KR20190035216A - 농생명용 기능성 Smart LED모듈 패키지 - Google Patents

농생명용 기능성 Smart LED모듈 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 광원 모듈 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표고버섯 재배를 위한 최적의 환경을 조성하기 위해 표고버섯의 접종단계, 발이유도단계 및 생육단계로 이어지는 성장 시기에 맞추어 시기별로 요구되는 최적의 LED 광을 제공할 수 있고, LED 모듈의 고장을 방지하여 사용 수명을 증대시키며, 해충을 제어할 수 있는 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 광원 모듈 패키지에 관한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지는 표고버섯의 성장을 위한 최적의 환경을 조성하고 불필요한 전력소비를 줄이며, 민달팽이 같은 해충이 접근하지 못하게 하여, 표고버섯이 잘 자랄 수 있게 하여, 최종적으로 좋은 등급의 표고버섯 비율을 늘리는 효과가 있다.
또한, 수분의 유입으로 인한 LED 모듈 패키지의 고장이나 수명 단축을 방지하는 하우징을 하고, LED 모듈 패키지에서 어느 특정 LED 소자 또는 특정 배선에서 장애가 발생하더라도 다른 LED 소자의 구동이 가능하도록 함으로써 LED 모듈 패키지의 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

표고버섯용 기능성 LED 광원 모듈 패키지{Shiitake Mushrooms growing LED illuminating device for smart farm}
본 발명은 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 광원 모듈 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표고버섯 재배를 위한 최적의 환경을 조성하기 위해 표고버섯의 접종단계, 발이유도단계 및 생육단계로 이어지는 성장 시기에 맞추어 시기별로 요구되는 최적의 LED 광을 제공할 수 있고, LED 모듈의 고장을 방지하여 사용 수명을 증대시키며, 해충을 제어할 수 있는 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 광원 모듈 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 각종 버섯 등과 같은 농작물을 재배하는데 있어서 온도와 습도, CO₂ 농도, 오염방지, 광 조사량 등이 중요한 관리 요인이다.
종래 대부분의 버섯 등과 같은 농작물 재배 방법에서는, 비닐하우스로 이루어진 재배사의 외부에 보온 덮개 등을 씌워 보온을 유지하고 있으나, 많은 열손실이 발생하여 효율적인 열관리가 어렵다. 또한, 내부온도를 해당 농작물이 요구하는 최적의 온도로 재배사 내부 어느 곳이나 일정하게 유지하여야 하나, 공조시설 등의 미비로 인하여 적정한 관리가 어렵다. 이에 최근에는 공조기와 이 공조기에 의해 조화된 공기를 재배사 내부로 취출하고, 재배사 내부를 순환한 공기를 다시 외부로 배출되도록 각종 덕트 설비를 설치하여, 실내 어느 곳이나 일정한 최적 온도를 유지하고 있다.
한편, 버섯을 포함한 각종 표고버섯 재배시 인공 광원을 이용하는 기술은 근래에 표고버섯공장 시스템 기술로서 응용되는 등 널리 연구되고 있다.
이에 더해, LED의 출현과 함께 현재 농업 분야에서도 또 다른 전환점을 맞이하고 있는 중인데, 기존의 조명은 넓은 파장대의 영역을 가지고 인간의 시각에 맞춰진 조명인데 반하여, LED는 발광 파장 비율과 강도 조절이 가능하므로 광합성에 필요한 파장과 광량을 제공할 수 있어 표고버섯 등 버섯 재배를 위한 조명을 용이하게 구현할 수 있다.
이와 같은 LED를 이용한 인공 조명기구를 사용하게 되면 화학 비료를 아예 사용하지 않거나 적게 사용하고, 광을 효과적으로 조사할 수 있어서 표고버섯의 성장을 조절하는 것이 가능하며, 또 해충을 방제하는 LED 광기술도 적용하여, 살충제 등 유해물질을 적게 사용하거나 아예 사용하지 않을 수 있으며, 기존 사용 중인 백열 전구에 비해서 80% 이상의 에너지를 절감할 수 있고, 오직 빛만 사용하므로 유해한 물질을 전혀 사용하지 않을 수 있어서, 친환경 제품으로 기후 변화에 관계없이 연중 무휴로 버섯 작물 생산이 가능하다.
