• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5570-5575
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• 2013

이 연구에서는 산 학 연 전문가들을 대상으로 향후 국내 식물공장 시스템의 활성화를 위한 발전방향의 우선순위를 도출하고 부문별 중요도를 분석하였다. 분석결과에 따르면, 식물공장 발전을 위해서는 최우선적으로 경제성이 확보되어야 한다. 경제성을 확보하기 위해서는 계약재배에 의한 주년생산을 통해 판로확보와 출하시기 조절이 요구되며, 기술개발 R&D 부문에서는 LED, 형광등 등 광원 및 조명기술이 중요한 것으로 나타났다. 한편, 정책 및 제도개선 부문에서는 무엇보다 소비자 인식 전환이 이루어져야 하며 그 다음 설비 투자 지원정책이 뒷받침되어야 한다. 식물공장의 정착을 위해서는 전후방 산업을 중심으로 인프라가 구축되어야 하며 기술개발과 지원정책을 통해 설치 운영비 절감이 이루어져야 한다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제39권2호
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• pp.87-95
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• 2014

Purpose: The purpose of this study was to design a variable frequency LED light system for plant factory which combined red, blue, green, white, and UV lights and controlled the ratio of the light wavelength. In addition, this study evaluated the performance of each combination of LED to verify the applicability. Methods: Four combinations of LED (i.e. Red+Blue, Red+Blue+Green, Red+Blue+White, Red+Blue+UV) were designed using five types of LED. The system was designed to control the duty ratio of each wavelength of LED by 1% interval from 0~100%, the pulse by 1Hz interval from 1~20kHz. Response characteristics of the control system, spectral distribution of each combination, light uniformity and uniformity ratio were measured to test the performance of the system. Results: Clean waveforms were measured from 10Hz to 10kHz regardless of duty ratio. Frequency distortion was observed within 5% of inflection point at frequencies above 10kHz regardless of duty ratio, but it was judged negligible. Spectra showed a normal distribution, and maximum PPF with duty ratio of 100% was $271.4{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ for the Red+Blue combination. PPF of the Red+Blue+Green combination was $258.9{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, and that of the Red+Blue+White combination was $273.9{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. PPF of the Red+Blue+UV combination was $267.7{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. Uniformity ratio for the area excepting border showed 0.90 for the Red+Blue and Red+Blue+White combinations, 0.87 for the Red+Blue+Green combination, and 0.88 for the Red+Blue+UV combination. The light was irradiated evenly at the area excepting border, so it was suitable for plant growing. Conclusions: From the results of this study, response characteristics of the control system, spectral distribution of each combination, light uniformity and uniformity ratio were suitable for applying into the plant factory.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.959-964
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• 2018

본 연구에서는 LED 광시스템과 식물생장제어시스템을 연계하여 센서를 이용하여 식물환경을 제어 가능한 모니터링시스템에 대한 연구이다. 시스템의 성능을 검증하기 위해 에너지효율, data 전송률, 광량제어 특성에 대한 실험을 실시하였다. 실험한 결과 에너지 효율은 80%이상, 무선통신속도가 1Mb/sec이고 광량제어를 5단계이상 조절 가능함으로써 만족한 결과를 얻었다. 제안된 시스템은 LED 식물공장설비에 적용가능하며, 향후 상용화를 위해서는 생산효율 및 노동비 절감을 위한 자동시스템을 구성하여 농업 자동화설비에 기여할 것이다.

