The Glass Greenhouse's Lighting Simulation for Ginseng with Solar Cell and LED

태양전지와 LED를 이용한 인삼재배용 유리온실의 조도 시뮬레이션

Abstract

In this study, the Relux illumination program was used to simulate the optimal lighting design for a glass greenhouse with Si and DSSC solar-cells and LEDs. The results of the daylight simulation show that the optimum conditions were a structure angle of 90o and higher transmittance. The results of the illumination simulation produced a power consumption effect of 5.6 kwh in the summer (42[%] energy savings compared to full LED control) and 7.8 kwh in the winter (58[%] energy savings compared to full LED control). The results suggest that ginseng should be grown in an energy-saving glass greenhouse.

본 연구에서는 Si 및 DSSC의 태양 전지와 LED를 활용하여 제작될 유리 온실을 제작하기 전에 조명시뮬레이션 프로그램인 리룩스를 활용하여 최적의 유리 온실 설계 조건을 찾고자 진행 되었다. 천장의 투과율 15%과 측면의 투과율 40%을 기준으로 한 태양 전지가 다르게 설치되는 점을 감안하여 자연광에 따른 조명 시뮬레이션을 한 결과에 의하면, 유리 온실 건축물은 설계시 태양의 궤도에 대해 90도(북남방향) 배향 설계하는 것이 자연광을 가장 효과적으로 활용 할 수 있는 것을 확인하였고, 유리 온실내의 최적의 식물 성장을 위하여 자연광 조건을 고려한 시간별 인공 광원의 제어를 하는 경우 최대 에너지 절감은 하지인 경우 5.6 kwh (LED 제어 전 대비 42% 수준), 동지인 경우 7.8 kwh (LED 제어 전 대비 58% 수준)의 에너지 절감이 가능하며 광보상점 이상의 최적의 광특성 조건에서 인삼 재배가 가능함을 확인하였다.

Fig. 1. The structures of glass greenhouse in simulation

Fig. 2. The illumination simulation of glass greenhouse

Fig. 5. The average illumination with greenhouse angle

Fig. 6. The optimal angle about the greenhouse

Fig. 7. The illumination with seasons and times

Fig. 8. The illumination with daylight (10 o’clock)

Table 1. The simulation conditions

Table 2. simulation condition of artifical light

Table 3. simulation condition of artifical light

Fig. 4. The minimum illumination with greenhouse angle about 4-seasons

Table 4. The illlumination simulation with LED

Table 5. LED lighting simulation with seasons and time

Table 6. LED lighting control with seasons and time

Table 7. LED lighting optimal simulation with seasons and time