KR101267974B1 - 태양전지를 이용한 조명장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그 단면이 원형 또는 다각형으로 형성되고, 지면으로부터 수직으로 설치되는 철주, 상기 철주의 상단에 연결되는 제1 지지부, 상기 지지부의 상면에 부착되어, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지, 상기 철주의 측면에 연결되는 제2 지지부, 상기 제2 지지부의 일단에 부착되는 조명부, 상기 태양전지에 의해 생성되는 전기 에너지를 축전하는 배터리부, 및 상기 태양전지와 상기 배터리부 사이에 위치하여 상기 배터리부에 충전되는 전기를 제어하는 배터리 제어부를 포함하며, 상기 배터리부는 상기 지면에 매설되는 케이스 내부에 위치하고, 상기 배터리부와 상기 철주 사이에는 공기가 순환될 수 있는 적어도 하나 이상의 튜브가 형성되는 태양전지를 이용한 조명장치를 개시한다.
Description
본 발명은 태양전지를 이용한 조명장치에 관한 것으로, 태양광 추적기능 없이도 발전량이 충분하며 비용 단가를 낮출 수 있는 태양전지를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 광전효과를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 무공해, 무소음, 무한 공급 에너지라는 이유로 최근 들어 각광을 받고 있다.
특히 지구온난화를 막기 위하여 이산화탄소, 메탄가스 등의 온실가스 배출량을 규제하는 교토의정서가 2005년 2월 16일자로 발효되었고, 에너지원의 80% 이상을 수입에 의존하고 있는 우리나라로서는 태양 에너지가 중요한 대체 에너지원 중의 하나로 자리잡고 있다.
이와 같은 태양전지는 전도성 리본을 통하여 직, 병렬로 연결되는 다수의 태양전지 셀에 의해 사용자가 필요로 하는 전력을 발생시키고, 사용자는 이 전력을 이용하여 다양한 전자 장치에 전원으로 사용할 수 있다.
종래에는 이러한 태양전지를 이용한 조명장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
종래의 조명장치는 주로 결정질 실리콘 태양전지를 사용하고 태양추적장치를 사용함으로써, 비용상승과 강풍에 약하다는 단점이 있다. 또한, 최근에는 조명부의 램프로 LED를 사용하고 있으나 LED는 직진성이 강해 가로등, 방범등, 공원등 등에 사용되기엔 부적절한 문제점이 있다.
본 발명은 태양광 추적기능 없이도 발전량이 충분하며 비용 단가를 낮출 수 있는 태양전지를 이용한 조명장치를 제공한다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 그 단면이 원형 또는 다각형으로 형성되고, 지면으로부터 수직으로 설치되는 철주, 상기 철주의 상단에 연결되는 제1 지지부, 상기 지지부의 상면에 부착되어, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지, 상기 철주의 측면에 연결되는 제2 지지부, 상기 제2 지지부의 일단에 부착되는 조명부, 상기 태양전지에 의해 생성되는 전기 에너지를 축전하는 배터리부, 및 상기 태양전지와 상기 배터리부 사이에 위치하여 상기 배터리부에 충전되는 전기를 제어하는 배터리 제어부를 포함하며, 상기 배터리부는 상기 지면에 매설되는 케이스 내부에 위치하고, 상기 배터리부와 상기 철주 사이에는 공기가 순환될 수 있는 적어도 하나 이상의 튜브가 형성되는 태양전지를 이용한 조명장치가 제공된다.
이때, 상기 태양전지는 CIS계 태양전지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에서는 종래 결정질 실리콘 태양전지 대신에 CIS계 태양전지를 사용함으로써, 일조량이 약하더라도 종래 결정질 실리콘 태양전지에 비해 많은 전기를 축전할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 조명부로 기존 LED 램프 대신에 HID 램프를 사용함으로써, LED로 인한 눈부심 현상을 방지할 수 있으며 저비용으로 LED 램프와 같은 밝기를 제공할 수 있다.
더하여, 본 발명에서는 태양전지의 전기 에너지를 축전하는 배터리부를 지면에 매설함으로써, 조명장치의 외부에 부착되어 조명장치를 제어하는 컨트롤 박스를 작고 가볍게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 이용한 카메라 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지면에 매설된 배터리부가 내장된 케이스의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지면에 매설된 배터리부가 내장된 케이스의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지면에 매설된 배터리부가 내장된 케이스의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지면에 매설된 배터리부가 내장된 케이스의 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 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 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 이용한 조명장치에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 포함한 조명장치의 구성도이고,도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지면에 매설된 배터리부가 내장된 케이스의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지면에 매설된 배터리부가 내장된 케이스의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 이용한 조명장치는 철주(10), 제1 지지부(20), 태양전지(30), 제2 지지부(40), 조명부(50), 배터리부(60), 배터리 제어부(70), 조명 제어부(80)를 포함한다.
