KR102024246B1 - 염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템에 관한 것으로, 투명 강화유리(21)(22) 사이의 중앙에 위치하는 복수의 염료감응 태양전지모듈(23); 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 형성되는 문양(39)(40); 투명 강화유리(21)(22) 사이의 가장자리 부분에 마감 처리되는 소정 폭의 코킹제(27)에 의해 투명 강화유리(21)(22) 사이의 간격과 기밀이 유지되면서 염료감응 태양전지모듈(23)을 보호하는 공간부(27a); 투명 강화유리의 변부에 기밀 설치되는 테두리 부재(30); 테두리 부재(30)와 투명 강화유리 사이의 공간부에 설치되고 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 형성된 문양(39)(40)을 조명하는 LED 어레이(13); LED 어레이(13)가 장착되는 기판의 양측과 중앙에 설치되고 LED 어레이(13)가 투명 강화유리(21)(22)에 접촉하지 않도록 이격거리를 유지하는 스페이스(34)(35)(36); 투명 강화유리(21)(22)의 상부 양측과 하부 양측에 형성되는 복수의 통공(28)(29); 투명 강화유리(21)와 투명 강화유리(22)의 간격유지와 기밀이 유지되도록 통공(28)(29) 주변에 마감 처리되는 코킹제와 접착제; 난간 지주(44)(45)의 상하 부분에 안쪽 방향으로 돌출되는 전후 한 쌍의 고정부재에 형성된 통공과 상기 통공(28)(29)을 일치시켜 체결하는 볼트와 너트를 포함한다.

Description

염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템{Scenery lighting system by using dye-sensitized solar cell}
본 발명은 염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell)를 이용한 경관 조명 시스템에 관한 것으로, 염료감응 태양전지를 보호하는 투명 강화유리 표면(또는 표면과 이면)에 각인, 식각, 에칭, 레이저가공, 도색 등의 다양한 방법으로 소정의 문양을 형성하되, 각종 전원, 예컨대 염료감응 태양전지, 일반 태양전지, 풍력 등으로부터 생산되는 전기에너지와 조명수단을 이용하여 상기 문양이 경관 조명되도록 한 것이다.
최근, 전력사용량이 급증되고, 화석연료의 가격 상승, 원자력 에너지의 기피로 인해 천연에너지를 이용하려는 시도가 그 어느 때보다 활발히 이루어지고 있다. 특히, 종래에는 생산비용의 문제로 단일 방식의 대규모 집단 시설을 설치하고 이를 전력계통에 연계하여 사용하는 방법이 주를 이루었으나, 최근에는 소규모 시설을 복수로 연결하고, 다양한 방식의 발전 방법을 함께 이용하여 전력을 생산 공급하는 방법이 모색되고 있다.
이를테면, 종래에는 대규모의 태양광 발전단지, 풍력발전단지, 조력발전소 등의 발전단지를 조성하고, 발전단지로부터 생산된 전력을 전력계통에 공급함으로써 전력공급의 일부분을 담당하는 발전방식의 경우, 일정 규모 이상의 발전을 수행할 수 있는 발전단지를 선정하고 설비를 갖추어야 하므로 입지요건이 충족되는 지역이 한정되어 있어 전력분담 비율이 매우 낮은 실정이다.
한편, 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC, 染料感應太陽電池)는 산화환원 전해질로 구성되며, 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양 빛을 받아 전자를 냄으로써 전기를 생산하는 친환경 전지로, 기존 실리콘 태양전지에 비하여 제조공정이 단순하며, 이로 인해 전지 가격이 실리콘 셀 가격의 20~30% 정도로 저렴하고, 안정성이 매우 높아 10년 이상 사용하더라도 초기 효율이 거의 유지되며, 실리콘계 태양전지와 비교했을 때 일광량의 영향을 적게 받는 장점은 있으나 효율이 떨어지는 문제점이 있어 수많은 연구와 다양한 실험을 통해 성능이 크게 개선되고 있으며, 액체 전해질을 고체 전해질로 바꿔 전해질 누수나 휘발의 문제점도 해결되고 있는 등 단점이 많이 보완되고 있어서 높은 관심과 더불어 발전 가능성이 큰 전지로 평가받고 있다.
또한 염료감응 태양전지는 투명전극으로 제조할 수 있고, 다양한 디자인의 태양전지를 만들 수 있는 장점이 있어 많은 연구가 계속 진행되고 있으며, 특히 여러 분야에 응용 및 적용하려는 시도들이 꾸준히 진행되고 있다.
예컨대, 염료감응 태양전지를 단순히 평면 유리기판 위에 제작하거나, 플렉시블한 염료감응 태양전지를 가방이나 옷 등 구부러지는 곳에 적용하려는 시도만이 진행되고 있는 상황을 탈피하여, 자동차의 선루프패널이나 파노라마 선루프패널 등에 적용하려는 시도 등을 예로 들 수 있다.
도 1은 염료감응 태양전지의 셀 구조를 예시한 것으로, 제1전극(a)과, 광흡수층(b)과, 전해질(c) 및 제2전극(d)으로 구성되며, 제1전극(a) 및 광흡수층(b)을 합쳐 반도체 전극이라고도 한다.
상기 제1전극(a)으로는 투명 기판, 또는 투명의 유리기판 등이 사용되고 있으며, 투명 기판에 전도성을 부여하기 위하여 도전성과 투명성 및 높은 내열성을 갖는 주석계 산화물, 예컨대 이산화규소(silicon dioxide)를 사용할 수 있으며, 상대적으로 비용이 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 사용할 수도 있다.
