제품소개

3-3 태양광사용식물공장용(SF-6030TS)

식물공장용, 초대형 식물재배시설의 촉성재배용 시설에서 태양광 발전설비(Solar Cell)의 전기를  함께 사용하는 방식의  조명 시스템,  모델 SF-6030TS 의 설명

1. 개략적인 설명

1-1, SF-6030TS 는 KAST 의 LED 조명장치, SF-6030T에 태양광 발전에서 나오는 직류 전기를 그대로 혼합해 쓸 수 있는 기능을 추가한 제품입니다.

이 제품은 태양광 발전용량이 충분할 때는 태양광 발전 설비에서 생산되는 전기를 그대로 쓰고, 밤이 되거나 순간적으로 그늘이 들었을 때, 또는 아침 저녁 태양광 빛이 약할때면 자동으로 가정용 전원에서 공급되는 전기를 직접 혼합하여 쓰도록 되어 있는, 완전 자동화된 태양광 발전 전기 병용 사용의 LED 조명설비입니다.

카스트는 이런 방법을 써서 전기 사용량을 획기적으로 줄이는 기술을 가지고 있습니다.


(도면 1) 아래는 이 장비로  태양광을 함께 이용하는 모습을 나타낸 도면입니다.











(사진 1) 설명: 아래는 본 제품, 모델 SF-6030TS 의 모습입니다.




















1-2, 앞면의 설명

(사진 2) 설명: 아래는 본 장비의 앞면 패널에 대한 설명입니다.





1, 전원 스위치: 본체의 전원을 ON/OFF 합니다.

2, Power ON 표시램프: 전원이 들어와 있음을 표시하는 램프

3, Daily timer: 1일 24시간 중 언제든지 장비를 켜고 끄는 시간을 설정해 둘 수 있습니다.

장비를 on/off 할 수 있는 최소 시간단위는 15분이고, 하루에도 몇 번 씩 장비를 켜고 끄는 시간을 임의로 설정해 둘 수 있습니다.


4, 한전 공급전원의 전기 소비전류 표시 미터: 한전에서 공급되는 전원부에서 공급(소비)되고 있는 전류의 양을 나타냅니다.

5, LED 램프의 빛의 밝기 조절용 볼륨:이 볼륨을 돌려 LED 램프의 빛의 세기를 임의로 조절할 수 있습니다.

6, 한전 공급전원의 Over Current 표시 램프: 전원부에서 LED 로 흐르는 전류가 최대 설정치를 넘으면 표시해 줍니다.

7, 태양광에서 공급되는 전류량을 나타내는 미터:  태양광 발전에서 LED 로 흐르는 전류가 얼마인지를 나타내 주는 미터입니다.

8, Duty time 설정 셀렉터: LED 를 1, 연속조명, 2, Duty time 50%로 조명, 3, Duty time 33%로 조명, 4, Duty time 25% 로 조명하는 4가지 방법중 하나를 선택해 사용할 수 있습니다.
이에 대한 상세한 설명은 앞에 나타낸 내용과 같습니다.

9, 태양광에서  LED 로 공급되는 전류의 양이 최대 설정치를 넘으면 표시해 줍니다.




1-3, 뒷면 패널의 설명

(사진 3) 설명: 아래는 본 장비의 뒷면 구조에 대한 설명입니다.





1, 2, LED 를 구동하기 위한 전력이 출력되는 단자입니다.

1번(적색선)은 이곳에 연결되는 모든 LED 바의 + 측(적색선)에 연결되어야 하고, 2번(흑색선)은 모든 LED 바의 - 측(GND) 에 연결되어야 합니다.(이 출력선에 연결되는 모든 LED 바는 병렬연결되어야 합니다.)

3, 4번 단자는 태양광 발전 설비에서 생산된 전기를  입력하는 곳입니다. (즉 이곳이 태양광 발전을 받아들이는 곳입니다.)

3번(적색선)단자에는 태양광 발전설비의 + 출력을, 4번 (흑색선) 단자에는 태양광 발전설비의 - 선을 연결합니다.

5번 단자: 외부 신호 입출력용 단자: 이 단자에는 본 장비를 제어하거나 해충방제기 등을 연결해 사용할 때 입출력 신호를 주고 받기 위한 단자입니다.

 6, 접지선( GND )을 연결하기 위한 다자입니다.

7, AC 전원 입력단자: 이곳에 AC 220 V 인입선 코드를 연결합니다.



