KR100970152B1 - 태양광을 이용한 하이브리드 조명 장치 - Google Patents

태양광을 이용한 하이브리드 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광을 집광하기 위한 집광판, 상기 집광판에서 집광된 빛을 투과시켜서 빛 에너지와 복사 에너지를 전달하기 위한 투광부, 상기 투광부에서 전달된 빛을 반사시키기 위한 반사경, 상기 반사경에서 반사되는 빛을 관을 통해 전달하기 위한 도광관, 상기 도광관으로부터 전달되는 빛을 산란시키기 위한 산란부, 상기 집광판에 집광되는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 저장하기 위한 태양전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 빛을 발광하기 위한 발광부를 포함한다. 본 발명에 의하면 주간 및 야간에 별도의 전원 공급없이도 태양광을 이용하여 연속적인 조명 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광을 이용한 하이브리드 조명 장치 {Hybrid lighting apparatus using sunlight}
본 발명은 태양광을 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광을 이용하여 하루 24시간 연속으로 조명기능을 수행할 수 있는 조명장치에 관한 것이다.
근래 들어, 환경 오염과 화석 연료의 고갈로 인하여 화석 연료를 대체할 수 있는 전력원 중의 하나인 태양 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 이러한 태양 전지를 이용하여 태양광을 전력원으로 사용하는 장치들이 각광을 받고 있다.
일반적으로 태양광을 전력원으로 사용하기 위해서는, 약 0.6V의 전압을 발생시키는 태양전지(solar cell)를 직렬로 다수 배열하여 각 태양전지의 발생 전압이 합산된 직류 전압을 발생시킨다. 이렇게 태양전지를 조합하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치를 태양전지모듈이라고 한다. 최근, 가로등, 보안등 및 실내등과 같은 조명장치에 태양전지모듈을 전력원으로 이용하는 기술이 상용화되어, 정부 및 지방자치단체의 주도 하에 그 이용이 확산되고 있는 추세이다.
한편, 하루 24시간 연속으로 조명이 필요한 곳이 있는데, 예를 들어 밀폐된 지하시설이나, 터널, 플랜트 내부 등이다. 이러한 곳은 비상안전 유도와 직원의 작업환경을 위하여 하루 24시간 보안등이나 유도등과 같은 조명이 필요한 공간이다.
현재 전기를 이용한 조명을 사용하는 것이 일반적이고, 정전시 비상발전기에 의한 전원공급을 통하여 조명을 비추거나, 배터리형 비상조명등을 사용하는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광과 태양전지 모듈을 이용하여 주간 뿐만 아니라 야간에도 연속적으로 조명을 비출 수 있는 조명 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양광을 집광하기 위한 집광판, 상기 집광판에서 집광된 빛을 투과시켜서 빛 에너지와 복사 에너지를 전달하기 위한 투광부, 상기 투광부에서 전달된 빛을 반사시키기 위한 반사경, 상기 반사경에서 반사되는 빛을 관을 통해 전달하기 위한 도광관, 상기 도광관으로부터 전달되는 빛을 산란시키기 위한 산란부, 상기 집광판에 집광되는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 저장하기 위한 태양전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 빛을 발광하기 위한 발광부를 포함한다.
상기 태양전지 모듈은, 상기 집광판에 집광되는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 태양전지, 상기 태양전지에서 생성된 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리, 상기 태양전지 모듈의 전반적인 제어를 하며, 상기 태양전지에서 생성된 전기 에너지를 상기 배터리에 전달하고, 상기 배터리에서 발생하는 역전류 현상을 차단하는 컨트롤러 및 상기 배터리에서 방전되는 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위한 인버터를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 배터리의 방전을 차단하고, 상기 배터리에 공급되는 전기 에너지 양을 조절함으로써 상기 배터리의 구동을 온/오프(on/off)시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 주위 환경의 명암을 센싱하기 위한 센싱부를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 센싱부에서 센싱된 값을 읽어들여서 명암도를 계산하고, 계산된 명암도에 따라 상기 태양전지 모듈을 제어할 수 있다.
상기 명암도가 주위 환경의 밝기에 비례하는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 명암도가 기준치 이하이면 상기 발광부가 점등되도록 상기 태양전지 모듈을 구동시킬 수 있다.
상기 센싱부는 빛을 감지하기 위한 광센서일 수 있다.
