[스마트팜] 히팅 시스템, 태양광과 상용전기 자동 전환 + 온수보일러 순환 구조

 

스마트팜 히팅 시스템, 태양광과 상용전기 자동 전환 + 온수보일러 순환 구조

– 마그네틱 컨택터와 순환펌프 기반의 고효율 난방 설계 –

스마트팜 운영에서 가장 중요한 것 중 하나는 온도 유지입니다. 특히 겨울철이나 야간에는 작물의 생장을 위해 안정적인 히팅이 필수입니다. 이 글에서는 전기온수보일러 기반으로 낮에는 태양광, 밤에는 상용전기를 사용하는 자동 전환 히팅 시스템을 설계하는 방법을 소개합니다. 특히 핵심 부품인 마그네틱 컨택터와 순환펌프를 중심으로 설명합니다.

1. 시스템 목표

  • 낮에는 태양광 전기 사용으로 비용 절감

  • 밤에는 상용 전원으로 안정적 히팅 유지

  • 온수보일러 기반 난방으로 균일한 온도 유지

  • 자동 전환 + 자동 제어로 무인 운영 가능

2. 시스템 구성도 (요약)

[태양광 인버터] ——┐
                  ├─> [마그네틱 컨택터] ──┐
  [상용 전기] ————┘                          │
                                              ▼
                                       [전기온수보일러]
                                              ▼
                                          [순환 펌프]
                                              ▼
                                       [난방 배관 시스템]

3. 마그네틱 컨택터를 활용한 전원 전환

마그네틱 컨택터는 고전력 부하를 원격에서 ON/OFF할 수 있는 전자식 스위치입니다. 이를 통해 태양광 → 상용전기 전환을 자동으로 제어할 수 있습니다.

시간대공급 전원컨택터 상태
낮태양광 인버터 전기태양광용 컨택터 ON, 상용전원 컨택터 OFF
밤상용 전기상용전원 컨택터 ON, 태양광용 컨택터 OFF

  • 상호 배타적 제어(인터록) 필수

  • 센서, 타이머, PLC 등을 통해 자동 전환 제어 가능

  • 누전, 과전류 차단기 등 보호장치 병행

4. 전기온수보일러와 순환펌프 구성

전기온수보일러만으로는 난방이 되지 않습니다. 순환펌프가 있어야 가열된 온수를 온실 전체로 공급할 수 있습니다.

🔄 순환펌프의 역할

  • 온수를 지속적으로 순환시켜 작물 공간 전체에 균일한 온도 유지

  • 온수 정체 방지 → 보일러 과열 방지 및 수명 연장

  • 배관의 고도 차이 극복 → 효율적 유량 유지

💡 설계 팁

  • 펌프 정격은 배관 길이, 농장 크기, 온수 유속 기준으로 선정

  • 보일러 전원 ON 시 펌프 자동 작동하도록 제어 연동

  • 역류방지 밸브, 에어벤트(공기 배출 밸브) 설치 추천

5. 실전 설계 시 주의사항

항목설명
전원 전환 안전성태양광과 상용전원이 동시에 연결되지 않도록 인터록 회로 구성 필수
펌프와 보일러 연동보일러가 작동할 때만 펌프가 작동되도록 자동 제어 설정
보호장치 구성누전차단기, 과전류 차단기, 온도 센서, 유량 센서 병행 설치 권장
에너지 효율 고려신재생에너지(태양광) 비중 높이고, 절연 단열재로 열 손실 최소화
전기안전규정 준수KS/IEC 기준에 따라 적정 배선, 배관 및 접지 설계 필수

6. 마무리

태양광과 상용전기를 자동으로 전환하면서, 전기온수보일러 기반으로 난방을 구현하는 스마트팜 시스템은 에너지 절감, 자동화, 안정적인 작물 생장을 모두 달성할 수 있는 효율적인 방법입니다. 마그네틱 컨택터와 순환펌프를 적절히 활용하면 저비용, 고효율 스마트팜 난방 시스템을 구현할 수 있습니다.