버섯의 균사 발육은 온도에 따라 저온발육성(최적온도 22∼26℃, 최고 30℃), 고온발육성(최적온도 24∼32℃), 중간온도성(최적온도 22∼28℃, 최고 32℃)의 세 가지로 나눌 수 있는데, 표고버섯과 대밑검은버섯은 중간온도성의 성질을 가지고 있다. 또한 송이버섯, 흰목이버섯, 들버섯이나 표고버섯의 발생은, 습도가 낮아야 잘 발생한다.
버섯의 균사 발육 및 중요한 자실체의 발생에는 전술한 바와 같이 온도, 습도, 대기 등 환경조건과 영양분의 섭취 등이 크게 영향을 준다. 버섯의 종류에 따라 차이는 있으나 일반적으로 균사는 5∼40℃ 사이에서 발육하는데 20∼30℃가 적당하고, 자실체 형성에 적당한 온도는 10∼20℃의 저온이며, 습도는 균사발육기에는 공중습도 65∼80%가 적당하고, 자실체 발생에는 80∼95%의 습기와 많은 수분이 필요하다. 온도, 습도 및 이산화탄소농도, 광 등은 전술한 바와 같이 정상적인 버섯생장과 더불어 품질향상을 위해 주요 환경요인으로 냉,난방기 및 환기시설을 갖춘 공조시스템에 의해 이루어진다.
최근 원목재배 위주의 표고버섯 재배가 톱밥 배지 농가로 전환되어 늘어나는 상황인데, 연중 안정적 생산을 위해 공조시설을 이용한 재배기술 개발이 요구되는 실정이다. 그런데 이제까지는 버섯재배에 있어서 온도, 습도 및 이산화탄소에 대한 연구가 주를 이루고 있고, 광의 영향에 대한 연구는 주로 외국의 선행연구결과에 의존하고 있는 실정이다.
버섯의 생장에 광의 영향에 대한 연구로는, 담자균류에서는 자외선에 가까운 청색 광이 버섯의 원기형성이나 발육에 유효하고, 기타 균류의 균사와 포자에서는 카로티노이드 색소의 생성을 유도하며, 균류 종류에 따라서는 녹색, 황색, 오렌지색의 광이 유효하다는 보고가 있었다(버섯학회지, 2010). 일본의 경우 LED를 활용한 연구가 활발히 이루어져, 느티만가닥 버섯의 경우 자실체의 생육 기간 중 12일 동안 30 lux 가량의 LED광을 조사한 결과 청색LED에서 갓이 커지며, 갓 색이 짙어진다고 하고 있고, 장파장(적색광) 영역으로 갈수록 갓의 크기는 작아지며, 갓 색도 짙어진다고 보고하고 있다(Kengi etal, 2002). 또한, 청색 광에 의해 조절되는 맛 버섯의 유전자는 cdcs5 유전자이며, 형광등, 청색광, 적색광, 암조건에서 각각 7일간 생육시킨 결과 형광등 및 청색 광에서는 갓의 크기가 커졌고, 대의 신장은 억제되는 경향이며, 적색광과 암조건에서는 갓의 발달이 저조하고, 대가 신장하는 경향을 볼 수 있는 것으로 알려져 있다(Kaori 등, 2005).
이에 비해, 표고 버섯 재배 시 LED광의 영향에 대한 연구결과는 매우 미흡한 실정이며, 느타리버섯과 느티만가닥 버섯의 경우 청색LED에서, 큰 느타리 버섯의 경우 녹색LED에서 자실체 생육에 적합하다는 결과 정도만 보고되었다(장 등, 2010). 또한 종래 버섯작물 재배용 발광다이오드 조명기구 중 그 어느 것도 서로 다른 종류의 버섯을 동일 장소 및 공간에서 원활히 재배할 수 있도록 제조된 것도 없고, 버섯작물 재배용 발광다이오드 조명기구 자체의 호환성 및 사용성이 결여되며, 한정된 재배공간을 효율적으로 활용하는 고려도 없었다는 문제점이 있었다.