상기 도광관 내에서 빛을 굴절시키기 위한 굴절부를 더 포함할 수 있다.
상기 굴절부는 프리즘일 수 있다.
상기 집광판은 곡면 형태의 거울 재질로 되어 있을 수 있다.
상기 투광부는 유리 재질로 되어 있을 수 있다.
상기 도광관은 내부가 거울 재질로 되어 있을 수 있다.
상기 산란부는 빛을 산란시키기 위한 볼록 거울로 되어 있을 수 있다.
상기 산란부에서 산란되는 빛을 투과시키기 위한 투명부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 투명부는 유리 재질로 되어 있을 수 있다.
상기 발광부는 LED(Light Emitting Diode)로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면 태양전지 모듈을 통하여 주간에 전기 에너지를 저장하고, 야간에 태양전지 모듈에 저장된 전기 에너지를 사용하여 조명 동작을 수행할 수 있으므로, 주간 및 야간에 별도의 전원 공급없이도 태양광을 이용하여 연속적인 조명 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치에서 태양광의 이동 경로를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 조명 장치는 반사경(110), 투광부(120), 도광관(130), 집광판(140), 투명부(150), 산란부(160), 컨트롤러(210), 배터리(220), 인버터(230), 발광부(240)를 포함한다.
집광판(140)은 태양광을 집광하는 역할을 한다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 집광판(140)은 곡면 형태의 거울 재질로 되어 있을 수 있다. 이렇게 함으로써 집광판(140)의 넓은 면적에 입사하는 태양광을 반사경(110)으로 모을 수 있다. 또한, 집광판(140)에는 태양전지 판이 부착되어 구성될 수 있다.
투광부(120)는 집광판(140)에서 집광된 빛을 투과시켜서 빛 에너지와 복사 에너지를 전달하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 투광부(120)는 유리 재질로 되어 있을 수 있다. 투광부(120)는 빛 에너지와 복사 에너지를 효율적으로 반사경(110)에 전달하는 역할을 하며, 밀폐효과를 줄 수 있다.
반사경(110)은 투광부(120)에서 전달된 빛을 반사시키는 역할을 한다. 본 발명에서 반사경(110)을 통하여 빛을 보다 집중시켜 원거리까지 전달할 수 있다.
도광관(130)은 반사경(110)에서 반사되는 빛을 관을 통해 전달하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 도광관(130)은 내부가 거울 재질로 되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 도광관(130) 내부를 거울 재질로 함으로써, 빛의 전달과정에서 빛의 손실을 최소화할 수 있다. 도 2에는 태양광의 이동경로가 도시되어 있는데, 태양광이 집광판(140)에 입사하면, 점선에 표시되는 것과 같이 빛은 투광부(120)를 통과하여 반사경(110)에 도달하고, 반사경(110)으로부터 반사되고 집중된 빛은 도광관(130) 내부를 통해 목적 지점까지 도달하게 된다.
산란부(160)는 도광관(130)으로부터 전달되는 빛을 산란시켜서 조명을 비추는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 산란부(160)는 빛을 산란시키기 위한 볼록 거울로 되어 있을 수 있다. 본 발명에서 산란부(160)는 주간에 태양광을 이용하여 기계적으로 조명을 비추는 경우에 사용되는 구성요소이다.
투명부(150)는 산란부(160)에서 산란되는 빛을 투과시키는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 투명부(150)는 유리 재질로 되어 있는 것이 바람직하다.
발광부(240)는 태양전지 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 빛을 발광한는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서 발광부(240)는 LED(Light Emitting Diode)인 것이 바람직하다. LED는 일반 램프에 비하여 절전효과가 크고, 한정된 배터리 용량으로 장시간동안 조명을 비출 수 있으므로, 결국 보다 작은 태양전지 판으로도 본 발명을 구현할 수 있는 장점이 있다.
태양전지 모듈은 집광판(140)에 집광되는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 저장하는 역할을 한다.
본 발명에서 태양전지 모듈은 태양전지(미도시), 컨트롤러(210), 배터리(220), 인버터(230)를 포함한다.
태양전지는 집광판(140)에 집광되는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 역할을 한다. 본 발명에서 태양전지(140)는 집광판(140)에 형성될 수 있다.
배터리(220)는 태양전지에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 역할을 한다.