철주(10)는 그 단면이 원형 또는 다각형으로 형성되고, 지면으로부터 수직으로 설치되며, 상단에는 제1 지지부(20)가 비스듬하게 연결되고 하단에는 배터리부(60)를 포함하는 케이스(100)가 연결되어 있다.
제1 지지부(20)는 철주(10)의 상단에 비스듬하게 연결되어 지면에 대해 경사를 이루는 구조를 갖는다.
도 1에서는 제1 지지부(20)가 직육면체 형상인 것으로 도시하였으나, 제1 지지부(20)는 이에 한정되지 않고 원형, 타원형, 정육면체 등과 같이 다양한 형태로 설계 변경 가능하다.
태양전지(30)는 제1 지지부(20)의 상면에 부착되어 태양광을 전기 에너지로 변환하며, 태양전지(30)에서 변환된 전기 에너지는 배터리 제어부(70)를 통해 배터리부(60)에 축전된다.
본 발명에서 태양전지(30)는 종래 결정질 실리콘 태양전지 대신에 CIS계 태양전지를 사용한다.
CIS계 태양전지는 구리-인듐-셀레늄(CuInSe)로 대표되는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 황동석(Chalcopyrite)계 화합물반도체가 기판에 코팅되어 있는 태양전지이고, CIS계는 1eV이상의 직접천이형 에너지밴드를 갖고 있는 광흡수 계수가 반도체 중에서 가장 높고 광학적으로 매우 안정하여 태양광발전의 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 저가, 고효율의 태앙전지이다. 이때, 인듐(In)은 갈륨(Ga) 또는 알루미늄(Al)으로 일부 또는 전체가 치환될 수 있으며, 셀레늄(Se)은 황(S)으로 일부 또는 전체가 치환될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 종래 결정질 실리콘 태양전지 대신에 CIS계 태양전지를 사용함으로써, 일조량이 약하더라도 종래 결정질 실리콘 태양전지에 비해 많은 전기를 축전할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 CIS계 태양전지를 사용하여 일조량이 약해도 충분한 전기를 축전함으로써, 별도의 태양추적장치를 사용하지 않아 조명장치의 생산 비용을 절감할 수 있으며, 강풍에 더욱 잘 견디게 된다.
제2 지지부(40)는 철주(10)의 측면에서 돌출되며, 제2 지지부(40)의 일단에는 조명부(50)가 부착되어 있다.
보다 구체적으로, 제2 지지부(40)는 철주(10)의 측면에서 돌출되는 돌출부(41)와, 돌출부(41)의 끝단에 형성되어 내부가 빈 원통형 부재인 조명 수용부(42)로 구성된다.
조명부(50)는 제2 지지부(40)의 조명 수용부(42)에 부착되어 조명 제어부(80)에 의해 온/오프가 제어된다.
조명부(50)는 적어도 하나 이상의 HID(high intensity discharge, 고압방전) 램프로 이루어질 수도 있다.
HID 램프는 기존의 수은 램프의 효율 및 연색성 개선을 목적으로 개발된 고압 방전 램프의 일종으로, 일반 수은 램프가 발광관 내에 수은과 아르곤 가스를 봉입한 수은 증기의 방사 발광에 의한 것이 비하여, HID 램프는 발광관 내에 수은과 아르곤 가스 외에 스칸듐, 토퓸, 나트륨 등의 금속 원소를 할로겐 원소와 화합시킨 금속 할로겐 화합물로 봉입되어 있다.
HID 램프의 발광 원리는 다음과 같다. 발광관에 전류를 흘려주면 주 전극과 보조 전극 사이에 전기장이 형성되어 전자가 방출되고, 주 전극과 보조 전극 사이에 국부적으로 글로우 방전이 발생하여 아르곤 가스가 이온화되고, 아르곤 방전이 주 전극 사이로 확산된다. 아르곤 방전에 의해 발생된 열이 수은을 증발시키고 이증발된 수은 증기가 발광관 중심부로 이동되어 아르곤 방전이 수은 방전으로 진행되면서 수은의 발광 강도가 증가하게 된다. 발광관의 온도 증가에 따라 이곳에 봉입된 할로겐 화합물이 증발하여 발광관 중심부로 이동하며,이 곳에서 금속 원자와 할로겐 원자로 해리되어, 전극으로부터 방출된 전자가 금속원자들과 순간적으로 충돌하여 금속원자의 안정궤도에 있는 전자를 여기시키거나 이온화시켜, 이온화된 금속원자의 빈 곳에 이탈된 전자나 자유전자가 들어가서 안정되거나, 여기된 금속원자의 전자가 전이되면서, 그 에너지에 상응하는 파장을 갖는 빛을 발산하게 된다.