종래의 느타리 버섯 재배간 버섯 생육단계에서 형광등이나 LED 모듈을 이용한 광조사 과정이 이루어졌던 경험이 있으나, 형광등은 장시간의 광조사시 소비전력량이 높고, 엘이디 모듈에 비해 수명이 짧다는 단점이 있었고, LED 모듈은 형광등에 비해 전기 사용료를 절감하는 장점이 있으나, 느타리 버섯 생육실 내부의 높은 습도로 인해 모듈의 내구성이 저하되어 잦은 부품 교체의 원인이 되고, 느타리 버섯의 포자가 LED 모듈의 광원에 달라붙을 경우에는 모듈의 광조사 효율이 떨어져 느타리 버섯의 생육을 저하시키고, 버섯의 품질을 떨어뜨리는 문제가 발생하였다. 아울러, 종래의 LED 모듈은 느타리 버섯의 상단에 설치된 봉에 케이블 타이와 같은 결합용 끈으로 고정시켜야 하므로 설치가 번거롭고, LED 모듈의 고장시 모듈의 교체가 불편하다는 단점이 있었다.
LED는 적색, 청색, 녹색, 황색, 원적색 등 필요한 파장만을 방사하는 모듈을 사용하며, 형광등이나 백열전구와 같은 기존 광원에 비하여 전력소비가 적고 에너지효율이 높을 뿐만 아니라 수명이 매우 긴 장점을 가진다. 이러한 특성 때문에 표고버섯재배용 조명장치로 LED의 사용이 크게 기대되고 있고, 특히 대규모 시설재배단지에는 전력효율이 높은 LED 조명장치의 사용이 점차 확대될 것으로 예상되고 있다.
그러나, 종래의 버섯재배용 LED 조명장치에서는, 어떤 파장의 빛이 버섯의 재배에 어떤 영향을 미칠 것인지 알 수 없고, 어떤 주기로 빛을 조절해야 효과를 얻을 수 있는 지도 알 수 없고, 민달팽이 등 해충에 어떤 효과가 있는지도 알지 못하였다. 또한, 종래에는 다수의 LED 소자를 구비하는 LED 모듈 패키지의 경우에 직,병렬 구조의 연결이 됨으로써 어느 특정 LED 소자 또는 특정 배선에서 장애가 발생하게 되면 해당 배선의 모든 LED 소자가 동작 불능이 되는 문제점도 있었다. 이에 본 발명자들은, 표고버섯의 접종단계, 발이유도단계 및 생육단계로 이어지는 성장 시기에 맞추어 시기별로 요구되는 최적의 LED 광을 제공할 수 있고, LED 모듈의 고장을 방지하여 사용 수명을 증대시키며, 해충을 제어할 수 있는 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 광원 모듈 패키지를 만들어 표고버섯의 품질과 수확량을 늘릴 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 표고버섯의 성장주기와 표고버섯 재배자의 필요에 맞는, 따라서 LED 조명의 광량 과 파장을 조절할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다. 또한 특정한 LED 조명의 파장을 이용하여 해충이 표고버섯에 접근하지 못하도록 하는 것에도 목적이 있다.
또한, LED 모듈 패키지를 방수가 되도록 함으로써, 수분의 유입으로 인한 LED 모듈 패키지의 고장이나 수명 단축을 방지하고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, LED 모듈 패키지에서 어느 특정 LED 소자 또는 특정 배선에서 장애가 발생하더라도 다른 LED 소자의 구동이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LED 광원을 발광시켜 표고버섯을 재배하는 LED 모듈 패키지에 있어서, 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자를 구비하여, LED 광을 조사하는 LED 광원부 및 백색광과 청색광의 LED 소자 중 어느 LED 소자를 발광시킬지 선택하고, 각 LED 소자의 조도를 조절하는 역할을 하는 조명제어부(디머, Dimmer)를 포함하는 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지를 제공한다.
상기 청색광의 파장대역은 420 내지 470 nm일 수 있다.
