KR20120045915A - 스마트 윈도우 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 윈도우 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지, 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부, 구동 전원의 인가에 따라 색상이 변경되는 전기변색소자부, 전원 변환부의 작동을 제어하기 위한 제1 입력신호를 생성하는 입력부 및 제1 입력신호에 따라 구동 전원을 전기변색소자부로 인가하도록 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함하고, 전기변색소자부는 제1 투광성전극이 구비된 제1 기판, 제1 기판과 대향하고 제2 투광성전극이 구비된 제2 기판 및 제1 투광성전극과 제2 투광성전극 사이의 전기변색소자를 포함하고, 태양전지는 제1 기판 및 제2 기판 사이에서 전기변색소자의 측면에 위치할 수 있다. 이에 의해, 태양광을 구동전원으로 사용하여, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있으며, 태양광 및 태양열의 투과량을 조절할 수 있다.
Description
본 발명은 스마트 윈도우 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 구동전원으로 사용할 수 있는 스마트 윈도우 장치에 관한 것이다.
최근 유리산업은 에너지 절감효과와 친환경 재료의 사용을 바탕으로 하여 기존 유리의 특성을 변화시켜 보다 양질의 재료를 생산해 내고자 한다. 또한 인위적으로 가시광선에 대한 투과율을 조절할 수 있는 유리 제작의 필요성이 대두 되면서 스마트 윈도우(smart window)라는 신소재유리가 주목받고 있다.
한편, 전기변색소자(Electrochromic Device: ECD)는 전장(Electric field)을 가하면, 전류의 흐름에 의해 색상이 변하는 소자로서, 전기화학적 산화/환원 반응시 수반되는 전자 이동에 의해 자외선, 가시광선 또는 근적외선 영역에서의 에너지 흡수변화에 따라 색상이 변할 수 있다.
이러한 전기변색소자를 윈도우에 적용한 스마트 윈도우는, 겨울에는 최대한 태양광 및 태양열이 실내로 유입될 수 있도록 하고, 여름에는 이를 차단할 수 있어 실내온도를 조절할 수 있으며 이에 따른 에너지도 절약할 수 있다.
다만, 이러한 스마트윈도우를 구동하기 위해서는 별도의 외부 전원을 공급하여야 하는바, 전력공급 계통이 복잡할 수 있다.
본 발명의 목적은 태양광을 구동전원으로 사용할 수 있는 스마트 윈도우 장치를 제공함에 있다.
또한, 태양광 및 태양열의 투과량을 조절할 수 있는 스마트 윈도우 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지, 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부, 구동 전원의 인가에 따라 색상이 변경되는 전기변색소자부, 전원 변환부의 작동을 제어하기 위한 제1 입력신호를 생성하는 입력부 및 제1 입력신호에 따라 구동 전원을 전기변색소자부로 인가하도록 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함하고, 전기변색소자부는 제1 투광성전극이 구비된 제1 기판, 제1 기판과 대향하고 제2 투광성전극이 구비된 제2 기판 및 제1 투광성전극과 제2 투광성전극 사이의 전기변색소자를 포함하고, 태양전지는 제1 기판 및 제2 기판 사이에서 전기변색소자의 측면에 위치할 수 있다.
또한, 제1 투광성전극 및 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나는 패터닝될 수 있다.
또한, 패터닝은 제1 투광성전극 및 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나를 수 개의 서브전극으로 분할하고, 분할된 수 개의 서브전극에는 구동전원이 개별적으로 인가될 수 있다.
또한, 입력부는 수 개의 서브전극에 구동전원을 개별적으로 인가하기 위한 제2 입력신호를 생성하고, 제어부는 제2 입력신호에 따라, 전기변색소자부를 제어할 수 있다.
또한, 전기변색소자는 이온저장층, 이온저장층 상의 이온전도층 및 이온전도층 상의 전기변색층을 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 큰 경우, 구동 전원을 전기변색소자부로 인가하도록 전원 변환부를 제어할 수 있다.
또한, 태양광의 세기를 측정하여 제어부로 공급하는 광 감지부를 더 포함하고, 제어부는, 태양광의 세기에 따라 구동 전원을 인가하도록 전원 변환부를 제어할 수 있다.
또한, 전기변색소자부는 구동 전원이 독립적으로 인가되는 수 개의 영역으로 구획되며, 제어부는, 태양광의 세기에 따라 구동 전원이 수 개의 영역에 개별적으로 또는 동시에 인가되도록 전기변색소자부를 제어할 수 있다.