컨트롤러(210)는 태양전지 모듈의 전반적인 제어를 하며, 태양전지에서 생성된 전기 에너지를 배터리(220)에 전달하고, 배터리(220)에서 발생하는 역전류 현상을 차단하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시에에서 컨트롤러(210)는 배터리(220)의 방전을 차단하고, 배터리(220)에 공급되는 전기 에너지 양을 조절함으로써 배터리(220)의 구동을 온/오프(on/off)시킬 수 있다.
인버터(230)는 배터리에서 방전되는 직류전원을 교류전원으로 변환하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에서 주위 환경의 명암을 센싱하기 위한 센싱부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때 센싱부는 빛을 감지하기 위한 광센서인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서 컨트롤러(210)는 센싱부에서 센싱된 값을 읽어들여서 명암도를 계산하고, 계산된 명암도에 따라 태양전지 모듈을 제어할 수 있다. 보다 상세하게는, 명암도가 주위 환경의 밝기에 비례하는 경우, 컨트롤러(210)는 명암도가 기준치 이하이면 발광부(240)가 점등되도록 태양전지 모듈을 구동시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도광관(130)이 중간에서 90도로 굴절된 형태의 실시예이다.
이처럼, 본 발명에서 도광관(130)이 소정 각도로 굴절되거나 중간에 장애물이 있는 경우, 굴절부(310)를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치는 도 1의 구성요소를 모두 포함하며, 도광관(130) 내에서 빛을 굴절시키기 위한 굴절부(310)를 더 포함하여 이룰어진다. 이때, 굴절부(310)는 프리즘으로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 주간에 산란부(160)를 통해 기계적인 조명 동작을 수행하고, 주간에 입사하는 태양광을 태양전지 모듈을 통해 전기 에너지로 변환하여 저장하고 있다가, 야간에 태양전지 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 발광부(240)에 전원을 공급함으로써 조명 동작을 수행할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 조명 장치는 주간 및 야간에 별도의 전원 공급없이도 태양광을 이용하여 연속적인 조명 동작을 수행할 수 있다 .
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
110 반사경 120 투광부
130 도광관 140 집광판
150 투명부 160 산란부
210 컨트롤러 220 배터리
230 인버터 240 발광부

Claims (16)

  1. 태양광을 집광하기 위한 집광판;
    상기 집광판에서 집광된 빛을 투과시켜서 빛 에너지와 복사 에너지를 전달하기 위한 투광부;
    상기 투광부에서 전달된 빛을 반사시키기 위한 반사경;
    상기 반사경에서 반사되는 빛을 관을 통해 전달하기 위한 도광관;
    상기 도광관으로부터 전달되는 빛을 산란시키기 위한 산란부;
    상기 집광판에 집광되는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 저장하기 위하여, 상기 집광판에 위치하며, 상기 집광판에 집광되는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 태양전지, 상기 태양전지에서 생성된 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리, 상기 태양전지 모듈의 전반적인 제어를 하며, 상기 태양전지에서 생성된 전기 에너지를 상기 배터리에 전달하고, 상기 배터리에서 발생하는 역전류 현상을 차단하는 컨트롤러 및 상기 배터리에서 방전되는 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위한 인버터를 포함하는 태양전지 모듈; 및
    상기 태양전지 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 빛을 발광하기 위한 발광부를 포함하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 배터리의 방전을 차단하고, 상기 배터리에 공급되는 전기 에너지 양을 조절함으로써 상기 배터리의 구동을 온/오프(on/off)시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    주위 환경의 명암을 센싱하기 위한 센싱부를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 센싱부에서 센싱된 값을 읽어들여서 명암도를 계산하고, 계산된 명암도에 따라 상기 태양전지 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 명암도가 주위 환경의 밝기에 비례하는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 명암도가 기준치 이하이면 상기 발광부가 점등되도록 상기 태양전지 모듈을 구동시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 센싱부는 빛을 감지하기 위한 광센서인 것임을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도광관 내에서 빛을 굴절시키기 위한 굴절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 굴절부는 프리즘인 것임을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 집광판은 곡면 형태의 거울 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투광부는 유리 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도광관은 내부가 거울 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 산란부는 빛을 산란시키기 위한 볼록 거울로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 산란부에서 산란되는 빛을 투과시키기 위한 투명부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투명부는 유리 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는 LED(Light Emitting Diode)인 것임을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    태양광을 이용하여 자연채광과 동시에 태양전지를 이용하여 전기충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 조명 장치.
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