(사진 4) 설명: 아래는 본 장비와 연결하여 함께 사용할 태양광 발전설비의 모습입니다.
본 태양광 설비는 구미시 소재 카스트 식물공장에 설치되어 있는 것으로, 출력 용량은 2kW 입니다.

여기에는 가로 세로 95*145 cm 크기의 Solar Cell 이 10개가 직병렬로 연결되어 있어서 전체 크기는 가로 세로 5m *3m 입니다.

현재 본 장비는 딸기재배용 컨테이너형 식물공장(사진 왼쪽에 보임) 에 사용되고 있는 것으로, Solar Cell 과 직접 연결되어 낮에는 컨테이너형 식물공장에서 사용되는 전기의 대부분을 직접 공급하고 있습니다.










(사진 5) 설명: 아래는 2013년 10월 25일 오전 11시 20분 현재, 딸기재배용 컨테이너의 총 소비전력 33.7A  중 30.1 A ( 오른 쪽에 있는 디지털 파넬 미터의 값)를 태양광 발전이 담당하고, 가정용 전원이 3.6A (왼쪽에 있는 디지털 파넬미터)를 담당하고 있는 장면을 보여줍니다.







 



(사진 6) 아래 사진은 위의 사진에서 보듯 태양광 발전에서 89%(30.1A)의 전기가 공급되고, 가정용 전원에서 11% (3.6A)의 전기가  공급되고 있는 2013년 10월 25일 오전 11시 30분 현재, 구미지역의 하늘의 모습입니다.

일기예보상으로는  아주 약한 조개구름이 끼어 있는 정도의 "맑음(80% 쾌청)" 상태입니다.










(사진 7) 설명: 아래 사진은 2013년 10월 28일, 오후 3시 15분 구미시 구평동 지역의 하늘 모습입니다.

이때의 하늘은 일기예보상으로는 "흐림" 으로 구별되고, 구름이 90% 정도 끼어있는 모습을 볼 수 있습니다.









(사진 8) 설명: 아래 사진은 하늘이 (사진 7) 에서와 같이 90% 구름으로 덮여 있을때, 태양광 발전은 어떻게 되는지를 보여주고 있습니다.

이때, 태양광 발전은 오른쪽 미터가 지시하고 있듯 3A(전체 전력 공급량의 8.9%) 의 전류를 공급하고 있고, 왼쪽 미터에서 보듯 나머지 전기 31.3A (전체 전력 공급량의 91.1% )는 가정용 전기가 담담하고 있음을 볼 수 있습니다.

즉 본 시스템은 날씨가 쾌청한 날은 태양광 발전이 식물공장에서 필요한 전기의 대부분을 담당하고, 날씨가 흐린 날엔 태양광 발전이 약하므로 자동으로 가정용 전력이 전기 수요의 대부분을 담당하는 방식입니다. 









(사진 9) 아래는 이렇듯 낮에는 태양광 발전 전기를 주로 쓰는 컨테이너 타잎의 식물공장 내부 사진입니다. 

이 컨테이너 안에서는 딸기를 재배하고 있는데, 지금(2013년 10월 25일 현재) 막 개화기에 접어들어 꽃이 피어나기 시작하고 있는 모습입니다.









 

(사진 10) 아래 사진은 또 다른 예로, 태양광 발전 전기를 일부분 쓰고 있는 카스트 식물공장에서 LED 조명을 이용해 식물을 재배하고 있는 장면입니다.


카스트는 수경재배를 바탕으로 식물의 재배상을 8층으로 구성, 자연광(태양광)은 하나도 이용하지 않으면서 오직 인공광(LED 합성 조명)과 태양광 발전 전기를 함께  이용하여 식물을 재배하고 있습니다,

이 방법에 의해 상추는 재배상에 정식을 한 후 대략 20~25일 만에 수확을 하고 있습니다.








(사진 11) 아래 사진은 식물공장에서 자라고 있는 식물을 더 가까이에서 잡은 모습입니다.




위의 사진에서 보듯 LED 가 장착되어 있는 LED Bar 는 재배상에서 자라고 있는 식물의 20cm 쯤 위에 설치되어 있습니다.

KAST 에서는 작업의 편리성 등을 고려해 LED Bar 의 길이를 2m(1m , 0.5m)로 표준화 했습니다.

 2m 짜리 LED 바 1개는 40W, 1m 짜리는 20W, 0.5m 짜리는 10W 급에 해당됩니다.