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

[PLC] PLC 아날로그 입출력 기본

이미지
 PLC 아날로그 입출력 개념 및 결선  아날로그 신호가 PLC로 들어오면 우선 A/D 컨버터(Analog-Digital Converter)를 거치게 됩니다. A/D 컨버터는 아날로그 형태의 신호를 PLC에서 처리 가능하도록 디지털 형태로 변환시켜 줍니다.  PLC에서 다루는 아날로그 신호는 아래와 같은 형태가 있습니다. - 전압(Voltage) - 전류(Current) - 저항(Resistance) 신호의 형태에 따라 신호가 취급되는 값의 범위가 있습니다. 가장 흔히 사용되는 형태는 전류 형태이며 4-20mA 값을 주로 사용합니다. A/D 컨버터가 아날로그 값을 디지털로 변환할 때 사용되는 bit수를 분해능이라 합니다. 일반적으로는 16bit 길이가 사용됩니다. 다시말해 4-20mA 사이의 16mA를 16bit로 쪼개어 표현한다는 의미입니다. 따라서 분해능에 사용된 bit수가 많을수록 더 세밀한 단위를 취급할 수 있습니다. 아래 그림은 4-20mA 출력을 가지는 온도 트랜스미터(temperature transmitter)의 예입니다. 온도 트랜스미터와 온도센서가 연결되어 있습니다. 온도 정보는 트랜스미터에서 섭씨 0~100도로 계량화(calibrated) 됩니다. 즉, 섭씨 0도는 4mA, 섭씨 100도는 20mA가 되는 것입니다. 위 그림에서 온도 정보는 PLC로 바로 들어오지 않고 트랜스미터를 거쳤습니다. 온도 정보를 PLC가 바로 해석하기 보다는 트랜스미터에서 해석하여 전압이나 전류 형태로 변환하여 PLC의 전압/전류 아날로그 카드로 연결됩니다. 만약 트랜스미터가 없다면, 온도센서의 정보를 해석하기 위해 PLC에는 온도입력 모듈이 별도로 필요하게 됩니다. 전압/전류 아날로그 입력카드를 사용하면, 온도센서가 아니더라도 다양한 형태의 아날로그 데이터를 트랜스미터 전압/전류 형태로 취급할 수 있으므로, 좀 더 유현한 구조가 됩니다. 아날로그 입력 모듈의 결선법은 입력 신호가 전압인지, 전류인지에 따라 다릅니다. 전압/전류은 저항과 연...
Read more »

공압 속도 제어: 미터인 vs 미터아웃

이미지
Understanding Flow Controls: Meter-In vs Meter-Out 에어실린더에 작용하는 힘은 압력조절기(pressure regulator)에 의해 결정됩니다. 그리고 피스톤이 움직이는 속도는 속도제어(flow control) 밸브를 통해 이루어집니다. 실린더의 각 포트마다 속도제어 밸브가 설치되어 인출과 인입 속도를 제어하게 됩니다. 아래는 속도제어 밸브의 구조입니다. 위 그림에 대한 기호는 아래와 같이 표기됩니다. 미터아웃(Meter-Out) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터아웃 방식에 대한 도식입니다. 미터인(Meter-In) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터인 방식에 대한 도식입니다. 끝.
Read more »