상기 광흡수층(b)은 반도체 미립자 및 유기 금속 착물 염료를 포함하며, 반도체 미립자 표면에 유기 금속 착물을 용매에 분산시킨 용액을 분사, 도포 또는 침지한 후, 세척 및 건조시켜 광흡수층(b)을 제조하게 된다.
상기 전해질(c)은 전해액으로 이루어지고, 상기 광흡수층(b)을 포함하거나 또는 전해액이 광흡수층(b)에 침윤 구성된다.
이와 같이, 기존 실리콘 태양전지를 대체하고, 디자인과 색상을 다양하게 구현할 수 있는 저가형 차세대 태양전지로서 개발되고 있지만, 아직까지 실용성과 효율성이 떨어지는 문제점들이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1174117호(발명의 명칭: 염료감응 태양전지가 구비된 부표 및 이를 포함하는 태양광 발전, 2012. 08. 16. 특허공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1049786호(발명의 명칭: 태양광발전장치의 통합관리시스템, 2011. 07. 19. 특허공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0110699호(발명의 명칭: 일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템, 2012. 10. 10. 특허공개)
본 발명은 염료감응 태양전지를 보호하는 투명 강화유리 표면(또는 표면과 이면)에 각인, 식각, 에칭, 레이저가공, 도색 등의 다양한 방법으로 소정의 문양을 형성하되, 염료감응 태양전지로부터 생산되는 전기에너지와 조명수단을 이용하여 상기 문양이 조명되도록 한 염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템을 제공함에 목적이 있다.
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본 발명은 소정 두께와 소정 평면적의 투명 강화유리(21)(22) 사이의 중앙에 위치하는 복수의 염료감응 태양전지모듈(23); 상기 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 형성되는 문양(39)(40); 상기 투명 강화유리(21)(22) 사이의 가장자리 부분에 마감 처리되는 소정 폭의 코킹제(27)에 의해 투명 강화유리(21)(22) 사이의 간격과 기밀이 유지되면서 염료감응 태양전지모듈(23)을 보호하는 공간부(27a); 상기 투명 강화유리(21)(22)의 변부에 기밀 설치되는 테두리 부재(30); 상기 테두리 부재(30)와 투명 강화유리(21)(22) 사이의 공간부에 설치되고 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 형성된 문양(39)(40)을 조명하는 LED 어레이(13); 상기 LED 어레이(13)가 장착되는 기판의 양측과 중앙에 설치되고 LED 어레이(13)가 투명 강화유리(21)(22)에 접촉하지 않도록 이격거리를 유지하는 스페이스(34)(35)(36); 투명 강화유리(21)(22)의 상부 양측과 하부 양측에 형성되는 복수의 통공(28)(29); 투명 강화유리(21)와 투명 강화유리(22)의 간격유지와 기밀이 유지되도록 통공(28)(29) 주변에 마감 처리되는 코킹제와 접착제; 난간 지주(44)(45)의 상하 부분에 안쪽 방향으로 돌출되는 전후 한 쌍의 고정부재(49)(49a)(50)(50a)(51)(52)에 형성된 통공과 상기 통공(28)(29)을 일치시켜 체결하는 볼트와 너트를 포함한다.
상기 염료감응 태양전지모듈(23)의 전력출력단자(25)(26)는 투명 강화유리(21)(22) 사이의 공간부(27a)와 테두리 부재(30)에 형성되는 인출공을 통하여 경관조명장치(20) 외부의 제어부(5)에 전선으로 연결되어 생산된 전력을 충전 및 LED 전원으로 사용할 수 있다.
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본 발명은 염료감응 태양전지모듈(23)로부터 생산되는 전력과 LED 조명에 의해 투명 강화유리(21)(22) 안쪽 표면에 형성되는 소정의 문양(39)(40)이 조명되면서 컬러-풀(Colorful) 한 경관미가 제공되는 효과가 있다.
본 발명은 날씨가 흐리거나 주변이 어둡더라도 염료감응 태양전지모듈(23)에 의해 조달되는 자체 전력과 LED 조명으로 인해 경관조명장치(20)의 조명이 달성되는 효과가 있다.
본 발명은 조도센서(9)에 의한 주변조도(밝기, 광량)에 따라 LED 어레이(13)의 온(ON)/오프(OFF) 및/또는 점멸 및/또는 발광량이 제어되거나, 또는 계절별 일몰시간 및 일출시간을 감안한 타이머(18)로 LED 어레이(13)의 온(ON)/오프(OFF) 및/또는 점멸 및/또는 발광량이 제어되는 효과가 있다.
본 발명은 고효율의 마이크로 인버터(micro inverter) 또는 고효율 고주파 방식의 마이크로 인버터(19)에 의해 염료감응 태양전지모듈(23)로부터 생산되는 전력 또는 실리콘 태양전지모듈(3)로부터 생산되는 전력의 효율과 안정성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은, 각종 장소나 대상, 이를테면, 난간, 캐노피, 피로티, 승강장, 시설물, 지붕, 벽체, 가로등, 전신주, 열주등, 폴라드 등에 간편하게 설치하거나 적용할 수 있으며, 두께가 얇고 강화유리로 보호되므로 필요로 하는 기능이 달성되며, 발전시설을 겸하며, 생산된 전력은 현장 시설물의 조명이나 필요한 전원으로 바로 이용할 수 있어서 효율성이 우수한 효과가 있다.
