KR20200049206A - 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템에 있어서,
a) 일사량에 비례하여 전력을 생산하는 태양전지패널;
b) 생산된 전력을 저장하는 축전지를 포함하는 제어장치;
c) 상기 생성된 전력 또는 축전기로 가동되는 수중펌프;
d) 하나 이상의 수위 센서를 포함하는 물탱크; 및
e) 수위를 감지하는 센서에 의해 온-오프(on-off)되는 솔벨브;
를 포함하는 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템이 개시된다.
상기와 같이 제공되는 무동력 일사 비례제어 자동 관수 시스템은 태양광 발전 기술을 사용함으로써, 관수를 위한 별도의 동력원이 요구되지 않고, 발전량의 분석을 통하여 관리되는 밭의 증산량을 적산일사 값으로 산출하여 자동적으로 관수시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템{Radiation proportional control automatic irrigation systems}
본 발명은 일사량에 비례하여 전력을 발생시키는 태양전지를 이용한, 무동력 일사 비례제어 자동 관수 시스템에 관한 것이다.
작물 재배에 있어서, 토양수분, 일사량, 타이머 등을 이용한 관수 제어 기술들이 많이 제안되고 있다.
관수량을 제어하기 위한 기술로서는, 예를 들어, 시간제어법, 일사량제어법, 배액전극제어법, 수분장력법, 수분함량센서법, 배지중량법 등을 이용 할 수 있으나, 현장에서 시간제어법과 일사량제어법, 수분함량센서법 등이 많이 사용된다. 특히, 일사량 센서를 이용하여 계절별 태양광의 강도를 기준으로, 작물은 광강도에 비례하여 증산한다는 일반적인 이론에 근거하여 많은 유리온실과 연동의 대규모 온실에서 일사량제어법을 이용하여 관수시점과 관수량을 결정하여 사용하고 있다.
그러나, 일사량을 제어하기 위해서는 일사센서가 존재하여야 하며, 일사센서를 이용하여 그 적산값을 이용하여 관수시점과 관수량을 결정하는 스마트팜의 경우에도, 비싼 일사계를 사용하고, 계측기에 연결하고 그 값을 받아서 구동기에 신호를 줄 수 있는 복합환경제어 시스템은 비용이 많이 드는 단점이 존재한다.
한편, 관수를 제어하는 기술로서, 우기 때 내리는 빗물을 활용하기 위하여, 내리는 빗물을 직접적으로 수집하고, 건기와 같은 시기에 배출하여 토양에 수분을 공급하는 다양한 기술이 개발되고 있다.
예컨대, 대한민국 등록특허 제10-1881491호 "태양광 자동 관개 시스템을 갖춘 조립식 물탱크" 는 빗물을 저장하는 저장공간을 분할하고, 상측에는 각 분할된 공간마다 내리는 빗물을 효과적으로 투과할 수 있는 형태의 인입부를 제공하며, 하나 이상의 저장소를 다수 연결하여 서로 내통되도록 구성함에 따라 빗물의 저장공간을 확장 또는 축소 가능하게 구성되며, 태양광 에너지로부터 전력 생산이 가능한 주간은 물론, 야간에도 천연전력을 이용하여 관수용 모터 펌프를 구동시키는 기능을 가진 기술이다.
그러나, 상기 종래 기술은 적산일사값이나, 증산량 등에 대해서는 고려하지 않고, 대상 토양에 별도의 토양 수분 측정 센서를 구비하여, 이를 기준으로 관수 시스템이 작동되는바, 대상 토양의 위치 또는 깊이에 따라 수분이 상이하고, 다수의 수분 측정 센서를 필요로 한다는 점에서, 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 별도의 다수 센서 및 비싼 일사센서가 필요하지 않으면서, 관수에 사용되는 모터의 작동을 태양전지에서 발전된 전기량의 누적 발전량을 모니터링하고 그 발전량의 비례에 따라서 관수량을 결정하며, 하루 중 발전량에 따라서 관수량과 관수횟수를 조정할 수 있는 시스템으로, 무전력 조건인 야외 밭에서 발전량(일사량)의 누적값에 따른 자동관수를 할 수 있는 것과 배터리를 3년에 1회 정도 교환으로 전력소모를 최소화 시킬 수 있는 관점에서, 본 발명을 고안하기에 이르렀다.
대한민국 등록특허 제10-1881491호
본 발명은 적산일사 값에 비례하여, 밭에 자동 관수할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 적산일사 값 산출과 자동 관수 제어를 태양전지 패널을 포함하는 제어부를 사용하여 수행하는 무동력 일사 비례제어 자동관수 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에서,
무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템에 있어서,
a) 일사량에 비례하여 전력을 생산하는 태양전지패널;
b) 생산된 전력을 저장하는 축전지를 포함하는 제어장치;
c) 상기 생성된 전력으로 가동되는 수중펌프;
d) 하나 이상의 수위 센서를 포함하는 물탱크; 및
e) 수위를 감지하는 센서에 의해 온-오프(on-off)되는 솔벨브;
를 포함하는 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서,
상기 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템을 이용한 작물 전용 자동 관수 방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따라 제공되는 자동관수 시스템은 비싼 일사계 및 다수의 센서를 사용하지 않고, 태양광 발전 기술을 사용함으로써, 관수를 위한 별도의 동력원이 요구되지 않고, 발전량의 분석을 통하여 관리되는 밭의 증산량을 적산일사 값으로 산출하여 자동적으로 관수할 수 있다는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 일사비례 제어 자동관수 시스템을 나타낸 것이다.