사각형의 넓이 공식의 증명

이미지
사각형의 넓이 왜 가로 곱하기 세로 (밑변 곱하기 높이)인가? 우리는 사각형의 가로와 세로의 길이를 곱하여 넓이를 구하는 것을 알고 있습니다. 그런데 사각형의 가로와 세로를 곱하면 넓이가 되는 것을 어떻게 증명할까요? 우선 기하학 측면에서 살펴 보겠습니다. 우선 정사각형의 넓이 구하는 방법에 대한 증명에서 출발합니다. 아래 그림을 보겠습니다. 사각형 \(□ABCD\) 변의 길이 \(L\)로 이루어진 정사각형입니다. 사각형 \(□EFGH\)은 변의 길이가 \(1\)인 정사각형입니다. 그리고 사각형 \(□EFGH\)는 넓이에 대한 공리(Axioms of Area)에 의해 넓이가 \(1\)이 됩니다.  그리고 변 \(AB\), \(EF\)의 비는 아래와 같습니다. \(AB:EF=L:1\) 그리고 " Similar Polygons are composed of Similar Triangles " 정리에 의해서 사각형 \(□ABCD\)와 \(□EFGH\)의 넓이 비는 아래와 같이 정리됩니다. \(□ABCD:□EFGH=(AB:EF)^2\) \(\frac{□ABCD}{□EFGH}=(\frac{L}{1})^2=L^2\) 결과적으로, 사각형 \(□ABCD\)의 넓이는 \(L^2\)가 되고, 이는 한 변의 길이의 제곱을 의미합니다. 이제 직사각형의 넓이 공식에 대한 증명을 보겠습니다. 위 그림에 직사각형 \(□ABCD\)가 있습니다. 변 \(CD\)와 동일한 길이를 한 변으로 하는 정사각형 \(□CDEF\), 변 \(BC\)와 동일한 길이를 한 변으로 하는 정사각형 \(□BCHI\)를 붙입니다. 그러면 직사각형 \(□CDEF\)와 \(□BCHI\)는 합동입니다. \(AB = a\)로 두고 \(BI = b\)로 두면 정사각형 \(□AIGE\)의 넓이는 아래와 같이 전개됩니다. \((a + b)^2 = a^2 + □ABCD 넓이 + □BCHI 넓이 + b^2\) \((a + b)^2 = a^2 + 2 \times □ABCD 넓이 + b^2\...
Read more »

3선 결선식 센서의 타입 PNP, NPN

이미지
원문:  https://www.schneider-electric.co.uk/en/faqs/FA142566/ 산업용 근접센서는 대부분 반도체 부품으로 만들어집니다. 근접센서에서, 트랜지스터와 같은 반도체 부품은 물체의 근접을 감지하게 되면 출력을 스위칭(출력을 내보내거나 차단) 하는데 사용됩니다. 3선 결선 방식의 센서는 회로와 트랜지스터 구성방식에 따라 PNP 타입과 NPN 타입으로 나눌 수 있습니다. 한가지 중요한 점은 PNP, NPN 타입의 구분은 센서가 NO(normally open) 타입인지, NC(normally closed) 타입인지와는 상관이 없다는 것입니다. PNP, NPN 타입 센서 모두 NO, NC 접점을 가질 수 있습니다. PNP, NPN 타입 중 무엇을 선택해야 하나? PNP, NPN 센서 타입 중 어떤 것을 사용할 지는 센서가 사용될 회로의 환경에 달려 있습니다. 릴레이를 사용하는 전통적인 회로 구성방식에서는 아래와 같이 PNP, NPN 센서를 사용할 수 있습니다. PNP 방식은 센서의 출력선을 릴레이 코일의 +단자에 결선합니다. NPN 방식의 센서는 출력선을 릴레이 코일의 -단자에 결선합니다. NPN 방식보다는 PNP 방식이 많이 사용되고 있습니다. PLC를 이용하는 환경에서 센서의 타입을 선택하는 경우에는 PLC 입력카드의 타입에 유의해야 합니다. PLC 입력카드에는 입력카드의 입력단자로 전류가 흐르는 sink타입과, 입력카드 입력단자에서 전류가 나가는 source타입 두가지가 있습니다. PNP 타입의 센서를 사용하는 경우 sink 타입의 입력카드를 사용하고, COM단자에 -전원을 인가합니다. 그리고 센서의 출력부를 입력카드의 입력단자에 연결합니다. NPN 타입의 센서를 사용하는 source 타입의 입력카드를 사용하고, COM단자에 +전원을 인가합니다. 그리고 센서의 출력부를 입력카드의 입력단자에 연결합니다. PNP 타입의 센서가 많이 사용되므로 덩달아 sin...
Read more »

[PLC] 릴레이와 전자 접촉기 (MC)