또한, 직류 전원을 충전하고, 충전된 충전 전원을 전원 변환부로 공급하는 충방전부와, 직류 전원을 충방전부 또는 전원 변환부로 인가하도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광을 구동전원으로 사용하여, 별도의 외부 전원 공급장치를 생략함으로써, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있다.
또한, 태양광 및 태양열의 투과량을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도,
도 2는 도 1의 스마트 윈도우 장치를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 스마트 윈도우 장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도,
도 4는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전기변색소자부의 분해 사시도,
도 5는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전기변색소자부의 구동 방법을 도시한 도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도, 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 스마트 윈도우 장치를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 스마트 윈도우 장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도,
도 4는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전기변색소자부의 분해 사시도,
도 5는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전기변색소자부의 구동 방법을 도시한 도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도, 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이다.
이하의 도면에서, 각 구성요소의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, 각 구성요소의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도, 도 2는 도 1의 스마트 윈도우 장치를 도시한 사시도, 도 3은 도 2의 스마트 윈도우 장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도, 도 4는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전기변색소자부의 분해 사시도, 그리고, 도 5는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전기변색소자부의 구동 방법을 도시한 도이다.
우선, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 스마트 윈도우 장치(100)는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지(110), 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부(120), 구동 전원의 인가에 따라 색상이 변경되는 전기변색소자부(200), 입력 신호에 따라 스마트 윈도우 장치(100)의 동작을 제어할 수 있는 제어부(160)와 제어부(160)로 입력 신호를 전달할 수 있는 입력부(150)를 포함할 수 있다.
태양전지(110)는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로, 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지 및 유기고분자형 태양전지 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 태양 전지(110)는, 모듈 형태로서, 적어도 하나의 모듈로 구현되는 것이 가능하다.
전원 변환부(120)는, 태양전지(110)에서 생산한 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 전기변색소자부(200)로 공급할 수 있다. 전원 변환부(120)는 전기변색소자부(200)가 동작하는 전원의 종류에 따라 컨버터 또는/및 인버터를 포함할 수 있다. 컨버터 및 인버터에 대하여서는 도 7 및 도 8에서 후술하기로 한다.
전기변색소자부(200)는 구동 전원의 인가에 따라 색상이 변경되어, 태양광 및 태양열이 실내로 유입되는 것을 조절할 수 있다.
전기변색소자부(200)는 제1 투광성전극(220)이 구비된 제1 기판(210)과 제2 투광성전극(240)이 구비된 제2 기판(230)이 일정 간격을 두고 대향되며, 제1 투광성전극(220)과 제2 투광성전극(240) 사이에는 전기변색소자(250)가 위치할 수 있다.
제1 기판(210)과 제2 기판(230)은 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리에폭시로 등의 투명한 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제1 투광성전극(220)과 제2 투광성전극(240)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기변색소자(250)는 이온저장층(255), 이온전도층(253) 및 전기변색층(251)을 포함하여, 구동전원의 인가시 제1 투광성전극(220)과 제2 투광성전극(240) 사이에 전계가 형성되고, 그에 따라 이온저장층(255), 이온전도층(253) 및 전기변색층(251) 사이에서 산화,환원반응이 일어나 전기변색층(251)의 색이 가역적으로 변할 수 있다.
이온저장층(255)은 이온을 축적하는 층으로서 수소 이온 및 리튬 이온 등과 같은 다수의 양이온을 저장하기 위해 산화티타늄과 같은 이온저장소재 또는 산화,환원 착색소재가 적용될 수 있다.
이온전도층(253)은 예를 들어 폴리 2-아크릴 아마이드-2-메틸 프로판 술폰산(poly-2-acrylamide-2-methylpropane sulfonate), 폴리 스타이렌 술폰산(poly-styrene sulfonate)), 폴리 에틸렌 술폰산(poly-ethylene sulfonate), 폴리 비닐 술폰산(poly-vinyl sulfonate), 및 이들과 각종 단량체들 간의 공중합체 등을 포함하는 이온 전도성 중합체 단독이거나 전해질 염을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기변색층(251)은 전계를 인가하면 광의 흡수량이 증가하여 광 투과율이 낮아지고, 전계를 제거하면 가역적으로 광 투과율이 높아지게 된다. 이러한 전기변색층(251)은 산화 금속, 산화 혼합 금속, 저분자 유기물 및 공액 고분자(conjugated polymer) 등을 포함할 수 있고, 인가된 전류에 의해 착색 또는 변색이 일어나는 프러시안 블루와 같은 물질 등을 포함할 수 있다.