본 발명은 난간대 등에 설치하는 경우 경관조명장치(20)로 대체할 수 있어서 별도의 설치면적이 불필요하며, 별도의 면적이나 거치대가 필요 없는 효과가 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지모듈(23)에 의한 주(主)전원으로 상시 경관 조명이 달성되지만, 상황 여건에 따라 실리콘 태양전지모듈(3)이나 풍력발전장치(4)를 이용한 보조(補助)전원을 이용하여 경관 조명을 달성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 잉여 생산 전력을 이용하여 주변의 각종 시설물의 직류전원 및 교류전원으로 제공할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 염료감응 태양전지의 셀(Cell) 구조도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 경관 조명시스템의 구성도.
도 2a : 본 발명 다른 예로 도시한 경관 조명시스템의 구성도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 경관 조명장치의 사시도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 도 3의 부분 단면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 경관조명장치의 정면도.
도 6 : 본 발명 다른 예로 도시한 경관조명장치의 정면도.
도 7 : 본 발명 다른 예로 도시한 도 5의 단면도.
도 8 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 경관조명장치의 단면도.
도 9 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 경관조명장치의 사용 상태 단면도.
도 10 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 경관조명장치의 사용 상태 단면도.
도 11 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 경관조명장치의 사용 상태 단면도.
도 12 : 본 발명 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 13 : 본 발명 일 예로 도시한 사용 상태 단면도.
도 14 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 단면도.
도 15 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 16 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 17 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 18 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 19 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 20 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 정면도.
도 21 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 사용 상태 측면도.
도 22 : 본 발명 일 예로 도시한 순서도.
도 23 : 본 발명 일 예로 도시한 사시도.
도 24 : 본 발명 도 23의 야간 경관 조명 상태 사시도.
도 25 : 본 발명 다른 예로 도시한 사시도.
도 26 : 본 발명 도 25의 야간 경관 조명 상태 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
도 2는 본 발명 일 예로 도시한 경관 조명시스템(1)의 전체 구성도를 나타낸 것으로, 염료감응 태양전지모듈(23)과, 실리콘 태양전지모듈(3)과, 풍력발전장치(4) 등으로 구성되는 전력생산수단(2)과, 전력생산수단(2)으로부터 생산된 전력을 충전부(6)로 충전 및 제어하고 부하를 제어하며 유/무선 통신네트워크(16)를 이용하여 관제소(17)와 통신하면서 경관조명장치(20)를 제어하는 제어부(5)를 포함한다. 상기 염료감응 태양전지모듈(23)은 주(主)전력에 해당하고, 실리콘 태양전지모듈(3)과 풍력발전장치(4) 등은 보조(補助)전력에 해당한다.
상기 제어부(5)의 입력에는 복수의 키패드, 또는 터치스크린 등으로 구성되고 경관 조명시스템(1)의 동작상태와 제어상태 등을 설정하고 데이터를 입력하는 설정부(7)와, 동작상태 제어상태 입출력데이터 등이 화면출력되는 표시부(8)와, 주변조도를 감지하는 조도센서(9)를 포함하며, 제어부(5)의 입출력에는 전력생산수단(2)에 의해 생산된 전력을 상시 이용할 수 있도록 배터리(Battery), 또는 2차 전지에 충전하는 충전부(6)와, 경관조명장치(20)에 설치되는 복수의 LED 어레이(13)로 동작전원을 공급하는 조명드라이브(10)와, 교류부하(14)로 교류전원을 공급하는 인버터(11)와, 직류부하(15)로 직류전원을 공급하는 컨버터(12)를 포함한다.
상기 제어부(5)의 입력에는 LED 어레이(13)를 제어하는 타이머(18)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 LED 어레이(13)를 제어하는 수단으로는 상기와 같이, 조도센서(9)를 이용하여 주변조도(밝기, 광량)에 따라 LED 어레이(13)의 온(ON)/오프(OFF) 및/또는 점멸 및/또는 발광량이 제어되거나, 계절별 일몰시간 및 일출시간을 감안한 타이머(18)로 LED 어레이(13)의 온(ON)/오프(OFF) 및/또는 점멸 및/또는 발광량이 제어되게 경관 조명을 구성할 수 있다.
즉, 설정부(7)를 이용하여 조도센서(9)에 의해 LED 어레이(13)가 온(ON)/오프(OFF) 제어되도록 설정하거나, 또는 타이머(18)에 의해 LED 어레이(13)가 온(ON)/오프(OFF) 제어되도록 설정할 수 있다.
상기 인버터(11)는 제어부(5)에서 출력되는 펄스 형태의 직류 전압(VDC)을 전력계통과 동기하는 교류전압(Vac)으로 변환하여 교류부하(14), 또는 전력계통에 인가하는 수단으로서, 제어부(5)에서 출력되는 복수 개의 인버터 제어신호(PWM)에 따라 스위칭 동작을 수행하는 복수 개의 인버터 스위칭 소자와 주변회로를 포함하며, 상기 컨버터(12)는 제어부(5)에서 출력되는 복수 개의 인버터 제어신호(PWM)에 따라 스위칭 동작을 수행하는 복수 개의 스위칭 소자와 정류회로를 포함한다. 상기 인버터(11)는 전력생산수단(2) 및/또는 충전부(6)의 전력을 상용전원, 예컨대 220 Volt로 승압시켜 교류부하(14)를 동작시킬 수 있다.
상기 컨버터(12)는 염료감응 태양전지모듈(23)에서 생산된 출력 전압을 전파 정류된 정현파 형태의 직류 전압으로 변환하는 수단으로서, 플라이백(flyback) 컨버터, 벅 부스트(buck-boost) 컨버터, 푸쉬풀(push-pull) 컨버터, 하프 브리지(half-bridge) 컨버터, 풀 브리지(full-bridge) 컨버터 등이 사용될 수 있으며, 컨버터를 기반으로 하여 변형된 형태의 컨버터도 사용될 수 있음은 물론이며, 직류부하(15)에 접합한 직류전원, 예컨대, 5V, 12V, 24V, 36V, 48V 등의 직류전압을 출력할 수 있다.