이미지
역사 (History) 최초의 PLC는 1968년도 제너럴 모터스 회사에 의해 설계되었습니다. PLC 등장 이전에는 아래 그림과 같은 전기기계식 릴레이 (Electromechanical Relay)로 제어 시스템을 구축했습니다.  전기기계식 릴레이로 구성된 시스템을 수정하기 위해서는 릴레이의 물리적 배치 및 배선 재작업으로 인한 비용 및 시간의 낭비를 초래하였습니다. 제너럴 모터스는 이러한 비용 낭비를 줄이는 한 방법으로 PLC를 설계하게 된 것입니다. 이 때 사용된 반도체는 IC (Integrated Circuit) 형태이지만, 1971년도 인텔 (Intel)이 마이크로프로세서를 소개한 이 후 PLC도 덩달아 발전을 거듭하게 됩니다.  제어의 형태 생산 공정들은 선행 공정이 있기 마련입니다. 즉, 한 공정이 끝난 뒤 그 다음 공정이 이어지는 형태입니다. 각 공정에는 세부 공정들이 있으며 여러 가지 장비의 ON/OFF 동작에 의해 작업됩니다. 이러한 장비들을 언제 ON/OFF 할 지 결정할 지는 센서의 ON/OFF와 같은 이산적 정보 (discrete information)를 바탕으로 이루어집니다. 또는 온도, 습도, 압력 등과 같은 연속적으로 변화하는 정보를 활용할 수도 있습니다. 시퀀스 제어 (Sequential Control) 시퀀스 제어란 일련의 액션들이 사전에 정의된 순서데로만 동작하게끔 제어하는 형태를 의미합니다. 이러한 제어를 다른 용어로 이산 제어 (Discrete Control)이라고 하며, 이 때 제어 로직의 데이터로 사용되는 입출력 또한 ON/OFF 형태입니다. (예를 들어, 센서가 무엇을 검출/미검출, 모터가 ON/OFF 등을 의미) 자동 제어 (Automatic Control) 자동 제어란 연속적으로 변화하는 입력정보를 바탕으로 일련의 제어 로직을 거친 뒤 출력값을 연속적으로 변화시키는 형태의 제어를 의미하며 아날로그 피드백 (Analog Feedback Control)이 사용됩니다. 아날로그 피드백에 관여하는 파라미터를...
Read more »

[PLC] MELSEC-Q 시리즈 CPU RS-232C 6핀 커넥터 핀맵

이미지
MELSEC-Q 시리즈 CPU 모듈 중에 RS-232C 6핀 포트를 내장하고 있는 제품들이 있습니다. 해당 포트를 통해 MC 프로토콜을 이용한 HMI 연결 등을 수행할 수 있습니다. 우선 GX Works2 소트프웨어 PLC Parameter 항목에서 아래 항목을 체크하여 기능 활성화를 합니다. 커넥터 규격은 Mini-Din 6Pin이며, 일반적으로 PS2 커넥터로 통칭됩니다. 핀맵은 아래와 같습니다. 정품 케이블 모델명은 QC30R2 입니다. 해당 케이블이 가격이 저렴한 편이 아니기 때문에, 아래 그림과 같이 납땜용 커텍터를 사용하여 제작합니다. 구입은 쿠팡, 디바이스마트나 엘레파츠 등에서 할 수 있습니다. [쿠팡] https://link.coupang.com/a/bynEN1 (이 포스팅은 쿠팡 파트너스 활동의 일환으로, 이에 따른 일정액의 수수료를 제공받습니다.) [디바이스마트] https://www.devicemart.co.kr/goods/view?no=12532628 [엘레파츠] https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=12411050 M2I HMI 기준으로 배선 예시입니다. 끝.
Read more »

