 지장을 받지 않는 것이 가능하다, 한국남동발전은 2017년 국내 최초로 벼농사와 병행한 태양광 발전 실증 결과 태양광 발전을 실시한 부지와 하지 않은 대조 부지 간 수확량의 차이가 5%라는 실증 결과를 보고한 바 있다. 이와 관련하여 도 6은 작물 별 광포화점을 고려한 태양광 구조물의 적정 차광률 설계 값을 도식화한 것이며, 이와 같이 작물 별 광포화점 및 차광률 설계 값 간의 관계를 테이블화한 데이터를 이용함으로써 식재될 작물 별 차광률을 적절히 설계할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의할 때, 농업 병행 태양광 발전 시스템은, 평상시에는 구조적으로 안정적인 고정식 태양광 발전 시스템으로 이용이 가능하며, 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화, 설치 위치의 변경에 따라 모듈 방위각의 변화가 필요할 경우, 기 경작하고 있는 과수작물의 이랑 방향에 따라 시스템이 설치될 경우라도 상부 태양전지의 각도 변화가 가능한 구조물로서 설계될 수 있다.
이를 위해, 상기 태양광 패널(10)의 설치 각도의 변경을 수행하는 각도 변경부(50)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 각도 변경부(50)는, 상기 태양광 패널(10)의 광입사면의 경사각을 그대로 유지한 상태에서 수평 방향의 방위각을 변경하는 방위각 변경 수단과, 상기 태양광 패널(10)의 광입사면의 경사각을 변경하기 위해 수직 방향의 고도각을 변경하는 고도각 변경 수단과, 상기 방위각 변경 수단 및 상기 고도각 변경 수단에 구동력을 제공하는 구동 액츄에이터를 포함할 수 있다. 도 9 및 도 10에서는 각도 변경부(50)의 구성에 관하여 명확한 구조를 제시하고 있지는 않으나, 상술한 고도각 변경 수단/방위각 변경 수단과 구동 액츄에이터는 공지의 기술 수단으로도 충분히 설계 적용될 수 있는 부분인 바 해당 분야의 통상의 기술자라면 해당 구조를 쉽게 이해 및 유추해낼 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 농업 병행 태양광 발전 시스템에는 상기 구동 액츄에이터의 동작을 제어하여 상기 태양광 패널(10)의 방위각 변경 및 고도각 변경 중 적어도 하나가 실행되도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의할 때, 상기 시설 구조물에는 조도 센서, 일사량 센서, 이산화탄소 측정 센서; 온도 센서, 습도 센서, 토양 온습도 센서, 전기전도도 센서 등이 설치될 수 있으며, 이에 따른 센싱 결과에 근거하여 다양한 동작 제어가 수행될 수 있다(도 7 참조).
일 예로, 상기 제어부는, 상기 조도 센서의 센싱 결과에 따라 측정된 광 세기가 상기 작물에 관해 계획된 일사량 값 범위를 벗어나는 경우, 상기 태양광 패널(10)의 고도각을 변경시키는 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써, 상기 광차폐 영역이 차지하는 면적 비율로서 상기 태양광 패널(10)에 의해 발생되는 그림자 영역의 크기를 변경시킬 수 있다(도 8 참조).
다른 예로, 상기 제어부는, 상기 조도 센서의 센싱 결과에 따라 측정된 광 세기가 상기 작물의 광포화점보다 낮은 값을 갖는 경우, 상기 태양광 패널(10)의 고도각을 상승시키는 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써, 상기 광차폐 영역이 차지하는 면적 비율을 낮출 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 조도 센서의 센싱 결과에 따라 측정된 광 세기가 상기 작물의 광포화점보다 높은 값을 갖는 경우에 한하여, 상기 태양광 패널(10)의 방위각 변경을 위한 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써 일별 시간의 변화에 따라 상기 태양광 패널(10)의 광입사면이 태양의 이동 위치를 추적하도록 함과 동시에, 상기 태양광 패널(10)의 고도각 변경을 위한 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써 태양의 고도 변화를 추적하도록 할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 제어부는, 상기 습도 센서의 센싱 결과에 따라 측정된 습도 값이 상기 작물에 관하여 사전 스케쥴링된 습도 값에 도달할 경우, 상기 태양광 패널(10)의 방위각을 변경시키는 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써, 일별 시간의 변화에 따라 상기 태양광 패널(10)에 의해 발생되는 그림자 영역의 크기를 변경시킬 수 있다.