• 한국자원식물학회:학술대회논문집
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• 한국자원식물학회 2019년도 추계학술대회
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• pp.7-7
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• 2019

우리나라에서의 대마는 마약류로 분류되어 기호용과 의료용 모두 법적인 제재를 받아왔으나 최근에 의료용 대마가 법적으로 허용이 되어 환자들에게 처방 받을 수 있게 되었다. 하지만 우리나라 사람들에게 대마는 환각성분을 가진 마약류로 깊이 인식되어 왔으며 의료용 대마에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 노지재배에서 발생할 수 있는 범죄의 위험성, 자연교배에 의한 품질저하를 피할 수 있으며 재배조건(양액, 광조건, 광주기, 대기환경조성) 등을 제어할 수 있는 밀폐형 LED 식물공장은 의료용 대마 생산에 제일 적합한 모델이 될 수 있다. 식물체의 광합성은 가시광선 중 특정 파장 450nm 청색광과 660nm 적생광을 주로 이용하며 'LED (Light Emitting Diode) 발광다이오드'는 식물체의 광합성에 적합한 파장으로 광원을 조사할 수 있는 장점이 있다. 이러한 LED를 이용한 광합성은 식물체의 2차 대사물질 Anthocyanins, phenolic compounds 등의 향상과 생육에도 긍정적인 영향을 미치며 식물 뿐만 아니라 광합성을 하는 미세조류(micro algae)에서도 이용이 가능하며 해마토 코쿠스(Hematococcus)의 세포증식과 항산화물질 아스타잔틴(astaxathin)생산에 유용하게 쓰이고 있다. 최근 미국과 다른 나라에서도 기호용, 의료용 대마사업에 대한 관심이 높아지고 있으며 캐나다와 미국에서는 밀폐형 유리온실과 식물공장을 이용한 의료용 대마를 생산, 추출, 가공까지 하여 산업적인 영역을 넓히고 있는 실정이다. 특히, 실내재배에서는 광원이 필수적인 요소이며 식물생육에 선택적인 파장을 조사할 수 있는 LED와 재배조건을 정밀하게 제어할 수 있는 밀폐형 식물공장을 이용한 의료용 대마 생산에 대한 연구가 절실히 필요한 시점이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2013년도 춘계학술대회
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• pp.845-848
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• 2013

오늘날 국내외적으로 심각한 기후변화로 인하여 안정적인 식량 확보를 위한 수단으로써, 1년 내내 계획적 식물재배가 가능한 공장형 식물공장의 필요성이 크게 증대 되고 있다. 또한, 도시 내 빌딩에서도 설치 운영 가능한 식물공장은 단위 면적당 생산성을 크게 향상 시키며, 유통 비용 절감과 제품신선도를 유지할 수 있는 장점을 갖는다. 이런 빌딩형태의 식물공장에는 태양광을 대신하는 인공조명이 필수적이다. 식물 공장용 인공광원으로 요즘, 에너지 효율이 높고 재배 식물에 적합한 최적의 파장을 선택적으로 공급 할 수 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명이 각광 받고 있다. 본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크를 기반으로 원격에서 재배 식물에 최적인 환경을 제공하기 위한 시스템에 대해 기술하였다. LED 조명과 $CO_2$, $O_2$, 온도, 습도, 조도센서, 색상센서들은 설치 및 유지 보수가 쉽도록 지그비(ZigBee) 네트워크로 구성하였으며, 이더넷 게이트웨이를 통해 인터넷에 연결되도록 하였다. 또한 식물 공장은 특성상 좁은 실내 환경에 많은 수의 LED 조명들이 밀집되어 설치 운영된다. 이런 운영 환경을 감안하여 LED 제어를 위한 데이터의 송수신에는 유선과 무선 네트워크를 혼용함으로써 무선 노드들의 데이터 전송 트래픽 부담을 줄일 수 있도록 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.304-311
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• 2020

