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[국내논문] 식물공장의 헬리오스탯을 이용한 태양광 추적성능 및 LED 균일광 조사
Solar Tracking Performance using a Heliostat and Uniform Irradiation of LED Light for a Plant Factory 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.64 no.12, 2015년, pp.1761 - 1767  

구경완 (Dept. of Defense Science Technology, Hoseo University) ,  김태진 (Smartsystec Inc.) ,  김영식 (Dept. of Mechanical Engineering, Hanbat National University) ,  유봉조 (Dept. of Mechanical Engineering, Hanbat National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with the solar tracking performance using a small heliostat, the light reduction rate of the sun light, and the performance of uniform irradiation of LED light for a plant factory. A high precision encoder is attached to the heliostat to improve tracking accuracy. As a result, our h...

주제어

#Solar tracking performance   #Heliostat   #Plant factory   #Light reduction rate   #Uniform light irradiation of LED  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 이 시스템은 태양광을 이용할 경우는 태양광을 정밀 추적 제어하는 기술을 필요로 하게 되고, 인공광을 이용할 경우는 균일광 조사 시스템이 필요하게 되는데, 이러한 인공광 중의 하나인 LED만을 이용한 식물공장에 대한 연구들도 이루어져 왔다[9-11]. 본 논문에서는 태양광과 인공광을 병행한 하이브리드형 컨테이너 식물공장에 있어서, 첫째, 엔코더를 갖는 소형 헬리오스탯을 이용한 태양광 정밀 추적장치의 성능, 둘째, 태양광 빛 감쇠율 저감 기술, 셋째, LED 균일 광 조사 성능을 연구한다.

가설 설정

  • 소형 헬리오스탯은 원형 거울을 사용하므로 목표지점에 도달하는 광원의 형상은 태양의 방위각과 고도각의 변화에 따라 타원이 된다. 목표지점이 정남쪽에 있다고 가정하고 계절 별로 광원의 형상을 시뮬레이션 하면, 고도가 낮을수록 원형에 가까운 형상을 가지며, 동지 절기에 가장 원형에 가까운 타원이 된다. <그림 6~그림 8>에 절기 변화에 따른 광원 궤적의 시뮬레이션 결과를 1시간마다 광원 형상의 색상을 변경하여 나타내었다.
  • 소형 헬리오스탯 또한 기구의 정면이 정남쪽을 향하도록 설치해야 구동범위를 벗어나지 않고 태양을 추적할 수 있다. 소형 헬리오스탯은 원형 거울을 사용하므로 목표지점에 도달하는 광원의 형상은 태양의 방위각과 고도각의 변화에 따라 타원이 된다. 목표지점이 정남쪽에 있다고 가정하고 계절 별로 광원의 형상을 시뮬레이션 하면, 고도가 낮을수록 원형에 가까운 형상을 가지며, 동지 절기에 가장 원형에 가까운 타원이 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하이브리드형 식물공장이 태양광과 인공광을 이용할 때, 필요한 시스템은? 하이브리드형 식물공장은 주간에는 헬리오스탯을 이용하여 태양광을 식물에게 비추어주고, 야간이나 흐린 날과 비오는 날과 같이 태양광 이용이 적절치 않은 경우에는 LED를 이용한 인공광을 식물에게 비추어 줌으로써 식물의 지속적인 성장을 촉진하는 시스템이다. 또한, 이 시스템은 태양광을 이용할 경우는 태양광을 정밀 추적 제어하는 기술을 필요로 하게 되고, 인공광을 이용할 경우는 균일광 조사 시스템이 필요하게 되는데, 이러한 인공광 중의 하나인 LED만을 이용한 식물공장에 대한 연구들도 이루어져 왔다[9-11]. 본 논문에서는 태양광과 인공광을 병행한 하이브리드형 컨테이너 식물공장에 있어서, 첫째, 엔코더를 갖는 소형 헬리오스탯을 이용한 태양광 정밀 추적장치의 성능, 둘째, 태양광 빛 감쇠율 저감 기술, 셋째, LED 균일 광 조사 성능을 연구한다.
태양광 추적장치 중 프리즘 방식이란? 태양광을 이용할 경우 태양광 발전이나 집광을 위해 태양광 정밀 추적기술을 이용한 많은 연구가 이루어져 왔다[1-8]. 일반적으로 태양광 추적장치는 프리즘 방식, 렌즈-광케이블 방식, 반사거울 방식 등이 있는데 프리즘 방식은 건물 상단 외부에 채광기를 설치하고, 입사되는 태양광을 광 덕트로 전송하는 방법으로 유럽에서 가장 보편적으로 사용되는 시스템으로 2007년부터 국내에서 상용화되어 사용되고 있다. 렌즈-광케이블 방식은 추적형태양광 시스템으로서 기존의 시스템 대비 고효율의 성능과 경량화 및 소형화를 실현한 기술로서 렌즈를 통해 집광된 빛을 광섬유를 사용하여 조명에 사용하는 방식으로 태양광을 집광하는 렌즈와 집광된 빛을 전송하는 광섬유로 구성된다.
식물공장이 각국의 각광을 받는 이유는? 식물공장은 기후와 계절뿐만 아니라 기상이변의 영향을 받지 않고, 출하시기, 생산량, 가격 등을 정할 수 있고, 지역이나 토지에 구애받지 않고 단위면적당 생산량을 증가시킬 수 있어 최근 세계 각국의 각광을 받고 있으며, 재배환경을 조절하는 장치 뿐만아니라 자동화 장치를 포함하고 있어 전기, 전자, 기계, 생명공학 등 공학의 제 분야의 융․복합기술로 구성된다. 국내외적으로 현재까지의 식물공장은 태양광만을 이용한다든지 아니면 인공광만을 이용하는 두가지 경우로서, 두 경우 모두 초기 설치비용과 유지비용이 많이 들기 때문에 경제성이 낮은 것으로 인식되어 왔다.
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참고문헌 (11)