상기 조도센서(9)는 광도전셀(CDS), 광센서(Photo-Sensor) 등을 예로 들 수 있으며, 도 14와 같이 주변 조도를 감지할 수 있게 설치되며, 주변 조도를 감지하여 제어부(5)로 입력하면 제어부(5)는 설정된 조도값으로 조명드라이브(10)를 제어함으로써 경관조명장치(20)에 설치되는 복수의 LED 어레이(13)로 적정의 동작전원이 공급되며, 또한 설정 광량으로 LED 어레이(13)가 조명된다.
한편, 태양 전지의 특성은 일사량 및 온도 등 주변 환경에 따라 변하기 때문에 출력 전압, 및 출력 전류도 주변환경에 따라 쉽게 변하게 되며, 이에 따라 태양 전지에서 발생되는 전압과 전류는 비선형성 관계를 갖게 된다. 이러한 특성 때문에 태양 전지 모듈을 직렬이나 병렬로 연결할 경우 시간에 따라 다른 전압에서 최대 전력을 생산하는 것이 대부분이어서 효율성의 측면에서 문제점이 있다.
아울러 여러 개의 태양 전지 모듈을 직렬이나 병렬로 연결한 경우, 구름이 지나가거나 근처의 사물에 의해서 태양 전지 모듈에 그늘이 지게 되면 어레이 형태로 구성된 태양광 모듈의 전압 및 전류에 따라 최대 전력 발전을 할 수 있는 포인트가 달라지게 되며, 또한 염료감응 태양전지, 결정질 태양전지, 비결정질 태양전지 등 태양전지의 종류에 따라 발전 포인트가 달라질 수 있으며, 나아가 같은 종류의 태양전지 모듈이라도 생산 시 제조 오차에 의해서 발전 포인트가 서로 다를 수 있다.
특히, 태양 전지 모듈이 직렬로 연결된 경우에는 가장 낮은 전류가 흐르는 모듈이 전체 전류 값을 결정하게 되고 병렬 연결될 경우에는 가장 낮은 전압이 전체 전압을 결정하게 된다. 이러한 현상 때문에 다수의 모듈이 다른 발전 포인트가 있지만 하나의 모듈에 의해서 발전 포인트가 결정되기 때문에 전체 태양광 발전 시스템의 효율이 저하될 수 있다. 또한 태양 전지 모듈의 전압이 인버터 동작 전압 이하로 내려가게 되면 인버터가 오프되어 발전 전력의 손실이 있을 수 있으며, 경우에 따라 인버터의 고장은 발전 전력 전체의 손실을 야기할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 마이크로 인버터를 부가 구성하여 상기와 같은 종래 문제점을 해소할 수 있다.
이를테면, 도 2a와 같이 염료감응 태양전지모듈(23), 또는 염료감응 태양전지모듈(23)과 실리콘 태양전지모듈(3)의 출력에 고효율의 마이크로 인버터(micro inverter) 또는 고효율 고주파 방식의 마이크로 인버터(19)를 연결하여 염료감응 태양전지모듈(23)로부터 생산되는 전력 또는 실리콘 태양전지모듈(3)로부터 생산되는 전력의 효율을 안정적으로 높일 수 있도록 구성한 것이다.
상기 마이크로 인버터(19)는, 염료감응 태양전지모듈(23), 또는 실리콘 태양전지모듈(3)로부터 얻어진 직류 전력을 승압하는 직류-직류 전력 변환부와, 상기 승압 직류-직류 전력 변환부에 연결되는 고주파 변압기와, 상기 고주파 변압기에 연결되는 직류-교류 전력 변환부를 포함하며, 상기 직류-교류 전력 변환부의 출력은 충전부(6) 및/또는 제어부(5) 및/또는 상용 전원계통에 접속되며, 상기 제어부(6)는 마이크로 인버터(19)의 온(ON)/오프(OFF) 및/또는 동작 상태를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명 일 예로 도시한 경관조명장치(20)의 사시도로, 복수의 염료감응 태양전지모듈(23)이 중앙에 위치하고, 염료감응 태양전지모듈(23)의 양측면(또는 전후면)에는 소정 두께와 소정 평면적을 갖는 한 쌍의 투명 강화유리(21)(22)가 밀착되거나 소정의 틈을 두고 이격 설치된다.
상기 투명 강화유리(21)(22) 사이의 가장자리 부분(테두리 부분)에는 도 4와 같이 소정폭의 코킹제(27)로 마감 처리하여 양측 투명 강화유리(21)(22) 끼리의 적정 간격이 유지되도록 함으로써 투명 강화유리(21)(22) 사이 공간부(27a)에 위치하는 염료감응 태양전지모듈(23)이 보호되며, 상기 코킹제(27)로 마감 처리할 때 접착제로 접합하는 등의 방법으로 공간부(27a)의 기밀(氣密, 또는 水密)이 유지된다.
상기 투명 강화유리(21)(22)의 가장자리 부분(변부)에는 도 7 내지 도 9와 같이 비산화 고강도의 부재, 예컨대 스텐레스, 황동, 합금, 고강도 수지 등으로 구성되는 "⊂" 형상의 테두리 부재(30)로 감싸 보호되며, 투명 강화유리(21)(22)와 테두리 부재(30)가 접하는 부분이나 접촉면에는 내열성 및 내마모도가 우수한 실리콘(실란트 등), 또는 패킹 등의 방수재로 수밀(水密, 방수)이 유지되도록 마감처리된다.