광의 조도, 파장 및 색온도를 측정하는 광측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 광측정부는 표고버섯에 조사되는 광의 조도를 검출하는 조도검출부; 표고버섯에 조사되는 광의 파장을 검출하는 파장검출부; 및 표고버섯에 조사되는 광의 색온도를 검출하는 색온도검출부;를 포함할 수 있다.
상기 LED 광원부는 수분의 유입이 차단되는 투광성의 하우징으로 겉이 둘러싸일 수 있다.
상기 LED 광원부의 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자는, 수평으로 동일선상에 있는 경우 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 수직으로 동일선상에 있는 경우 서로 전기적으로 수직 연결되어 브릿지(Bridge) 회로 구조를 이룰 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지는 표고버섯의 성장을 위한 최적의 환경을 조성하고 불필요한 전력소비를 줄이며, 민달팽이 같은 해충이 접근하지 못하게 하여, 표고버섯이 잘 자랄 수 있게 하여, 최종적으로 좋은 등급의 표고버섯 비율을 늘리는 효과가 있다.
또한, 수분의 유입으로 인한 LED 모듈 패키지의 고장이나 수명 단축을 방지하는 하우징을 하고, LED 모듈 패키지에서 어느 특정 LED 소자 또는 특정 배선에서 장애가 발생하더라도 다른 LED 소자의 구동이 가능하도록 함으로써 LED 모듈 패키지의 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지의 정면도와 측면도, 그리고 LED 모듈 패키지끼리 서로 전선을로 이어진 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지의 개별 사진이다. 노란색 사각형이 LED 소자이며, 양 옆으로, 다른 ED 모듈 패키지로 연결되는 전선이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지들이 대량으로 서로 전선으로 이어져 있는 것을 찍은 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 공급하는 직류를 교류로부터 변환해서 공급하는, SMPS(Switching mode power supply)의 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지와 연결되어, 광의 조도, 파장, 색온도를 조절하는 조명제어부 역할을 하는 디머(Dimmer)의 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 대해, 실제 표고버섯 재배 효과를 보는 실험을 하는 현장 사진이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지가 실제 재배 하우스 내에 설치된 사진이다. 파랗고 하얀 광을 방출하는 LED 모듈 패키지의 모습을 확인할 수 있다.
본 발명은 LED 광원을 발광시켜 표고버섯을 재배하는 LED 모듈 패키지에 있어서, 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자를 구비하여, LED 광을 조사하는 LED 광원부 및 백색광과 청색광의 LED 소자 중 어느 LED 소자를 발광시킬지 선택하고, 각 LED 소자의 조도를 조절하는 역할을 하는 조명제어부(디머, Dimmer)를 포함하는 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지를 제공한다. 단, LED 광원부 상에, 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자가 다른 위치에 있어야 하는 것은 아니다, LED 광원부 상 동일 위치에 있으면서 선택적으로 조명제어부가 발광 여부와 조도 조절 여부를 셜정할 수 있다.
상기 청색광의 파장대역은 420 내지 470 nm인 것을 특징으로 한다. 일반적인 청색 LED의 광보다 좁은 영역의 파장대역을 나타낸다.
광의 조도, 파장 및 색온도를 측정하는 광측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광측정부는 표고버섯에 조사되는 광의 조도를 검출하는 조도검출부; 표고버섯에 조사되는 광의 파장을 검출하는 파장검출부; 및 표고버섯에 조사되는 광의 색온도를 검출하는 색온도검출부;를 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 광원부는 수분의 유입이 차단되는 투광성의 하우징으로 겉이 둘러싸이는 것을 특징으로 한다. 하우징 재료는 폴리카보네이트를 사용할 수 있다.
상기 LED 광원부의 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자는, 수평으로 동일선상에 있는 경우 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 수직으로 동일선상에 있는 경우 서로 전기적으로 수직 연결되어 브릿지(Bridge) 회로 구조를 이룰 수 있는 것을 특징으로 한다.
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 도면부호를 붙였다.