본 연구는 식물공장 요소 기술의 표준화를 위하여 LED 광원의 광강도에 따른 식물의 성장변화와 최적 LED 광강도 범위를 확인하였다. 1400 lx와 1600 lx 영역에서 비교적 안정적인 성장을 확인하였고 광강도 증가에 따라 성장과 둔화가 반복되며 성장을 지속하지만, 잎의 성장이 없으면 웃자라는 현상과 함께 성장은 둔화하는 것이 확인되었다. 400 lx에서 800 lx까지의 성장 특징은 실험 기간 어느 정도 성장이 지속하였지만, 웃자라는 현상은 7일까지 유지되었고, 잎이 성장하지 않아 일간 평균 성장차가 현저히 낮아진다는 것을 확인하였다. 1,000 lx에서 1,400 lx까지의 성장은 광강도가 높아짐에 따라 잎의 성장과 일별 성장이 확인되었고 성장증가와 성장둔화가 반복되는 것이 확인되었다. 1,600 lx와 1,800 lx는 1,400 lx 영역과 유사한 성장을 보였지만, 잎의 성장은 높았다. 그러나 1,800 lx에서는 1,400 lx보다 높은 성장을 보였고, 시간 경과에 따라 성장이 둔화하는 것이 확인되었다. 또한, 광강도가 강할수록 광원으로부터 발산되는 열로 인하여 식물 주변의 온도상승이 수반되어 잎의 열화현상이 발생한다. 이러한 실험 결과를 토대로 식물의 성장에 따른 재배 트레이의 공간설정과 재배용 광원과의 거리 조절이 필요하며, 광원의 최대강도 사용에 따른 재배공간의 능동적인 공기조화 계획이 필요하다.

• 한국통신학회논문지
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• 제36권11B호
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• pp.1394-1402
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• 2011

본 논문은 포물 반사경 방식 및 프레넬 렌즈 방식을 이용한 태양광 집광장치 및 이의 응용에 관한 것이다. 본 시스템은 대구경 반사경과 더불어 2차 광학계를 도입하여 광섬유로 입사되는 빛의 입사각을 광섬유의 개구수보다 작게 함으로써 집광효율을 극대화하였다. 또한 광섬유 단면에 입사하는 빛의 에너지 밀도를 낮게 하기 위해 광섬유 다발 직경 크기와 동일한 평행광이 광섬유로 입사되게 함으로써 반사경을 사용한 집광 시 문제가 되는 열발생 문제를 별도의 냉각장치 없이 근원적으로 차단하였다. 최근 각광받고 있는 식물공장에 주로 쓰이는 LED와 같은 인공광원 대신 본 연구에서 개발한 태양광 집광장치를 식물공장에 적용하여 인공조명과 태양광의 혼합조명장치를 통해 식물을 재배하였다. 그 결과 낮 시간대에 인공조명에 소요되는 전기에너지를 대폭 절감할 수 있었다. 혼합조명장치에서는 조도센서를 활용하여 항상 일정량의 빛이 식물에 제공되도록 LED등의 밝기를 조절하였다. 하루 10시간 기준으로 100형 규모의 식물공장에 태양광 채광시스템을 적용할 경우 한 달에 약 28,080KWh의 에너지 절감효과가 있다.

• 한국환경농학회지
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• 제40권4호
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• pp.270-278
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• 2021

BACKGROUND: Horticultural plant growth under field and/or greenhouse conditions is affected by the climate changes (e.g., temperature, humidity, and rainfall). Therefore investigation of hydroponics on field horticultural crops is necessary for year-round production of the plants regardless of external environment changes under plant factory system with artificial light sources. METHODS AND RESULTS: Common sage (Salvia plebeia), nasturtium (Tropaeolum majus), and hooker chive (Allium hookeri) plants were hydroponically culturing in the plant factory with blue-red-white LEDs (Light-Emitting Diodes) and fluorescent lights (FLs). Leaf numbers of common sage under mixture LED and FL treatments were 134% and 98% greater, respectively than those in the greenhouse condition. In hooker chives, unfolded leaf numbers were 35% greater under the artificial lights and leaf elongation was inhibited by the conventional sunlight compared to the artificial light treatments. Absorption pattern of NO₃-N composition in hydroponic solution was not affected by the different light qualities. CONCLUSION(S): Plant factory system with different light qualities could be applied for fresh-leaf production of common sage, nasturtium, and hooker chive plants culturing under field and/or greenhouse. Controlled light qualities in the system resulted in significantly higher hydroponic growth of the plants comparing to conventional greenhouse condition in present.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.1474-1479
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• 2012