상기 테두리 부재(30)와 투명 강화유리(21)(22) 사이에는 공간부가 형성되며, 상기 공간부에는 조명드라이브(10)의 기판에 전기적으로 장착된 LED 어레이(13)가 설치되어 투명 강화유리(21)(22)로 조명할 수 있도록 구성되며, 조명드라이브(10)의 기판 양측과 중앙에 스페이스(34)(35)(36)가 설치되어 LED 어레이(13)가 투명 강화유리(21)(22)에 접촉하지 않도록 이격 거리가 유지되도록 함으로써 LED 발광부(Chip)의 파손이나 변형이 방지된다.
본 발명에서 상기 테두리 부재(30)에 의해 경관조명장치(20)의 테두리 부분이 크게 보강 및 보호되며, 도 5, 도 6은 투명 강화유리(21)(22)의 변부에 테두리 부재(30)를 빙둘러 설치한 정면도로, 도 5는 테두리 부재(30)의 모서리 부분이 사각이나 사각에 가깝도록 구성되고, 도 6은 테두리 부재(30)의 모서리 부분에 소정 곡률 반경의 만곡부(30a)를 형성하여 미려함을 추구한 것이다.
상기 LED 어레이(13)는 충분한 조명, 또는 필요에 의해 투명 강화유리(21)(22)의 일측면이나 상하 측면, 또는 좌우 측면, 또는 사방 측면 중 어느 하나에 설치되어 투명 강화유리(21)(22)에 형성되는 문양(39)(40)의 적정 조명이 이루어지면서 경관조명장치(20)의 경관 조명이 훌륭히 달성된다.
상기 염료감응 태양전지모듈(23)의 전력출력단자(25)(26)는 테두리 부재(30)에 형성되는 인출공(도시안됨), 또는 공간부(27a)와 테두리 부재(30)에 형성되는 인출공을 통하여 경관조명장치(20) 외부로 인출된 다음 제어부(5)에 전선으로 연결되어 생산된 전력을 충전 및 LED 전원 등으로 사용할 수 있게 되며, 복수의 염료감응 태양전지모듈(23) 끼리는 복수의 접속단자(24)(C)에 의해 직렬 연결, 또는 병열 연결, 또는 직병열 혼합형으로 연결된다.
상기 투명 강화유리(21)(22)의 상부 양측과 하부 양측에는 고정수단, 이를테면 지지수단이나 고정수단의 볼트 등이 통과할 수 있도록 복수의 통공(28)(29)이 형성되며, 상기 통공(28)(29) 주변에는 코킹제와 접착제에 의해 투명 강화유리(21)(22)간의 간격유지와 수밀(水密)과 기밀(氣密)이 유지되도록 마감 처리된다.
상기 염료감응 태양전지모듈(23)은 수밀(水密)과 기밀(氣密)이 유지되는 투명 강화유리(21)(22)의 공간부(27a)에 위치하므로 외부 환경과 차단되면서 안전하게 보호될 뿐 아니라 산화 및 손상 등이 방지되어 수명 단축이 방지된다. 즉, 외부환경에 노출되지 않아 자연환경하에서 자외선, 눈, 비비람, 대기오염물질, 온도차 등에 의한 스트레스와 산화 및 노후화 등이 예방된다.
상기 투명 강화유리(21)(22)는 투명이므로 염료감응 태양전지모듈(23)로 주변광이나 태양광이 양호하게 전달되므로 전력생산에 거의 영향을 주지 않는다.
한편, 본 발명에서는 투명 강화유리(21)(22) 표면에 문양(39)(40)을 형성하고 LED 에러이(13)로 조명함으로써 경관조명장치(20)의 훌륭한 경관미가 부여된다.
예컨대, 투명 강화유리(21)(22)의 표면에 소정의 각종 문양(문자, 숫자, 도형, 이미지, 그래픽 등)(39)(40)을 각인, 식각, 에칭, 레이저가공, 도장, 도막 코팅, 피막 코팅 등의 다양한 방법으로 형성함으로써, 특히 주변이 어둡거나 야간에 문양(39)(40) 들이 LED 어레이(13)에 의해 조명되면서 투명 강화유리(21)(22) 전면으로 컬러-풀(Colorful)한 경관미가 표현 및 제공된다.
상기 문양이나 문양 이미지로는, 인물 이미지, 상징물 이미지, 사물 이미지, 추상 이미지, 정형 이미지, 문자, 숫자, 도형, 홀로그램 등을 포함하며, 적어도 이들 하나 이상의 복합 이미지일 수 있다.
도 3, 도 5, 도 6은 투명 강화유리(21)(22) 표면에 문양(39)(40)을 형성하지 않은 상태의 경관조명장치(20)를 도시한 것으로, 필요에 따라 문양(39)(40)을 생략할 수 있으며, 도 4, 도 7 내지 도 11, 도 13, 도 14와 같이 투명 강화유리(21)(22) 안쪽 표면에 문양(39)(40)을 형성할 수 있다.
도 15, 도 19는 투명 강화유리(21)의 안쪽 표면에 크기가 상이한 복수의 하늘소 문양(39)을 투명이나 반투명으로 형성한 예를 도시한 것이고, 도 16, 도 20은 투명 강화유리(21)의 안쪽 표면에 'Colorful DAEGU' 문자와 복수의 '●'으로 구성된 문양(39)을 형성한 예를 도시한 것이고, 도 17은 투명 강화유리(21)의 안쪽 표면에 상호 '제림이엔지'와 연락처 '전화 : 053) 123-4567, 팩스 : 053)113-4568'로 구성된 광고 문양(39)을 형성한 예를 도시한 것이다.