NPN, PNP 트랜지스터 차이점

이미지
Difference Between an NPN and a PNP Transistor 위 그림에서 기호는 아래 의미입니다. B: BASE C: COLLECTOR E: EMITTER NPN, PNP 둘다 BJT(bipolar junction transistor: 접합형  트랜지스터)입니다. 전류를 이용하여 제어가 되며, 전류를 증폭하는 기능이 있습니다. base에 전류가 흐르면, emitter와 collector 사이에는 더 많은 전류가 흐르게 됩니다. 즉, base는 emitter-collector 간 전류를 흐르게 하는 스위치 역할과 더불어 전류 증폭기 역할을 하게 됩니다. 이는 NPN, PNP 구분에 상관없이 동일한 특성입니다. NPN, PNP 트랜지스터의 차이는, 트랜지스터 핀에 전원이 인가되는 방법의 차이에 기인합니다. NPN 트랜지스터는 collector와 base에 양전압을 연결합니다.  NPN 트랜지스터의 base에 양전압이 인가되면 emitter 방향으로 전류가 공급(sourcing, 소스)가 되면서 collector-emitter간 연결이 만들어지고, 전류도 흐르게 됩니다. 다시 정리하자면, base에 임계전압인 0.7V이상의 전압이 인가되면 전류는 base에서 emitter로 흐르게 되고, 덩달아 collector-emitter간에 흐르는 전류도 점차 증가하게 되는 형태입니다. PNP 트랜지스터는 emitter에 양전압을 연결하고, base에 음전압(또는, emitter에 인가된 전압보다 낮은 전압)을 연결합니다. PNP 트랜지스터는 base에 음전압이 인가되면 base에서 ground 방향으로 전류가 빠지면서(sink, 싱크) emitter-collector간 연결이 만들어지고 전류가 흐르게 됩니다. NPN, PNP 트랜지스터는 emitter-collector간 전류의 방향이 다르기 때문에, 위 그림에서 확인할 수 있듯이 부하(load)가 연결되는 위치 또한 다르게 됩니다. 끝.
Read more »

[주식] 한국거래소(KRX) 데이터 API 입문 가이드

  한국거래소(KRX) 데이터 API 입문 가이드 안녕하세요! 오늘은 한국거래소(KRX)에서 제공하는 공식 데이터 API에 대해 알아보려고 합니다. 주식, 지수, 채권 등 다양한 금융 데이터를 손쉽게 가져올 수 있는 KRX Open API 활용법과 사용 절차, 그리고 간단한 파이썬 예제까지 모두 정리했으니, 금융 데이터 분석이나 자동화 작업에 관심 있는 분들은 꼭 참고해 보세요. 1. KRX 데이터 API란? 한국거래소는 자사 금융 데이터를 누구나 활용할 수 있도록 KRX 정보데이터시스템 이라는 포털을 운영 중입니다. 이곳에서는 주식 시세 지수 정보 채권 및 파생상품 시세 ETF/ETN 거래 정보 공매도 현황 등 다양한 금융 데이터를 API 형태로 제공합니다. 즉, 개발자나 데이터 분석가가 직접 데이터를 요청해서 받을 수 있는 RESTful API 서비스라고 생각하시면 됩니다. 2. 주요 제공 데이터 종류 KRX Open API에서는 다음과 같은 데이터를 제공합니다. 주식 관련 데이터: 일별 시세, 종목 기본정보, 투자자별 매매동향 지수 데이터: KOSPI, KOSDAQ, KRX100 등의 지수 시세 채권 및 파생상품: 채권지수, 파생상품지수 시세 ETF/ETN: 상장된 ETF 및 ETN 거래정보 공매도 정보: 일별 공매도 거래량 및 잔고 기타: ELW, DLS/DLF, 배출권, 해외 연계시장 시세 등 3. API 사용 방법 1) 회원가입 및 로그인 우선 KRX 정보데이터시스템 에 접속해 회원 가입 및 로그인을 진행합니다. 2) API 인증키 신청 로그인 후 마이페이지에서 ‘API 인증키 신청’을 통해 인증키를 발급받습니다. 3) 데이터 서비스 이용 신청 원하는 데이터 서비스에 대해 추가 이용 신청을 해야 합니다. 예를 들어 ‘KOSPI 일별 시세 정보’를 사용하려면 해당 서비스에 별도로 신청해야 합니다. 4) API 호출 발급받은 인증키와 필요...
Read more »

[아두이노] 가변저항(Potential Divider)과 전압분배(Voltage Divider)