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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지는 스마트 팜(Smart farm)을 통해 표고버섯재배를 하는데 있어서, 표고버섯재배를 위한 최적의 환경을 조성하기 위해 표고버섯의 성장 시기와 표고버섯의 해충 퇴치 요구에 맞추어 시기별로 요구되는 최적의 광을 제공하는 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 LED 모듈 패키지의 고장을 방지하여 사용 수명을 증대시키고, 사용 효율을 증대시킬 수 있도록, 하우징으로 둘러싸인 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지를 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지는 LED 광원부(100), 백색광 LED 소자(110), 청색광 LED 소자(120), 광측정부(200), 조도검출부(210), 파장검출부(220), 색온도검출부(230), 조명 제어부(300)를 포함할 수 있다. 더욱 기본적인 요소만 뽑으면, LED 광원부(100), 백색광 LED 소자(110), 청색광 LED 소자(120), 조명 제어부(300)만으로 작동할 수 있다.
LED 광원부(100)는 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자(110)와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자(120)로 이루어져 LED 광을 조사할 수 있다.
여기에서, 상기 백색광(450 ~ 600nm 파장) LED 소자를 가질 수 있고, 상기 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자는 420~470nm의 파장을 가질 수 있다. 420~470nm의 파장은 좁은 대역폭이며, 추가로 이하 실험에서는 청색광의 파장대역을 460nm 부근으로 가능하면 집중하여 수행하였다.
또한, 상기 백색광의 LED 소자(110) 및 청색광의 LED 소자(120)는 조명 제어부(300)의 제어에 따라 동작되어 동시 또는 개별적으로 점등될 수 있다.
또한, LED 광원부(100)는 수분의 유입이 차단되는 투광성의 하우징이 구비될 수 있다. LED 소자 및 전기적으로 연결되는 접점부가 상기 하우징 내에서 밀폐되어 수분으로부터 차단됨으로써 수분으로 인한 고장을 예방할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지의 정면도와 측면도, 그리고 LED 모듈 패키지끼리 서로 전선으로 이어진 상태를 나타내는 도면이다. 위쪽 도면이 LED 모듈 패키지의 정면도이며, 이를 측면에서 바라본 측면도는 오른쪽에 도시되어 있다. 길쭉학고 납작한 형상으로 구현될 수도 있음을 알 수 있다. 양쪽 끝에는 전선이 연결되어 있어서, 아래 도면처럼 서로 이어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지의 개별 사진이다. 노란색 사각형이 백색광 또는 청색광이 발광하는 LED 소자가 있는 위치이며, 맥색광과 청색광 모두 발색이 가능하다. 양 옆으로는 다른 LED 모듈 패키지로 연결되는 전선이 보인다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지들이 대량으로 서로 전선으로 이어져 있는 것을 찍은 사진이다.
LED 광원부(100)에서 백색 또는 청색의 LED 소자(110, 120)는 도 2에서 도시된 바와 같이, 그리고 도 3에서 보이는 모습과 같이 수직으로 동일선상에 있는 상기 LED 소자들이 서로 전기적으로 수직으로 연결되는 직,병렬 연결 구조로 이루어질 수 있다. 또한, LED 광원부(100)에서 LED 소자는 수평으로 동일선상에 있는 LED 소자는 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 수직으로 동일선상에 있는 상기 LED 소자는 서로 전기적으로 수직 연결되어 브릿지(Bridge) 회로 구조로 이루어질 수 있다.
광측정부(200)는 표고버섯에 조사되는 광의 조도, 파장 및 색온도를 측정할 수 있다. 또한, 광측정부(200)는 표고버섯에 조사되는 광의 조도를 검출하는 조도검출부(210), 표고버섯에 조사되는 광의 파장을 검출하는 파장검출부(220) 및 표고버섯에 조사되는 광의 색온도를 검출하는 색온도검출부(230)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 공급하는 직류를 교류로부터 변환해서 공급하는, SMPS(Switching mode power supply)의 사진이다. 실제 재배하우스에서는 분전반에 위치해서 재배하우스 내로 직류전원을 공급하게 된다. 교류에서 직류로 변환하는 다른 기기로 대체할 수 있다.