상기 LED 어레이(13)는 문양(39)(40)이 효과적이거나 예술적으로 조명될 수 있도록 설치된다. 예컨대, 경관조명장치(20)의 가장자리 부분에 설치되는 적어도 하나 이상의 LED 및 LED 어레이(13), OLED, TOLED 등을 포함할 수 있다.
상기 문양(39)(40)은 투명 강화유리(21)(22)의 바깥 표면에 형성할 수도 있으나, 문양(39)(40)이 외부로 노출되면 외부의 다양한 환경에 따른 스트레스와 손상 및 변형이나 손괴가 초래될 뿐 아니라, 문양(39)(40) 형상이나 모양이 반투명이나 불투명에 가까울 경우 조명효율도 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에서는 도 7 내지 도 11과 같이 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 문양(39)(40)을 각각 형성함이 바람직하다.
본 발명에서 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 문양(39)(40)을 형성함으로써 반대편에서 볼 때 양각 형태의 문양(39)(40)이 되며, 따라서, LED 어레이(13)의 조명광은 투명 강화유리(21)(22)의 측면을 통하여 투명 강화유리(21)(22) 내부로 입사된 다음 양각 형태(반대편에서 볼 때 음각된 돌출부)의 문양(39)(40)에 일부 난반사되면서 문양(39)(40)의 효율적인 조명이 이루어진다.
본 발명에서 LED 어레이(13)는, 투명 강화유리(21)(22)의 일측면에 설치하거나, 또는 투명 강화유리(21)(22)의 상하 측면에 설치하거나, 또는 투명 강화유리(21)(22)의 좌우 측면에 설치하거나, 또는 투명 강화유리(21)(22)의 사방 측면에 설치할 수 있다.
본 발명에서 투명 강화유리(21)(22)의 일측면에 LED 어레이(13)를 설치하는 경우, 도 7과 같이 투명 강화유리(21)(22)의 타측면(반대면)에는 LED 어레이(13) 대신 광(光) 반사수단인 반사판(37)을 설치함으로써 투명 강화유리(21)(22) 내부로 입사되는(투과되는) LED 어레이(13)의 일부 조명광(L1)은 문양(39)(40)에 반사되고 일부의 조명광(L1)은 반사판(37)에 의해 반사되는 반사광(L2)에 의해 전체 문양(39)(40)이 난반사 조명광(L3)에 조명되므로 문양(39)(40)의 조명이 달성된다.
도 7에서 38은 반사판(37)의 저부를 지지하는 완충재, 또는 플렉시블한 지지부재이다. 상기 반사판(37)은, 경면 가공이나 반사물질이 표면에 코팅되어 반사효율이 우수하고 파손이나 변형이 어려운 재질의 판재가 바람직하다.
본 발명에서 도 9 내지 도 11과 같이 LED 어레이(13)를 투명 강화유리(21)(22)의 일측면에 설치하는 경우, 투명 강화유리(21)(22)의 타측면(반대면)에도 LED 어레이(13)를 설치함으로써 투명 강화유리(21)(22) 양측면으로 투과되는 LED 조명광(L1)이 문양(39)(40)에 부딪치면서 난반사되므로 문양(39)(40)의 훌륭한 조명이 달성된다.
본 발명에서 투명 강화유리(21)(22)의 사방 측면으로 LED 어레이(13)를 설치한 경우, 투명 강화유리(21)(22)의 사방에서 투명 강화유리(21)(22) 내부로 입사(투과)되는 LED 조명광들이 문양(39)(40)으로 부딪치면서 난반사되므로 문양(39)(40)의 훌륭한 조명이 달성된다.
도 8은 LED 어레이(13)로 전원이 공급되지 않아 조명되지 않는 상태의 단면도이고, 도 9는 제어부(5)의 제어에 의해 전면 LED 어레이(13)로 전원이 공급되면서 전면 투명 강화유리(21)에 형성된 문양(39)이 조명되는 상태의 단면도이고, 도 10은 제어부(5)의 제어에 의해 후면 LED 어레이(13)로 전원이 공급되면서 후면 투명 강화유리(22)에 형성된 문양(40)이 조명되는 상태의 단면도이고, 도 10은 제어부(5)의 제어에 의해 전후면 LED 어레이(13)로 전원이 각각 공급되면서 전후면 투명 강화유리(21)(22)에 각각 형성된 문양(39)(40) 들이 각각 조명되는 상태의 단면도이다.
본 발명이 적용되거나 설치되는 대상으로는 경관조명장치(20)를 설치할 수 있는 크기 및/또는 공간을 가지면서 일정 이상의 태양광을 접할 수 있는 각종 시설물이나 구조물, 조형물 및 토목 건축물, 자연물 등을 포함한다.
예컨대, 본 발명의 경관조명장치(20)의 적용 장소 및 대상으로는, 경관조명장치(20)가 설치될 수 있는 크기와 공간을 구비하는 난간, 캐노피, 피로티, 승강장, 시설물, 지붕, 벽체, 가로등, 전신주, 열주등, 폴라드, 조형물, 전망대, 탑, 종루, 망루, 대합실, 정류장, 피로티, 베란다, 옥상, 옥탑, 창문, 벽면, 전망대, 교량, 육교, 가로등, 신호등, 각종 운송수단, 각종 비행수단, 각종 선박, 각종 고정물 등을 예로 들수 있으며, 이들 크기에 맞춰 크기를 구성하거나 별도의 지지부재를 이용하여 간편하게 설치하거나 적용할 수 있으며, 투명 강화유리(21)(22)에 의해 염료감응 태양전지모듈(23)과 문양(39)(40)들이 보호되므로 훌륭한 경관 조명이 달성된다.