  1. J. S. An, N. E. Heo, I. H. Kim, "Design of Sun Tracker System for Solar Power Generation", Proceedings of the KIEE CICS Conference, pp. 330-332, 2006. 

  2. B. G. Min, B. H. Kim, Y. J. Lim, Y. O. Choi, G. B. Cho, H. L. Baek and S. W. Kim, "Solar Tracking System by One-Sensor Type", Proceedings of the KIEE EMECS Autumn Annual Conference, pp.180-181, 2008. 

  3. M. G. Jang, J. S. Ko, J. S. Choi, J. W. Back, S. J. Kang and D. H. Chung, "Comparison Study of PV Tracking System with Sensor and Program Method", Proceedings of the KIEE Spring Conference, pp. 222-224, 2009. 

  4. S.J. Oh, Y. S. Cho, Y. J. Lee and W. G. Chun, "Development of the Solar Tracking System with High Accuracy by using LabView", Proceedings of the Korean Solar Energy Society Spring Annual Conference, Vol. 29, No. 1, pp. 31-36, 2009. 

  5. J. S. Choi J. S. Ko and D. H. Chung, "Development of a Novel Tracking for Efficiency Improvement of PV System with Sensor Method" The Transactions of The Korean Institute Electrical Engineers, Vol. 59, No. 10, pp. 1823-1831, 2010. 

  6. M. H. Seo, Y. S. Kim, J. W. Hong, H. J. Lee, S. K. Park and S. H. Kim, "Research of the PV Tracking System", Journal of the Korea Academia Industrial Cooperation Society, Vol. 11, No. 8, pp. 2951-2957, 2010. 

    원문보기 상세보기 crossref

  7. J. H. Han, S. C. Ryu, J. H. Yoon, J. H. Jung, B. J. Kim and S. K. Park, "A Study for the Passive Daylighting using the Various Shapes of the Reflectors and Arrays", Proceedings of the Korean Solar Energy Society Autumn Annual Conference, Vol. 30, No. 2, pp. 295-302, 2010. 

  8. K. S. Kim, G. H. Kang, G. J. Yu and S. G. Yoon, "Performance Measurement Method of Several Types of Photovoltaic Module Depending on Efficiency", Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 31, No. 1, pp. 93-99, 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. Y. K. Choo, M. J. Kim, D. K. Ryu and S. O. Chung, "Study on Propose of Optimum Light about Plant Factory LED Layout", Proceedings of the Korea Society for Agricultural Machinery Autumn Annual Conference, Vol. 18, No. 2, pp. 107-108, 2013. 

  10. S. J. Kwak, S. K. Lee, E. J. Kwak, J. W. Han, S. K. Lee, T. H. Kang and W. Kim, "Growth Characteristics of Lettuce by Different Intensity of Light Source with UV LED in Plant Factory", Proceedings of the Korea Society for Agricultural Machinery Autumn Annual Conference, Vol. 19, No. 2, pp. 175-176, 2014. 

  11. J. W. Han, T. H. Kang, and S. K. Lee, Chung Su Han and Woong Kim, "System Design and Performance Analysis of a Variable Frequency LED Light System for Plant Factory", Journal of Biosystems Engineering, Vol. 39, No. 2, pp. 87-95. 2014. 

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