조명 제어부(300)는 LED 광원부(100)를 제어할 수 장치이다. 구체적으로는 디머(Dimmer) 기기를 이용해서 구현될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지와 연결되어, 광의 조도, 파장, 색온도를 조절하는 조명제어부(300) 역할을 하는 디머(Dimmer)의 사진이다. 조명 제어부(300)는 기준값을 토대로 판단하여 표고버섯에 적정한 광이 조사되도록 LED 광원부(100)의 백색광 LED 소자(110)와 청색광 LED 소자(120)의 점등을 제어할 수 있다.
이에 대해 더 부가하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 LED 광원을 발광시켜 표고버섯을 재배하는 LED 모듈 패키지로서, 표고버섯을 위한 최적의 환경을 조성하기 위해 표고버섯의 성장 시기에 맞추어 시기별로 요구되는 최적의 광을 조명 제어부(300)를 통해 제공할 수 있고, LED 모듈 패키지의 고장을 방지하여 사용 수명을 증대시킬 수 있는 스마트 팜(Smart farm) 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 표고버섯에 조사되는 광의 파장과 조도, 색온도를 적절히 조절하고 면 표고버섯의 성장 및 생장이 활발해지도록 제어할 수가 있고, 이를 통해 높은 품질의 표고버섯 수량을 늘릴 수 있다다.
본 발명에 따른 일실시예로 백색광(450 ~ 600nm 파장)은 표고버섯의 생육을 촉진하는 효과가 있으며, 420~470nm의 파장을 갖는 청색광은 표고버섯의 해충인 민달팽이가 청색광을 싫어하기 때문에, 표고버섯 재배판 위로 올라오지 못하게 방해하는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지는 2700~3300K의 색온도를 사용하는 것이 바람직하다.
LED 광원부(100)는 450 ~ 600nm 파장을 갖는 백색광의 LED 소자(110)와 420~470nm의 파장을 갖는 청색광의 LED 소자(120)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 백색광의 LED 소자(110) 및 청색광의 LED 소자(120)는 조명 제어부(300)의 제어에 따라 동작되어 동시 또는 개별적으로 점등될 수 있다.
즉, 광측정부(200)에서 측정된 광의 조도, 파장 및 색온도를 토대로 하거나 독자적인 셋팅에 의해 작동하는 조명 제어부(300)에 따라 상기 백색광의 LED 소자(110) 및 청색광의 LED 소자(120)중에서 일부 또는 전부가 선택적으로 점등될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지는 표고버섯의 성장 필요에 따라서 LED 조명의 광량 및 광의 파장을 조절함으로써 표고버섯의 성장을 위한 최적의 환경을 조성하고 불필요한 전력소비를 줄이고 해충을 퇴치할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수분의 유입으로 인한 LED 모듈 패키지의 고장이나 수명 단축을 방지하고, LED 모듈 패키지에서 어느 특정 LED 소자 또는 특정 배선에서 장애가 발생하더라도 다른 LED 소자의 구동이 가능하도록 하기 위해, 하우징으로 둘러싸고, 개별 모듈 패키지의 다수 조합으로써 표고버섯 재배 효율을 증대시킬 수 있다. 하우징 재료는 폴리카보네이트를 사용할 수 있다.
실험예. 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지의 현장 효과
표고버섯 재배용 LED 모율 패키지의 실제 재배 현장에서의 효과를 알아보기 위해, 충청북도 괴산군의 한 표고버섯 재배 하우스에서 현장 실험을 하였다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지에 대해, 실제 표고버섯 재배 효과를 보는 실험을 하는 현장 사진이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지가 실제 재배 하우스 내에 설치된 사진이다. 파랗고 하얀 광을 방출하는 LED 모듈 패키지의 모습을 확인할 수 있다.
청색광과 백색광 모두 LED 소자로 조사하는 것이 가능한데, 따라서 어떤 비율로 청색광과 백색광을 점등할 것이냐가 문제되는데, 하나의 LED 광원부에 있는 3개의 LED 소자가 있는 노란색 구조물을 모두 한 가지 색으로 점등하여, "- 청청청 - 백백백 - (반복)"의 방식으로 배치를 하는 것이 가장 표고버섯의 생육에 좋은 효과를 나타내었다. LED 광원부에 있는 3개 LED 소자가 있는 노란색 구조물의 간격은 25mm이고, LED 모듈 패키지들 간의 간격은 150mm로 하였다.