이하, 본원에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 실시예 및 도면을 통해 본 발명의 기술적 사상이 명확하게 이해될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.
밭 작물 등에 공급되는 물은 토양수분함량 또는 식물의 증산량에 비례하여 제공될 수 있으나, 토양수분함량 측정 센서는 토성, 지하수위, 유기물함량 등에 따라서 달라지는 특성이 있지만, 식물의 증산량은 적산 일사값에 비례한다. 한편, 태양전지패널은 이러한 일사량에 비례하여 전력을 생산하게 되는바, 상기와 같은 원리를 활용하여 작물에 자동적으로 물을 공급할 수 있는 하기와 같은 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서,
무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템에 있어서,
a) 일사량에 비례하여 전력을 생산하는 태양전지패널;
b) 생산된 전력을 저장하는 축전지(배터리)를 포함하는 제어장치;
c) 상기 생성된 전력 또는 축전지로 가동되는 수중펌프;
d) 하나 이상의 수위 센서를 포함하는 물탱크; 및
e) 수위를 감지하는 센서에 의해 온-오프(on-off)되는 솔벨브;
를 포함하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템이 제공된다.
상기 태양전지패널은 일사량에 비례하여 전력을 생산할 수 있는 것으로서, 패널로부터 생성되는 전력을 이용하여, 수중펌프로부터 충분한 양의 물을 물탱크로 공급할 수 있을 전력을 생산할 수 있을 정도이면, 상기 태양전지 패널의 크기 및 개수는 크게 한정되지 않는다. 따라서, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자라면, 설치에 따른 경제성 및 효율성 등을 고려하였을 때, 적정 크기 및 개수를 고려하여 설치할 수 있다.
아울러, 상기 제어장치는 축전지(배터리)를 포함할 수 있으며, 상기 축전지는 태양전지패널로부터 생성된 전력을 저장할 수 있는 태양광 전력저장용 배터리일 수 있다.
또한, 상기 제어장치는 저장되는 전력을 통해 발전량을 계측할 수 있으며, 태양전지패널의 발전량을 감지하여, 설정된 발전량 값에 도달하게 되는 경우, 펌프에 DC(Direct Current) 신호를 보내어, 수중펌프의 작동을 제어할 수 있다. 상기 계측된 발전량에 따라 수중펌프의 작동 시간 등이 결정될 수 있다.
또한, 상기 제어장치에 포함되는 축전지는 12V 또는 24V 의 축전지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 제어장치는 물탱크의 수위 센서의 신호를 받아들여, 솔벨브로 이에 대응하는 신호를 보내는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 수위 센서는 하나 이상의 수위 센서를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 2 개 이상의 센서, 특히, 만수위 센서 및 저수위 센서를 포함할 수 있다.
상기 수위 센서가 만수위 센서 및 저수위 센서를 포함하는 경우에는, 상기 만수위 센서는 저수위 센서보다 높은 곳에 위치하는 것이 바람직하고, 만수위 센서 및 저수위 센서의 위치 차이의 정도는 물탱크의 크기 및/또는 작물 종류에 따른 관수하고자 하는 물의 양에 따라 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
특히, 상기 만수위 센서는 물탱크의 상부 부분에 위치하여, 수중펌프에 의해 물탱크의 수위가 상승하여 만수위 센서에 의해 감지되면, 제어장치로 신호를 전달하고, 제어장치에 의해 솔벨브가 열리게(on) 되어 관수가 일어나게 된다.
반면, 일정시간 동안 관수가 일어나게 되면, 물탱크의 수위는 점차 낮아지게 되며, 수위가 저수위 센서의 위치보다 같거나 낮아지게 되는 경우, 저수위 센서에 의해 제어장치로 신호를 전달하여, 제어장치에 의해 솔벨브가 닫히게(off) 되어 더 이상 관수가 일어나지 않게 된다.