도 12는 본 발명에서 교량이나 도로, 인도 등에 설치되는 난간이나 난간대에 경관조명장치(20)를 설치한 상태의 정면 예시도이고, 도 13, 도 14는 단면 예시도로, 난간 지주(44)(45)의 상하 부분에 안쪽 방향으로 돌출되는 전후 한 쌍의 고정부재(49)(49a)(50)(50a)(51)(52) 사이에 경관조명장치(20)를 끼워 고정부재(49)(49a)(50)(50a)(51)(52)에 형성된 통공과 경관조명장치(20)에 형성된 통공(28)(29)을 일치시킨 다음 볼트(53)(54)(55)(56)와 너트(53a)(54a)로 각각 체결시키면 난간 지주(44)(45)에 견고하게 고정된다.
상기에서 난간 지주(44)(45)와 경관조명장치(20) 사이와, 상하 가로부재(48)(49)와 경관조명장치(20) 사이에 소정의 이격거리를 유지함으로써 전체적인 조화와 균형미가 부여되고, 경관조명장치(20)가 난간대로부터 이격되어 완충 보호된다.
도 12에서 난간 지주(44)(45)의 하부는 베이스 부재(42)와 앵커(43)에 의해 난간(41)에 고정되고, 난간 지주(44)(45)의 상부는 연결부재(46)(47)에 의해 상부 가로부재(48)에 연결된다.
본 발명에서 배터리를 포함한 충전부(6)와 제어부(5)는 난간 지주(44)(45)의 중공부에 설치하거나, 가로부재(49)의 중공부에 설치할 수 있으며, 설정부(7)는 난간 지주(44)(45)나 가로부재(49)의 외부로 노출시켜 조작할 수 있도록 구성하거나, 또는 제어부(5)에 접속되는 통신네트워크(16)를 이용하여 관제소(17)에서 원격으로 설정하거나 제어할 수 있다.
본 발명에서 조도센서(9)는 경관조명장치(20)가 설치되는 주변, 이를테면 도 14와 같이 하부 가로부재(49)의 일단에 설치하여 주변 조도가 감지되어 제어부(5)로 입력되게 함으로써 LED 어레이(13)를 제어하는 방법으로 경관조명장치(20)의 경관 조명이 자동 제어된다.
도 18 내지 도 20은 난간 지주(44)(45)의 전면에 실리콘 태양전지모듈(3)을 설치하여 장기간 장마, 또는 충전부(6)의 고장 등에 의해 전원이 부족한 경우 보조(補助)전원으로 이용할 수 있도록 한 것이다. 물론 경관조명장치(20)가 설치되는 주변 상공에 풍력발전장치(4)를 설치하여 보조(補助)전원으로 이용할 수도 있다.
도 21은 피로티(64)의 지붕 대신에 경관조명장치(20)를 소정 구배로 기울어지게 설치하여 지붕과 경관조명을 겸할 수 있음을 도시한 것으로, 63은 지주이고, 60은 지주 결합부재이고, 61은 보도이고, 62는 노면을 도시한 것이다.
도 22는 경관조명장치(20)의 조명 제어 흐름도를 예시한 것으로, 조도센서(9)와 제어부(5)에 의해 주변 조도에 따라 경관조명장치(20)의 LED 어레이(13)가 온(ON)/오프(OFF)되거나 조명 광량이 설정된 광량(밝기)으로 제어되면서 경관조명장치(20)의 경관 조명이 달성된다.
즉, 제어부(5)의 설정부(7)를 통하여 조도센서(9)에 의한 LED 어레이(13)의 동작조건, 즉 동작 조도를 설정한 상태에서(S11 단계), 전력생산수단(2)에 의해 발전된 전력이 공급되고(S12 단계) 충전부(6)에 충전되며(S13 단계), 충전이 양호한 상태이고(S14 단계), 조도센서(9)로부터 입력되는 조도값이 설정된 조도이면(S14 단계), 조명드라이브(10)를 통하여 LED 어레이(13)로 전력이 공급되어 점등되면서 경관조명이 이루어지며, 제어부(5)로 입력되는 조도값이 설정 조도(기준 조도)를 벗어나면 제어부(5)의 소등신호에 의해 LED 어레이(13)로 공급되는 전력이 차단되면서 소등된다.
본 발명에서 타이머(18)에 의한 시간 제어의 경우, 제어부(5)의 설정부(7)를 통하여 LED 어레이(13)의 계절별 일몰시간 및 일출시간을 고려하여 설정된 시간이 설정되며, 전력생산수단(2)에 의해 발전된 전력이 공급되고 충전부(6)에 충전되며(S13 단계), 충전이 양호한 상태이고(S14 단계), 타이머(18)에 의한 설정시간 범위이면 조명드라이브(10)를 통하여 LED 어레이(13)로 전력이 공급 및 점등되면서 경관조명이 이루어지며, 설정시간을 벗어나면 제어부(5)의 소등신호에 의해 LED 어레이(13)로 공급되는 전력이 차단되면서 소등된다.