산화 금속은, 산화 텅스텐(WO3), 산화 망간(MgO3) 및 산화 티탄(TiO3) 등을 포함할 수 있고, 산화 혼합 금속은, 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 이리듐(Ir) 등을 포함할 수 있으며, 저분자 유기물은 메틸 비올로겐 및 헵틸 비올로겐 등을 포함할 수 있다. 또한, 공액 고분자(conjugated polymer)는 폴리 피롤(Polyoyrrole), 폴리 아닐린(polyaniline) 및 폴리 티오펜(polythiophene) 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따르면, 태양전지(110)는 상술한 전기변색소자부(200)의 제1 기판(210)과 제2 기판(240) 사이에서 전기변색소자(250)의 측면에 위치할 수 있다. 이와 같이, 태양전지(110)가 전기변색소자(250)의 측면에 위치함에 따라, 태양광을 구동전원으로 사용하여 별도의 외부 전원 공급장치를 생략할 수 있으며, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 태양전지(110)가 전기변색소자(250)의 일 측면에만 형성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 전기변색소자부(200)의 일부 측면 또는 전체 외주부에 형성될 수도 있다.
입력부(150)는 전원 변환부(120)의 동작을 제어하기 위한 제1 입력신호를 제어부(160)로 전송할 수 있으며, 이러한 제1 입력신호의 인가에 따른 제어부(160)의 제어에 의해 전원 변환부(120)가 구동 전원을 전기변색소자부(200)로 인가함으로써, 스마트 윈도우 장치(100)가 동작을 개시할 수 있다. 이때, 제1 입력신호가 1회 더 입력되는 경우는 구동 전원의 공급을 중단할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(100)는 여름, 또는 낮 시간 동안 태양광 및 태양열이 실내로 과도하게 유입되는 것을 방지하여 실내온도를 조절할 수 있으며 이에 따른 에너지도 절약할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(100)는, 광 투과량의 조절을 위해 구동 전원의 인가시 적어도 일 부분만이 동작할 수 있다.
도 4는 전기변색소자부(200)의 분해 사시도로, 제1 기판(210)을 생략하고, 제1 투광성전극(220)을 분리하여 도시하고 있으며, 도 5는 제1 투광성전극(220)에의 구동전원의 공급방법을 도시한 도로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 투광성전극(220) 및 제2 투광성전극(240) 중 적어도 어느 하나의 패터닝을 통해 전기변색소자부(200)는 구동 전원이 독립적으로 인가되는 수 개의 영역으로 구획될 수 있다.
일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 투광성전극(220)은 수 개의 서브전극(221~226)으로 구획되고, 수 개의 서브전극(221~226)은 서로 절연상태일 수 있다.
이때, 도 5 (a)와 같이, 수 개의 서브전극(221~226)에는 +단(p)과 -단(m)이 개별적으로 연결이 되어, 구동전원이 동시에 인가될 수도 있고, 독립적으로 인가될 수도 있다.
일 예로, 제2 서브전극(222)에만 구동전원이 인가되는 경우, 제2 서브전극(222)과 제2 투광성전극(240) 사이에만 전계가 형성되며, 이에 따라 전기변색소자(250)는 제2 서브전극(222)이 위치하는 영역에서만 색이 변하여 부분적으로 태양광 및 태양열을 차단할 수 있다.
한편, 도 5의 (b)는 수 개의 서브전극(221~226)에 +단(p)과 -단(m)이 개별적으로 연결되어 있으나, +단(p)과 -단(m)이 서로 다른 방향으로 연결되는 예를 도시한다. 이와 같이, +단(p)과 -단(m)이 서로 다른 방향으로 연결되는 경우는, 구동전원의 공급을 위한 전력공급 구조가 더욱 단순해질 수 있다.
도 5의 (c)는 제1 내지 제3 서브전극(221~223)이 공통단자로 묶여 있는 것을 도시한다. 즉, 제1 내지 제3 서브전극(221~223)은 그룹화되어 구동전원이 동시에 인가되며, 제4 내지 제6 서브전극(224~226)은 개별적으로 구동전원이 인가되어 독립적으로 동작할 수 있다.
또한, (c)의 경우도 (d)에서 도시하고 있는 것처럼, +단(p)과 -단(m)이 서로 다른 방향으로 연결되어 전력공급 구조를 단순화할 수 있다.
상술한 수 개의 서브전극(221~226)으로의 선택적인 구동전원의 인가는 입력부(150)의 제2 입력 신호에 따라 제어부(160)에서 이를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 제2 입력신호에 따라, 전기변색소자부(200)의 동작을 제어할 수 있다.