이미지
위 그림에서 (a)는 전압분배(Voltage Divider), (b)는 가변저항(Potential Divider)입니다. 전압분배는 고정된 두개의 저항으로 구성됩니다. 가변저항은 전압분배와 구조적으로 비슷하나 하나의 저항을 특정 지점을 기준으로 둘로 나누게 되며, 이 특정 지점은 임의로 조절 가능한 구조로 되어 있습니다. 위 그림에서 전압분배나 가변저항 모두 두 저항 사이에 Vd 포인트가 위치하고, 저항 R1, R2 크기를 조절할 수 있느냐 없느냐가 차이점입니다. 전압분배와 가변저항 둘 모두, 직렬로 연결된 두 저항의 크기에 따라 인가되는 공급 전압이 달라지는 원리를 이용하며, 공급전원을 원하는 크기로 출력하기 위해서 사용합니다. 아래 그림은 동일한 저항값을 가지는 R1, R2가 직렬로 연결되어 있는 회로입니다. Vin은 총 전압이고, R1, R2에 나누어 인가됩니다. 결론적으로 Vout은 Vin과 다른 전압을 가지게 됩니다. 각 저항 R1, R2에 얼마의 전압이 인가될지는 두 저항의 상대적인 크기와 총 저항의 크기로 결정됩니다. 그 공식은 아래와 같습니다. 아래 회로를 봅시다. Vin이 5V이고 R1 is 1KΩ and R2 is 10KΩ인 경우 Vout에 인가되는 전압은 얼마일까요?  가변저항은 다양한 저항값을 가진 제품들이 있습니다. 예를 들어 10KΩ 가변저항의 경우 0Ω에서 최대 10KΩ까지 저항값을 변경할 수 있습니다. 그럼 아두이노와 가변저항을 이용하여 LED의 밝기를 조절해 보겠습니다. 우선 가변저항은 아래와 같은 구조를 가집니다. 3개의 핀으로 구성되어 있고, Vref-Ground 핀을 통해서 공급전원을 인가하면 ouput 쪽으로 가변저항에 의해 조정된 출력전압이 인가됩니다. 우선, 아두이노 우노와 220옴 저항, LED를 이용하여 위와 같은 회로를 구성합니다. 그리고 아두이노 IDE를 이용하여 아래와 같이 코드를 입력합니다. const int ledPin = 9;  //pin 9의 PWM 기능을 이용합니다. ...
Read more »

[농사] 천연 식물성 살충제 종류 및 제조법

  🌿화학 NO! 천연 식물성 살충제로 해충 잡자 – 종류와 만드는 법 해충은 실내외 가드닝을 위협하는 대표적인 골칫거리입니다. 하지만 화학 성분 살충제는 식물과 사람 모두에게 자극이 될 수 있죠. 이럴 때 자연에서 얻은 천연 식물성 살충제 를 직접 만들어 사용하는 것은 보다 안전하면서도 효과적인 선택이 될 수 있습니다. 이번 글에서는 가장 널리 쓰이는 식물성 살충제 5가지 의 효과, 재료, 제조법 을 소개합니다. 🌱초보자도 쉽게 따라 할 수 있어요! 1️⃣ 님오일(Neem Oil) 스프레이 🌟효과: 진딧물, 흰가루병, 거미진드기, 깍지벌레 등 광범위 해충의 성장·번식을 억제 곰팡이성 병해도 억제 🧪재료: 님오일 1작은술 순한 액상 비누 1작은술 물 1리터 🛠️제조법: 물 1리터에 님오일과 비누를 넣고 잘 섞는다. 분무기에 담아 흔든 후 식물 전체(특히 잎 뒷면)에 골고루 뿌린다. 해충이 사라질 때까지 5~7일 간격으로 반복. 💡 주의: 강한 햇빛 아래에서 분사하지 말 것 – 잎이 탈 수 있음. 2️⃣ 마늘-고추 천연 살충제 🌟효과: 진딧물, 흰파리, 나방류 기피 강한 냄새와 매운 성분으로 해충 접근 차단 🧪재료: 마늘 1통 청양고추 2~3개 물 1리터 🛠️제조법: 마늘과 고추를 믹서에 넣고 갈아서 물에 섞는다. 12~24시간 동안 실온에서 우려낸 뒤 거름망으로 걸러낸다. 분무기에 넣고 식물에 뿌린다. 💡 주의: 민감한 식물에 먼저 소량 테스트 후 사용. 3️⃣ 계피 추출액 🌟효과: 곰팡이균 억제, 흙 속 해충 기피 항균력 강한 계피 성분이 병해 예방에 효과적 🧪재료: 계피 가루 2큰술 뜨거운 물 1리터 🛠️제조법: 뜨거운 물에 계피를 넣고 6시간 이상 우린다. 면포나 거름망으로 걸러내어 분무기에 담는다. 토양 표면, 잎 뒷면에 뿌린다. ...
Read more »