도 23은 각종 곤충이 표면에 각인(형성)된 경관조명장치(20) 또는 염료감응 태양전지모듈(23)이 설치되지 않은 경관조명장치(20)를 난간 등에 나열(또는 배열) 설치함으로써 전체 경관미가 상승되게 구성할 수 있음을 도시한 것이고, 도 24는 야간이거나 어두운 경우 조명에 의해 곤충이 집중 조명되는 상태의 사시도이고, 도 25는 각종 조류가 표면에 각인(형성)된 경관조명장치(20) 또는 염료감응 태양전지모듈(23)이 설치되지 않은 경관조명장치(20)를 난간 등에 나열 설치함으로써 복수의 조류에 의해 전체 난간의 경관미가 상승되게 구성할 수 있음을 도시한 것이고, 도 26은 야간이거나 어두운 경우 조명에 의해 조류가 집중 조명되는 상태의 사시도이다.
본 발명은 경관조명장치(20)에 설치되는 염료감응 태양전지모듈(23)을 이용하여 생산한 전력으로 경관조명장치(20)에 설치된 LED 어레이(13)를 동작시켜 조명하므로 외부전원 도움없이 자체 전력으로 경관 조명이 가능하며, 잉여전력은 인버터(11) 및 컨버터(12)를 이용하여 주변에 위치하는 각종 부하(負荷)의 직류전원이나 교류전원으로 공급할 수 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지모듈(23)에 의한 주(主)전원과 실리콘 태양전지 모듈(3)이나 풍력발전장치(4)에 의한 보조(補助)전원을 이용하여 경관 조명을 상시 운용할 수 있다.
본 발명은 난간대 등의 경우 보호대 대신 조명수단이 대체 설치되므로 별도의 설치면적이 불필요하며, 별도의 면적이나 거치대가 필요 없으며, 날씨가 흐리거나 주변이 어둡더라도 염료감응 태양전지모듈(23)에 의해 전력이 생산되므로 경관조명장치(20)나 주변 시설물에 바로 이용할 수 있다.
본 발명에서 투명 강화유리 표면에 문양(39)(40)을 코팅 형성하는 경우, a) 투명 강화유리를 소정 크기로 절단하고 컴퓨터 디자인을 준비하는 단계, b) 투명 강화유리(21)(22) 표면에 세라믹 도료에 의한 컴퓨터 디자인을 프린팅하는 단계, c) 디자인이 프린팅된 투명 강화유리를 건조로에 투입시켜 프린팅 이미지를 80℃ ~ 200℃로 소정시간 건조하는 단계, d) 소성로에 투입시켜 740~760℃의 온도로 투명 강화유리를 소정시간 소성하는 단계, f) 소성이 끝난 투명 강화유리를 끄집어낸 다음 자연 냉각시켜 완성하는 단계로 된다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
(1)--경관 조명시스템 (2)--전력생산수단
(3)--실리콘 태양전지모듈 (4)--풍력발전장치
(5)--제어부 (6)--충전부
(7)--설정부 (8)--표시부
(9)--조도센서 (10)--조명드라이브
(11)--인버터 (12)--컨버터
(13)--LED 어레이 (14)--교류부하
(15)--직류부하 (16)--통신네트워크
(17)--관제소 (18)--타이머
(19)--마이크로 인버터 (20)--경관조명장치
(21)(22)--투명 강화유리 (23)--염료감응 태양전지모듈
(24)(C)--접속단자 (27)--코킹제
(27a)--공간부 (28)(29)--통공
(30)--테두리 부재 (34)(35)(36)--스페이스
(39)(40)--문양 (41)--난간
(L1)--조명광 (L2)--반사광
(L3)--난반사 조명광

Claims (2)

  1. 소정 두께와 소정 평면적의 투명 강화유리(21)(22) 사이의 중앙에 위치하는 복수의 염료감응 태양전지모듈(23);
    투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 형성되는 문양(39)(40);
    투명 강화유리(21)(22) 사이의 가장자리 부분에 마감 처리되는 소정 폭의 코킹제(27)에 의해 투명 강화유리(21)(22) 사이의 간격과 기밀이 유지되면서 염료감응 태양전지모듈(23)을 보호하는 공간부(27a);
    투명 강화유리(21)(22)의 변부에 기밀 설치되는 테두리 부재(30);
    테두리 부재(30)와 투명 강화유리(21)(22) 사이 공간부에 설치되고 투명 강화유리(21)(22)의 안쪽 표면에 형성된 문양(39)(40)을 조명하는 LED 어레이(13);
    투명 강화유리(21)(22)의 타측면에 설치되는 반사판(37) 및 반사판(37)의 저부를 지지하는 완충재(38);
    LED 어레이(13)가 장착되는 기판의 양측과 중앙에 설치되고 LED 어레이(13)가 투명 강화유리(21)(22)에 접촉하지 않도록 이격거리를 유지하는 스페이스(34)(35)(36);
    투명 강화유리(21)(22)의 상부 양측과 하부 양측에 형성되는 복수의 통공(28)(29);
    투명 강화유리(21)와 투명 강화유리(22)의 간격유지와 기밀이 유지되도록 통공(28)(29) 주변에 마감 처리되는 코킹제와 접착제;
    난간 지주(44)(45)의 상하 부분에 안쪽 방향으로 돌출되는 전후 한 쌍의 고정부재(49)(49a)(50)(50a)(51)(52)에 형성된 통공과 상기 투명 강화유리(21)(22)의 통공(28)(29)을 일치시켜 체결하는 볼트(53)(54)(55)(56)와 너트(53a)(54a);
    를 포함하고,
    상기 염료감응 태양전지모듈(23)의 전력출력단자(25)(26)는 투명 강화유리(21)(22) 사이의 공간부(27a)와 테두리 부재(30)에 형성되는 인출공을 통하여 경관조명장치(20) 외부의 제어부(5)에 전선으로 연결되어 생산된 전력을 충전 및 LED 전원으로 사용할 수 있도록 함을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템.
  2. 삭제
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