따라서, 입력부(150)는 입력단계에 따른 입력신호를 제어부(160)로 전송하며, 제어부(160)는 이에 따라 스마트 윈도우 장치(100)의 작동과, 전원변환부(140) 및 전기변색소자부(200)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 제1 기판(210) 및 제2 기판(230) 중 적어도 어느 하나는 특정의 색을 띄도록 할 수 있다. 이에 따라, 전기변색소자부(200)에 구동 전원이 인가될 때, 전기변색소자부(200)를 투과하는 광은 이를 통과하는 가시광 중 특정한 파장을 가지는 광만 투과할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이고, 도 7 및 도 8은 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 스마트 윈도우 장치(400)는 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지(405), 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부(410), 구동 전원의 인가에 따라 색상이 변경되는 전기변색소자부(440)와 구동 전원을 전기변색소자부(440)로 인가하도록 전원 변환부(410) 및 전기변색소자부(440)의 동작을 제어하는 제어부(450)를 포함할 수 있다.
태양전지(405) 및 전기변색소자부(440)는 도 1 내지 도 5에서 도시하고 설명한 태양전지(110) 및 전기변색소자부(200)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
전원 변환부(410)는, 태양전지(405)에서 생산한 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 전기변색소자부(440)로 공급할 수 있다.
이러한 전원 변환부(410)는 전기변색소자부(440)가 동작하는 전원의 종류에 따라 컨버터 또는/및 인버터를 포함할 수 있다.
도 7은 전원변환부(410)의 일 예를 도시한 회로도로, dc/dc 컨버터(420)를 포함하는 경우의 회로도이다. 도 7을 참조하면, dc/dc 컨버터(420)는 태양 전지(405)로부터 공급되는 직류 전원을 레벨 변화시켜 출력한다. 예를 들어, 태양 전지(405)에서 발전된 직류 전원을 승압시켜 출력할 수 있다.
이를 위해, dc/dc 컨버터(420)는, 스위칭 모드 전력 공급부(SMPS)(422)를 포함할 수 있으며, 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 태양 전지(405)로부터의 직류 전원의 일 방향 도통을 위한 다이오드 소자(D1), 태양 전지(405)로부터의 직류 전원을 저장하는 커패시터(C1), 스위칭 모드 전력 공급부(422)에서 변환되어 출력되는 직류 전원을 저장하는 커패시터(C2), 및 변환된 직류 전원을 일 방향 도통하도록 하는 다이오드 소자(D2), 및 스위칭 모드 전력 공급부(422)에 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자(SW3)를 더 구비할 수 있다.
이와 같은 dc/dc 컨버터(420)는 도 1에서 도시하고 설명한 전원변환부(140)에 포함될 수 있다.
한편, 입력 전압 감지부(A)는 태양 전지(405)로부터 입력되는 직류 전원(Vd1)을 감지하여, 이를 제어부(450)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 제어부(450)는 태양 전지(405)로부터 공급되는 직류 전원(Vd1)의 크기를 기 설정치와 비교하여, 구동 전원을 전기변색소자부(440)로 공급하도록 전원변환부(410)를 제어할 수 있다. 이러한 입력 전압 감지부(A)는 dc/dc 컨버터(420)에 포함되어 구성될 수 있으며, 또한 제어부(450)에 포함되도록 구성될 수 있다.
도 8은 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도로, 인버터(430)를 포함하는 경우의 회로도이다. 인버터(430)는, 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, dc 단 커패시터(Cdc)의 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수, 소정 크기의 교류 전원으로 변환하여 전기변색소자부(440)에 출력할 수 있다.
이와 같은 인버터(430)는 도 1에서 도시하고 설명한 전원변환부(140)에 포함될 수 있다.
한편, 태양 전지(405)로부터 입력되는 직류 전원을 감지하는 입력 전압 감지부(D)는 태양 전지(405)로부터 입력되는 직류 전원의 크기를 제어부(450)에 전달하며, 제어부(450)는, 태양 전지(405)로부터 공급되는 직류 전원의 크기와 기 설정치를 비교하여, 전기변색소자부(440)로 구동 전원을 공급하도록 전원변환부(410)를 제어할 수 있다.
상술한 컨버터(420) 및 인버터(430)는 전원변환부(410)에 동시에 포함될 수 있다. 즉, 전기변색소자부(440)가 교류전원으로 작동하는 경우, 태양전지(405)에서 생산한 직류 전원은 컨버터(420)에서 승압되며, 승압된 직류 전원은 인버터(430)에 의해 소정 주파수, 소정 크기의 교류 전원으로 변환되어, 전기변색소자부(440)로 공급될 수 있다.