이때, 본 발명에서 HID 램프는 발광관이 세라믹 재질로 이루어진 CDM(Ceramic Discharge Metal halide, 세라믹 고압 방전 메탈 할라이드) 램프로 대체 가능하다.
HID 램프는 방전이 일어나면서 빛을 발생하는 램프로서, LED 램프에 비해 에너지 효율이 높아 가격 대비 성능이 우수하다.
또한, HID 램프는 LED 램프에 비해 수명이 길고 광량이 풍부하며 연색성이우수하므로, LED 램프에 비해 가로등, 방범등과 같은 실외용 광원으로 적합하다.
배터리부(60)는 지면에 매립된 케이스(100)의 내부에 위치한다.
도 2에서는 배터리부(60)가 2개의 배터리로 이루어진 것으로 도시하였으나, 배터리부의 배터리 개수는 이에 한정되지 않고 2개보다 작을 수도 많을 수도 있다.
케이스(100)의 내부에는 배터리부(60)를 수용하는 배터리 수용부(101)가 있으며, 배터리 수용부(101)의 상부는 배터리 덮개(102)가 위치하며 배터리 덮개(102)에 의해 배터리 수용부(101)는 밀봉된다. 이때 덮개(102)는 위를 흙이나 보도 블록으로 덮어서 매설할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 덮개(102)가 매설되지 않은 경우에는 덮개(102)의 한쪽을 경첩(102-1)으로 고정할 수 있다.
도 3과 같이 덮개(102)의 한쪽을 경첩(102-1)으로 고정하는 경우에는 다른 쪽은 볼트와 나사(도시하지 않음)로 고정할 수 있으며, 덮개(102)를 경첩(10-1)으로 고정한 경우 덮개(102)를 손쉽게 여닫을 수 있어 배터리 교체가 용이하다는 장점이 있다.
케이스(100)의 내부에는 철주(10)의 하단을 포함하는 철주(10)의 하부가 수용되며, 철주(10)의 하단에는 배터리 수용부(101)로 연장되는 튜브(90)가 형성되어 있다.
철주(10)와 배터리 수용부(101)의 공기는 튜브(90)를 통해 순환되며, 본 발명에서는 튜브(90)를 통해 공기가 순환되어 지면에 매설된 배터리부(60)에 결로 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 튜브(90) 내부에는 배터리부(60)와 배터리 제어부(70), 배터리부(60)와 조명 제어부(80)를 전기적으로 연결하는 전선(91)이 위치하여, 배터리부(60)를 지면에 매설하더라도 전선(91)을 방수 처리할 수 있다.
더하여, 본 발명에서는 배터리부(60)를 지면에 매설함으로써, 조명장치의 외부에 부착되어 조명장치를 제어하는 컨트롤 박스(도 1의 200번에 대응됨)를 작고 가볍게 제조할 수 있다.
배터리 제어부(70)와 조명 제어부(80)는 철주(10)의 일측에 부착되는 컨트롤 박스(200) 내부에 위치한다.
배터리 제어부(70)는 태양전지(30)와 배터리부(60) 사이에 전기적으로 연결되어, 태양전지(30)에 의해 생성된 전기 에너지가 배터리부(60)에 충전되는 것을 제어한다.
보다 구체적으로, 배터리 제어부(70)는 태양전지(30)에서 생성된 전기 에너지가 배터리부(60)의 최대 전압까지 충전되도록 태양전지(30)에 의해 생성된 전기 에너지를 배터리부(60)로 전달한다.
또한, 배터리 제어부(70)는 Maximum Power Point Tracing(MPPT)기능을 갖추어서 태양전지가 항상 최대 전력을 생산하여 충전할 수 있도록 태양전지의 전압을 자동으로 조절한다
또한, 배터리 제어부(70)는 배터리부(60)에 전압이 과충전되어 배터리부(60)가 고장나는 것을 방지하기 위해서, 배터리(60)의 상태(온도, 충전량 등)을 체크하고 충전되는 양을 최적으로 조절하여 배터리(60) 수명이 단축되지 않도록 한다. 배터리부(60)에 충전 가능한 최대 전력량이 충전되면 태양전지(30)에서 배터리부(60)로 인가되는 전기 에너지를 차단할 수도 있다.
조명 제어부(80)는 외부로부터 유선 또는 무선으로 인가되는 신호에 따라 배터리부(60)에 충전된 전기가 조명부(50)에 인가되도록 제어하여, 조명부(50)의 온/오프 및 밝기를 제어할 수 있다.