상술한 바에 따른 농업 병행 태양광 발전 시스템에 의하면, 태양광발전과 과수 작물의 영농 활동을 병행하는 것이 가능하게 하는 것과 함께, 태양광 발전 장치를 설치하기 위해 임야에 대대적인 토목공사를 하는 등의 환경 파괴 및 농작지 파괴를 하지 않음은 물론, 태양광 발전의 발전량을 효율화하는 농업 병행 태양광 발전 시스템의 구조, 형상, 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 태양광 발전과 과수 작물의 영농 활동을 저렴한 비용으로 동시 영위가 가능하며, 농업 병행 발전을 위하여 태양전지 모듈 거치대를 별도로 시공하지 않고 기존의 작물 비가림 하우스 기능을 겸하게 함으로써 경제적인 시스템 구축이 가능하고, 기존의 과수원의 작물이 남향이 아니더라도 태양광 패널의 각도 가변이 가능한 구조물을 통해서 발전량의 최대화가 용이하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 복수의 태양광 패널(10); 및 상부에 상기 복수의 태양광 패널이 설치되는 시설 구조물;을 포함하는 농업 병행 태양광 발전 시스템으로서,
    상기 시설 구조물은,
    하단부에 지중 매설용 파일(pile)(132)이 형성되어, 작물 재배지의 면적에 상응하여 행 방향 및 열 방향으로 각각 소정 간격만큼씩 이격되어 수직 설치되는 복수의 파일 지지대(130);
    행 방향으로 일렬로 놓인 각각의 파일 지지대(130) 간을 상측에서 일체로 연결하고, 열 방향으로 일렬로 놓인 각각의 파일 지지대(130) 간을 상측에서 일체로 연결하는 복수의 수평 지지대(110, 110b);
    상기 복수의 태양광 패널(10) 각각이 설치될 영역에 상응하여 마련되어 상기 태양광 패널(10)을 안착 지지하며, 상기 수평 지지대(110, 110b)의 상부에 결합되는 복수의 패널 지지대(112, 112b);
    적어도 상기 복수의 태양광 패널(10)이 설치되지 않는 나머지 영역이 커버되도록 설치되어 상기 작물 재배지의 지붕 역할을 수행하며, 광투과성 재질로 제작되는 복수의 비가림막(140, 140b);
    상기 복수의 비가림막(140, 140b) 각각이 설치될 영역에 상응하여 마련되어 상기 비가림막(140, 140b)을 안착 지지하는 복수의 비가림막 지지대(114, 114b);
    일단이 상기 파일 지지대(130)에 결합되고, 타단이 상기 수평 지지대(110)에 결합되거나 또는 상기 비가림막 지지대(114, 114b)에 결합되어, 각각의 파일 지지대(130)의 좌우 양측에서 사선 방향으로 상기 수평 지지대(130) 또는 상기 비가림막 지지대(114, 114b)를 지지하는 복수의 사선 지지대(116);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    열 방향으로 일렬로 놓일 각각의 파일 지지대(130)는, 상기 작물 재배지에서 작물이 식재될 두둑에 설치되되 상기 두둑을 따라 소정 간격(d) 만큼씩 이격되어 설치되고,
    행 방향으로 일렬로 놓일 각각의 파일 지지대(130)는, 상기 작물 재배지의 이랑 간격(b) 만큼씩 이격되어 설치되며,
    상기 열 방향으로 일렬로 놓일 각각의 파일 지지대(130)가 이격 설치될 상기 소정 간격(d)은, 해당 작물 재배지의 최대 적설량 기준치 및 최대 풍압 기준치를 고려하였을 때의 상기 시설 구조물의 하중 설계 조건을 만족하는 최대 허용 이격 간격 범위 내에서 설계되되, 상기 두둑에 식재될 작물의 식재 간격을 고려하였을 때 작물의 측면 방향에서의 생장을 방해하지 않도록 하는 이격 간격으로 결정되고,
    상기 파일 지지대(130)의 지상부 높이는, 상기 식재될 작물의 높이 방향에서의 최대 생장 높이를 적어도 상회하도록 설계되되, 상기 식재될 작물에 관한 영농 활동이 방해되지 않도록 사전 설계된 최소 설계 높이를 만족하도록 결정되는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패널 지지대(112, 112b)는, 상기 태양광 패널(10)의 상면에 태양광 발전을 방해하는 방해물이 쌓이지 않도록, 상기 수평 지지대(110, 110b)를 기준으로 소정의 경사각을 형성하면서 상기 수평 지지대(110, 110b)의 상부에 결합되고,
    상기 비가림막 지지대(114, 114b)는, 상기 비가림막(140, 140b)이 경사면을 형성하여 상부에 빗물이 고이거나 눈이 쌓이지 않도록 소정의 경사각을 갖도록 설치되며,
    상기 비가림막(140, 140b)은, 두둑을 따라 식재될 작물로 빗물이 직접 낙하되지 않도록, 상기 열 방향으로 일렬 설치된 각각의 파일 지지대(130)에 결합되는 비가림막 지지대(114, 114b)의 상부를 완전히 커버하도록 설치되고, 상기 행 방향으로는 서로 인접한 비가림막(140, 140b)의 양 끝단 간이 소정 간격의 공간을 두고 맞닿지 않도록 설치되되,