식물공장은 규모가 커질수록  대용량 LED 조명설비가 따라가야 하므로, 미리부터 어떻게 LED 바의 설계와 전원회로를 구상해야 할지 가장 합리적인 방법을 찾아야 합니다.

그 방법에 따라 두고두고 운용상의 편리성과 에너지 절감의 이익을 얻는데 엄청난 차이가 나기 때문입니다.



2. KAST 의 식물공장용 조명장치의 특징


2-1. 조명과 전원 분리형

카스트의 식물공장용 LED 조명 설비는 분리형으로 제작됩니다.

이 말은 전원부(회사에 따라서는 SMPS 라고도 하고, 다른 곳에는 Power supply, 또는 PWM Power 라고도 한다.)와 LED 가 장착되어 있는 광원부가 따로 분리되어 있는 형태라는 뜻입니다.

 이렇듯 단순히 전원부와 광원부를 분리하는 것만으로도 식물공장에서는 약 15% 의 에너지 절약을 이룰 수가 있습니다.

또한, 전원부와 광원부(LED Bar 라고 함)를 분리시키면  전원회로가 따로 분리되어  있어서, 광원부에 고전압이 인가되지 않아 안전하기도 합니다.

 



(도면 2). 식물공장에서 전원부와 조명부가 분리되어 있는 구조. 식물공장 내부에는 조명부만 있고 전원부는 외부에 두어 전원부 발열이 식물공장 내부로 들어가지 않아 에어컨 설비가 직아도 되고 AC 220V 라인이 식물공장으로 들어가지 않아 안전합니다.

KAST의 식물공장용 LED 조명설비 시스템 모델 SF-6030 시리즈는 모두 이 방법으로 제작됩니다.







위의 (도면 2) 에서와 같이 분리형에서는 전원부는 식물공장의 외부에 있고, 식물공장 내부로는 DC 40~48V 로 변환된 안전한 전원이 공급됩니다.

이렇듯 전원부 분리방식은 아래와 같은 장점이 있습니다.

1, 안전하다 : 식물공장의 내부에는 많은 철물구조가 있고 많은 전선이 들어있는 구조인데다 습도가 높아 AC 220V 라인이 식물공장 내부에 들어오는 방식은 감전의 우려가 매우 높으나, 분리형 방식에서는 DC 저전압이 식물공장 내부로 인입되므로 전선이 비록 신체에 접촉되더라도 안전합니다.

2. 엄청난 에너지의 절약: 전원부에서 손실전력으로 발생되는 열이 식물공장 외부에 방출되므로 식물공장 내부의 냉방설비 용량을 대폭 줄일 수 있어 에너지 절감이 됩니다.

분리형이 아닌 경우 입력전력의 대략 10~15%가 열 손실로 식물공장 안에서 방출되기 때문입니다.

특히 전원부는 소형일때 열손실이 더 많아지는데, 전원부와 조명부 일체형인 소형의 경우에는 대략 15%의 열 손실이 전원부에서 발생하고, 그 열이 식물공장 내부에서 분산되므로 식물공장의 내부 온도를 높이게 되고, 이 열을 식물공장 외부로 방출하기 위한 에어컨의 설비 증설이 필요합니다.

예를 들어 식물공장 내부에서 쓰이는 조명용 전기 에너지가 20kW라고 하면, 그 중 3kW는 식물공장 내부에서 열손실로 방출되는데, 이 열을 식히기 위한 에어컨의 용량도 3 kW 급이 되어야 한다는 뜻입니다.

3, 친환경 에너지원과의 직결이 용이하다 : 분리형 방식에서는 태양광 발전, 풍력발전 등의 친환경 에너지원과의 직결이 쉽습니다. 그만큼 에너지도 절약됩니다.

4, 컴퓨터와 기타 외부 통신설비등과 연결, 제어가 쉽습니다. 그만큼 지능형 제어가 가능하므로 진정한 스마트 팜(Smart Farm) 운용이 가능합니다.



(도면 3) LED 조명부와 전원부가 일체형으로 되어있는 방식은 전원부에서 발생되는 열손실이 식물공장 내부에서 열로 분산되어 실내 온도를 높이게 되고, 이로 인한 열 방출을 위해 에어컨 설비용량과 사용전력이 크게 증가합니다.

뿐만 아니라 AC 220V 전원선이 식물공장 내부로 인입되어 감전의 위험이 있습니다.