이때, 조명 제어부(80)는 배터리부(60)에 충전된 전압이 조명부(50)를 온 시키는데 필요한 구동 전압만큼 인가되도록 배터리부(60)에서 조명부(50)로 인가되는 전압의 레벨을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 제어부(80)는 조도를 감지하는 조도 센서(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 조명 제어부(80)는 조도 센서에서 감지된 조도가 설정된 최하 조도 이하이면 배터리부(60)의 전압이 조명부(50)에 인가되도록 제어하여 조명부(50)를 온 시킬 수 있다. 이와 반대로, 조명 제어부(80)는 조도 센서에서 감지된 조도가 설정된 최상 조도 이상이면 배터리부(60)의 전압이 조명부(50)에 인가되는 것을 차단하여 조명부(50)를 오프 시킬 수 있다. 조도 센서는 CIS 태양전지의 발전량을 모니터링하여 구현할 수도 있다.
또한, 배터리 제어부(70)와 조명 제어부(80)는 일체화되어 설치가 간단하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 종래 결정질 실리콘 태양전지 대신에 CIS계 태양전지를 사용함으로써, 일조량이 약하더라도 종래 결정질 실리콘 태양전지에 비해 많은 전기를 축전할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 조명부로 기존 LED 램프 대신에 HID 램프를 사용함으로써, LED 램프로 인한 눈부심 현상을 방지할 수 있으며 저비용으로 LED 램프와 같은 밝기를 제공할 수 있다.
더하여, 본 발명에서는 태양전지의 전기 에너지를 축전하는 배터리부를 지면에 매설함으로써, 조명장치의 외부에 부착되어 조명장치를 제어하는 컨트롤 박스를 작고 가볍게 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 철주
20: 제1 지지부
30: 태양전지
40: 제2 지지부
50: 조명부
60: 배터리부
70: 배터리 제어부
80: 조명 제어부
20: 제1 지지부
30: 태양전지
40: 제2 지지부
50: 조명부
60: 배터리부
70: 배터리 제어부
80: 조명 제어부
Claims (10)
- 그 단면이 원형 또는 다각형으로 형성되고, 지면으로부터 수직으로 설치되는 철주,
상기 철주의 상단에 연결되는 제1 지지부,
상기 지지부의 상면에 부착되어, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지,
상기 철주의 측면에 연결되는 제2 지지부,
상기 제2 지지부의 일단에 부착되는 조명부,
상기 태양전지에 의해 생성되는 전기 에너지를 축전하는 배터리부, 및
상기 태양전지와 상기 배터리부 사이에 위치하여 상기 배터리부에 충전되는 전기를 제어하는 배터리 제어부를 포함하며,
상기 배터리부는 상기 지면에 매설되는 케이스 내부에 위치하고, 상기 배터리부와 상기 철주 사이에는 공기가 순환될 수 있는 적어도 하나 이상의 튜브가 형성되는 태양전지를 이용한 조명장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 지지부는 상기 철주의 상단에 비스듬하게 결합되어 경사를 이루는 태양전지를 이용한 조명장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 지지부는,
상기 철주의 측면에서 돌출된 돌출부, 및
상기 돌출부의 끝단에 형성되며 내부가 빈 원통형 부재인 조명 수용부로 이루어져 있으며,
상기 조명 수용부에는 상기 조명부가 부착되는 태양전지를 이용한 조명장치. - 제1항에 있어서,
상기 조명부는 적어도 하나 이상의 HID 램프를 포함하는 태양전지를 이용한 조명장치. - 제4항에 있어서,
상기 HID 램프는 발광관이 세라믹 재질로 대체된 CDM 램프로 대체 가능한 태양전지를 이용한 조명장치. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지는 CIS계 태양전지인 태양전지를 이용한 조명장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 튜브 내부에는 상기 배터리부와 상기 태양전지를 연결하는 전선이 위치하는 태양전지를 이용한 조명장치. - 제1항에 있어서,
외부로부터 유선 또는 무선으로 인가되는 신호에 따라 상기 배터리부에 축전된 전압을 상기 조명부에 인가하도록 제어하는 조명 제어부를 더 포함하는 태양전지를 이용한 조명장치. - 제1항에 있어서,
상기 배터리 제어부는,
상기 태양전지의 전압을 조절하여 상기 태양전지가 항상 최대 전력을 생산할 수 있도록 하는 MPPT(Maximum Power Point Tracing) 기능을 포함하며 상기 배터리의 상태에 따라 충전량을 조절하는 태양전지를 이용한 조명장치.
Priority Applications (1)
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| KR1020110011818A KR101267974B1 (ko) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | 태양전지를 이용한 조명장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110011818A KR101267974B1 (ko) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | 태양전지를 이용한 조명장치 |
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Citations (1)
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-
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