회전형 스마트 조명 제어시스템은 작물 재식판에 위치한 작물들에게 필요한 광을 회전하며 공급하는 시스템이다. 기존 식물공장은 무수히 많이 설치되는 LED와 형광등과 같은 조명장치에 따라 고가의 초기 조명 시스템 설치비용이 발생 된다. 이에 본 논문은 비교적 적은 양으로 설치된 조명장치를 회전시키는 시스템을 개발하였으며, 식물이 생장하는데 필요한 광량과 광속, 광양자속 밀도(PPFD)를 계산하였다. 조명 시뮬레이션 프로그램 Relux와 시제품을 이용한 실험을 통하여 조명 모듈의 각도 변화와 블레이드의 회전속도 변화에 따른 측정 영역에서의 광량의 차이를 비교하고 분석하였다.

• 한국환경농학회지
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• 제38권4호
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• pp.225-236
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• 2019

인공광 식물공장에서는 작물을 생산하기 위하여 일반적으로 화학비료 유래 무기성분을 포함하는 배양액을 시용하여 수경재배한다. 본 연구에서는 광질이 상이한 식물공장에서 관행의 무기배양액 일부 또는 전량을 유기배양액으로 대체할 수 있는 폐기 농업부산물 유래 유기배양액을 시용하여 수경재배하고 작물의 생장에 미치는 영향을 검토하였다. 청색, 적색 및 백색 LED를 1:2:1의 비율로 혼합한 혼합LED 및 관행의 형광등 조사 조건에서 적치마와 청치마 상추 실생묘를 35일간 수경재배한 결과, 적치마와 청치마 상추의 생체중 및 전개엽수 증가는 형광등을 조사한 Y구에서 통계적으로 유의하게 증가하였다. 그러나 유·무기 혼합배양액 처리구인 YK 및 YTJ에서는 오히려 혼합LED 조사구에서 증가하였다. 유기배양액 단용 또는 유·무기 혼합배양액 처리시 엽내 SPAD치는 두 실생묘 모두 Y구와 유사하거나 증가하는 경향을 나타내었다. 관행의 무기배양액인 Y구에서 배양액내 구성성분 중 가장 많은 양을 차지하고 있는 무기성분인 NO₃-N은 재배 개시일에 약 97 mg/L으로, 적치마와 청치마 상추 실생묘에서 모두 재배기간이 경과함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 적치마의 경우 재배종료시 각 처리구별 NO₃-N 농도는 형광등 조사시 약 29 mg/L, 혼합LED 조사시 24 mg/L였으며, 청치마의 경우 형광등 조사시 약 26 mg/L, 혼합LED 조사시 47 mg/L로, 초기 투입량 대비 25~48% 정도의 양이 재배종료시까지 흡수되지 않고 남아 있었다. 재배개시일 NH₃-N 농도는 Y구3-N 잔여량은 약 13%로 최대값을 나타내었다. 관행의 무기배양액내 질산태질소는 작물체에 흡수되어 생체중, 엽수 증가와 같은 지상부 생장을 좌우하는 주요 성분이지만 재배종료시까지 전량이 흡수되지 않고 남아 있는 것으로 보아 상추 수경재배시 배양액내 질산태질소의 초기 투입량을 조절할 필요성이 대두되었다. 연구결과 농업부산물 유래 유기배양액을 활용하여 적치마와 청치마 상추를 수경재배할 경우 유기배양액 단용보다 유·무기 혼합배양액 시용으로 유기배양액내 부족한 질소 성분을 무기질소로 보충할 수 있어 무기성분 사용량 저감이 기대된다. 또한 상추 실생묘의 양적생장 추이와 달리 엽내 색소합성이 관행 무기배양액보다 특정 유기배양액 단용 또는 혼용에 의해 유의하게 증가하는 것으로 보아 작물체내 물질합성량, 유기배양액 사용기간 및 재이용 등 유기배양액의 화학적 특성 변화에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.