    상기 행 방향으로 서로 인접한 비가림막(140, 140b)의 양 끝단 간에 형성되는 소정 간격의 공간에 상응하는 하부는 상기 작물 재배지의 도랑의 중심부(a)에 대응되도록 설계됨으로써, 비가림막(140, 140b)의 경사면을 통해 하부로 흘러 낙하하는 빗물이 상기 도랑의 중심부(a) 방향으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 행 방향으로 서로 인접한 비가림막(140, 140b)의 양 끝단 간에 형성되는 소정 간격의 공간에 상응하는 하부에는, 상기 열 방향으로 일체 연결된 수로관을 형성하는 빗물받이부(118)가 설치됨으로써, 비가림막(140, 140b)의 경사면을 통해 하부로 흘러 낙하하는 빗물이 상기 도랑 방향으로 빗물이 낙하되지 않고 상기 수로관을 통해서 상기 작물 재배지의 외곽으로 낙하되도록 하되,
    상기 빗물밭이부(118)는, 상기 행 방향으로 서로 인접한 비가림막(140, 140b)에 상응하여 행 방향으로 서로 인접한 모든 비가림막 지지대(114, 114b)의 양 끝단에 상호 간 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 태양광 패널(10)은, 상기 시설 구조물 상에 소정 간격(e) 만큼씩 이격 배치되고,
    상기 복수의 태양광 패널(10) 각각은, 광투과성 베이스 부재; 및 상기 광투과성 베이스 부재 상에 N*M의 행렬 형태로 배치되는 복수의 광전변환 셀;을 포함함으로써, 상기 복수의 광전변환 셀 사이에 형성된 소정의 이격 공간(f)에 상응하여 상기 광투과성 베이스 부재를 통해 광이 투과되는 광투과 영역과, 상기 복수의 광전변환 셀에 의해 광이 차폐되는 광차폐 영역이 존재하도록 제작되며,
    상기 태양광 패널(10)의 설치 개수는, 상기 작물 재배지에서 상기 작물이 식재될 식재 영역의 면적에 대비하여 상기 복수의 태양광 패널(10)에서 복수의 광전변환 셀에 의한 광차폐 영역이 차지하는 면적의 비율이, 상기 식재될 작물의 광포화점을 기준으로 할 때 최대로 허용되는 최대 허용 차광률을 초과하지 않는 범위 내에서 최대로 설치할 수 패널의 개수로 결정되는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 태양광 패널(10)의 설치 각도의 변경을 수행하는 각도 변경부(50)를 포함하되,
    상기 각도 변경부(50)는, 상기 태양광 패널(10)의 광입사면의 경사각을 그대로 유지한 상태에서 수평 방향의 방위각을 변경하는 방위각 변경 수단과, 상기 태양광 패널(10)의 광입사면의 경사각을 변경하기 위해 수직 방향의 고도각을 변경하는 고도각 변경 수단과, 상기 방위각 변경 수단 및 상기 고도각 변경 수단에 구동력을 제공하는 구동 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시설 구조물에 적어도 하나 설치되어, 상기 작물의 식재 공간의 광 세기를 측정하는 조도 센서; 및
    상기 구동 액츄에이터의 동작을 제어하여 상기 태양광 패널(10)의 방위각 변경 및 고도각 변경 중 적어도 하나가 실행되도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 조도 센서의 센싱 결과에 따라 측정된 광 세기가 상기 작물에 관해 계획된 일사량 값 범위를 벗어나는 경우, 상기 태양광 패널(10)의 고도각을 변경시키는 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써, 상기 광차폐 영역이 차지하는 면적 비율로서 상기 태양광 패널(10)에 의해 발생되는 그림자 영역의 크기를 변경시키는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 시설 구조물에 적어도 하나 설치되어, 상기 작물의 식재 공간의 습도를 측정하는 습도 센서; 및
    상기 구동 액츄에이터의 동작을 제어하여 상기 태양광 패널(10)의 방위각 변경 및 고도각 변경 중 적어도 하나가 실행되도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 습도 센서의 센싱 결과에 따라 측정된 습도 값이 상기 작물에 관하여 사전 스케쥴링된 습도 값에 도달할 경우, 상기 태양광 패널(10)의 방위각을 변경시키는 제어 명령을 생성하여 상기 구동 액츄에이터에게 전달함으로써, 일별 시간의 변화에 따라 상기 태양광 패널(10)에 의해 발생되는 그림자 영역의 크기를 변경시키는 것을 특징으로 하는, 농업 병행 태양광 발전 시스템.
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