청색 LED 광은, 재배하는 표고버섯의 생장에 가장 해로운 영향을 미치는 민달팽이가, 재배판에 올라오는 것을 막는 중요한 효과가 있다. 비록 청색 LED 소자(120)의 광으로 민달팽이가 죽는 것은 아니지만, 청색광이 비춰지는 환경에서는 민달팽이가 표고버섯이 자라는 재배판으로 올라오지 못하고, 청색광이 닿지 않는 하부나 그늘로 숨는 현상이 관찰되었다.
그 결과, 2개 동 재배하우스에서 표고버섯을 재배하며, 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지를 설치한 재배하우스와, 그렇지 않은 일반적 재배하우스의 표고버섯 산출 결과를 비교해 보았다.
일반적으로 하나의 재배하우스 동에서, 1500 내지 2000kg의 표고버섯이 일반적으로 수확되는데, 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지를 설치하여 청색광과 백색광을 조사한 경우, 1등급 표고버섯의 양이 1000kg까지 수확되었다. 이는, 기존의 방법으로 재배한 경우(보통 750킬로에 못미치게 1등급으로 분류되고, 이번 실험의 경우는 730킬로가 1등급 표고버섯으로 분류되었음)보다 1등급 표고버섯이 37% 가량 증가하여 큰 차이를 나타냈다. 해충인 민달팽이가 재배판으로 올라오지 못하고, 백색광으로 인해 성장에 양호한 환경이 지속되어서 1등급 표고버섯의 비율이 증가하였다고 판단된다. 민달팽이가 올라와서 자라면 표고버섯에 구멍이 뚫릭게 되고, 성장이 불규칙하게 되면 일부 색깔이 검은색으로 변하는 현상이 있는데 이를 방지하는 것이다.
청색 LED 광과 백색 LED 광의 비율과 광을 조사하는 방법은 더욱 발전할 수 있을 것이며, 그를 위한 기본 구성이 본 발명에서 모두 준비되었다. 예를 들어, 소등을 하는 시간에, 청색 LED광만 조사해도, 민달팽이의 침입을 막을 수 있고, 표고버섯의 생장주기에 딸라 그에 맞춰 백색 LED 광의 조명 시간을 변경할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100 : LED 광원부 110 : 백색광 LED 소자
120 : 청색광 LED 소자 200 : 광측정부
210 : 조도검출부 220 : 파장검출부
230 : 색온도검출부 300 : 조명 제어부

Claims (6)

  1. LED 광원을 발광시켜 표고버섯을 재배하는 LED 모듈 패키지에 있어서,
    백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자를 구비하여, LED 광을 조사하는 LED 광원부 및
    백색광과 청색광의 LED 소자 중 어느 LED 소자를 발광시킬지 선택하고, 각 LED 소자의 조도를 조절하는 역할을 하는 조명제어부(디머, Dimmer)를 포함하는 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 청색광의 파장대역은 420 내지 470 nm인 것을 특징으로 하는 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지.
  3. 제 1항에 있어서,
    광의 조도, 파장 및 색온도를 측정하는 광측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광측정부는
    표고버섯에 조사되는 광의 조도를 검출하는 조도검출부;
    표고버섯에 조사되는 광의 파장을 검출하는 파장검출부; 및
    표고버섯에 조사되는 광의 색온도를 검출하는 색온도검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 광원부는 수분의 유입이 차단되는 투광성의 하우징으로 겉이 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 광원부의 백색광의 파장대역을 갖는 LED 소자와 청색광의 파장대역을 갖는 LED 소자는, 수평으로 동일선상에 있는 경우 서로 전기적으로 병렬 연결되고, 수직으로 동일선상에 있는 경우 서로 전기적으로 수직 연결되어 브릿지(Bridge) 회로 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 표고버섯 재배용 LED 모듈 패키지.
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