한편, 상기 자동 관수시스템에 포함되는 물탱크는 수중펌프 및 솔벨브로부터 일정 높이 이상 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로는 물탱크 내 물의 위치에너지를 이용하여 작물에 공급하기 위함이며, 바람직하게는 중력관수로 활용하기 위함이다. 상기 물탱크의 높이는 크게 제한되는 것은 아니나, 태양전지패널에 의해 생성된 전력으로 작동하는 수중펌프에 의해 물탱크에 도달할 수 있는 높이이면 충분하며, 전력량 및 관수 규모 등을 고려하여 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 1m 이상, 1,5m 이상, 2m 이상, 3m 이상 또는 5m 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서,
상기 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템은 상기 a) 내지 e) 구성 이외에도, 유량계를 더 포함할 수 있다. 상기 유량계는 관수되는 양을 측정하기 위한 것으로서, 적산일사 값 및 이로부터 계산된 증산량에 따라 작물 등에 제공되는 물의 양을 조절하기 위해 활용될 수 있다. 이러한 유량계는 솔벨브 다음에 위치하여 점적 호스로 관수되는 양을 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템은 여과기를 더 포함할 수 있다. 상기 여과기는 수중펌프와 물탱크 사이에 위치할 수 있으며, 자동 관수시스템이 중력에 의한 점적 관수 시스템에 해당되는 경우 바람직하게 요구된다.
또한, 상기 자동 관수시스템은 수중펌프 외부에 케이스를 배치시켜, 수중펌프가 케이스 안에 포함되는 형태를 가질 수 있다.
이는 수중펌프에 제공되는 물에 존재하는 이물질 등을 제거하여, 물탱크에 저장되는 물 및 최종적으로 작물에 제공되는 물을 정화하기 위함이며, 앞서 기술한 여과기와 유사한 역할을 담당한다.
상기 케이스는 일례로는, 분리막 또는 필터일 수 있으며, 그 종류로는 크게 제한되지는 않으나, 역삼투막(RO), NF 분리막, UF 분리막, MF 분리막, 필터 등일 수 있고, 유사한 역할을 담당하는 상기 케이스와와 여과기는, 케이스 단독, 여과기 단독, 또는 케이스와 여과기를 모두 선택하여 활용할 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 자동 관수시스템에서 작물 등에 공급되는 물은 작물에 해가 되지 않은 수원(水源)이면 그 종류가 제한되지 않으며, 예를 들어, 팜폰드(farm pond), 농업용수, 지표수, 지하수 등으로부터 선택될 수 있고, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 상기 기술한 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템은 태양광 전력에 의해 자동으로 실시될 수 있으며, 나아가 상기 시스템을 스마트폰 앱과 연동하여, 현재 물탱크의 상황 등을 실시간으로 확인하여, 스마트폰에서 수동으로 상기 솔벨브(전자벨브)를 온-오프(on-off)시켜 관수 작동을 제어할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에서는,
상기 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템을 이용한 작물 전용 자동 관수 방법이 제공된다.
상기와 같은 태양광 발전 기술을 사용함으로써, 비싼 일사계 및 다수의 센서를 사용하지 않고, 관수를 위한 별도의 동력원이 요구되지 않으며, 발전량의 분석을 통하여 관리되는 밭의 증산량을 적산일사 값으로 산출하여 자동적으로 관수시킬 수 있다는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 명확히 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 태양전지패널
2 : 만수위 센서
3 : 저수위 센서
4 : 여과기
5 : 수중펌프
6 : 제어장치
7 : 물탱크
8 : 유량계
9 : 솔벨브

Claims (15)

  1. 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템에 있어서,
    a) 일사량에 비례하여 전력을 생산하는 태양전지패널;
    b) 생산된 전력을 저장하는 축전지를 포함하는 제어장치;
    c) 상기 생성된 전력 또는 축전지로 가동되는 수중펌프;
    d) 하나 이상의 수위 센서를 포함하는 물탱크; 및
    e) 수위를 감지하는 센서에 의해 온-오프(on-off)되는 솔벨브;
    를 포함하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    관수되는 양을 측정하는 유량계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수중펌프와 물탱크 사이에 여과기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관수는 점적 관수이며 점적 호스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 축전지는 태양광 전력저장용 배터리이며, 상기 태양전지패널에서 생산된 발전량을 계측하는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는
    i) 태양전지패널의 발전량을 감지하고, 설정된 발전량 값에 도달하면 펌프에 DC(Direct Current) 신호를 보내거나,
    ii) 물탱크의 수위 센서의 신호를 받아들여, 솔벨브로 이에 대응하는 신호를 보내는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수중펌프가 케이스 안에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 케이스는 수중펌프에 공급되는 물을 정화하기 위한 케이스인 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 물탱크는 수중펌프 및 솔벨브로부터 1m 이상 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 물탱크는 만수위 센서 및 저수위 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 만수위 센서는 물탱크의 물이 만수위 센서에 의해 감지되면 제어장치에 의해 솔벨브가 열리게(on) 되어 관수가 일어나는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 저수위 센서는 물탱크의 물이 저수위 센서에 의해 감지되지 않으면 제어장치에 의해 솔벨브가 닫히게(off) 되어 관수가 일어나지 않는 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    공급되는 물은 팜폰드(farm pond), 농업용수, 지표수, 지하수 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템.
  14. 제1항에 기재된 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템을 이용한 작물 전용 자동 관수 방법.
  15. 스마트폰 앱을 이용하여 제1항에 기재된 무동력 일사 비례제어 자동 관수시스템을 자동 또는 수동으로 조절하는 스마트 관리 시스템.
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