제어부(450)는, 상술한 바와 같이, 입력 전압 감지부(A, D) 등에 의해 태양전지(405)에서 생성하는 직류 전원의 크기를 감지하여, 이에 따라 전원 변환부(410)의 동작을 제어할 수 있다.
즉, 태양전지(405)에서 생성하는 직류 전원의 크기가 기 설정치 보다 큰 경우는, 전원 변환부(410)에서 전기변색소자부(440)로 구동 전원을 공급하여 전기변색소자부(440)가 태양광 및 태양열을 차단하도록 제어할 수 있으며, 태양전지(405)에서 생성하는 직류 전원의 크기가 기 설정치 보다 작은 경우는, 전기변색소자부(440)로 구동 전원을 공급을 중단하도록 전원변환부(410)를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치(400)는 태양광의 세기를 감지할 수 있는 광 감지부(460)를 더 포함할 수 있다. 광 감지부(460)는 태양광의 세기를 측정하여 제어부(450)로 공급하며, 이에 따라 제어부(450)는 광 감지부(460)에서 측정한 태양광의 세기에 따라 구동 전원을 인가하도록 전원 변환부(410)를 제어할 수 있다.
일 예로, 전기변색소자부(440)는 독립적으로 구동할 수 있는 수 개의 영역으로 구획될 수 있으며, 제어부(450)는 광 감지부(460)에서 측정한 태양광의 세기에 따라 또는 입력부(470)의 제2 입력신호에 따라 전기변색소자부(440)의 작동을 제어하여, 구동 전원이 수 개의 영역에 개별적으로 또는 동시에 인가되도록 할 수 있다.
즉, 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이, 전기변색소자부(440)의 제1 투광성전극(미도시) 및 제2 투광성전극(미도시) 중 적어도 어느 하나는 패터닝을 통해 수 개의 서브전극(미도시)으로 구획될 수 있고, 수 개의 서브전극(미도시)은 전원이 개별적으로 연결이 되어, 구동전원이 동시 또는 개별적으로 인가될 수 있다. 따라서, 태양광의 세기에 따라 전기변색소자부(440)의 광 투과도를 변경하여, 실내로의 입사광을 조절할 수 있게 된다.
한편, 입력부(470)는 입력단계에 따른 입력신호를 제어부(450)로 전송하며, 제어부(450)는 이에 따라 스마트 윈도우 장치(400)의 작동과, 전원변환부(410) 및 전기변색소자부(440)의 동작을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 스마트 윈도우 장치(800)는 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지(805), 전원 변환부(825), 전기변색소자부(830)와 제어부(810)를 포함할 수 있으며, 충방전부(820)와, 직류 전원을 충방전부(820) 또는 전원 변환부(825)로 인가하도록 스위칭하는 스위칭부(815)를 더 포함할 수 있다.
태양전지(805), 전원 변환부(825) 및 전기변색소자부(830)는 도 1 내지 도 8에서 도시한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
스위칭부(815)는 제어부(810)의 제어에 따라 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원을 충방전부(820) 또는 전원 변환부(825)로 인가하도록 스위칭하며, 충방전부(820)는 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원을 충전하고, 충전된 충전 전원을 전원 변환부(825)로 공급할 수 있다. 충방전부(820)는 2차 전지나 전기 이중층 콘덴서 등이 사용될 수 있다.
도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치(800)의 동작을 설명하면, 우선 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 큰 경우, 제어부(810)는 직류 전원을 충방전부(820)로 인가하도록 스위칭부(815)를 제어한다. 또한, 전원 변환부(825)로 충전 전원의 공급을 중단하도록 충방전부(820)를 제어한다.
한편, 스위칭부(815)의 스위칭을 위한 입력부(840)의 제3 입력신호는 제어부(810)로 전달되며, 이에 의해 제어부(810)는, 스위칭부(815)의 스위칭에 의해 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원이 전원 변환부(825)로 인가되도록 스위칭부(815)를 제어할 수 있다. 이와 동시에, 입력부(840)로 제3 입력신호가 인가되면, 제어부(810)는 전원변환부(825)가 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 전기변색소자부(830)로 인가하도록 전원 변환부(825)를 제어할 수 있다.
이에 의해, 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 커서, 전기변색소자부(830)로 구동 전원이 인가되지 않는 상태라도, 입력부(840)의 제3 입력신호가 인가되면, 전기변색소자부(830)로 구동 전원이 인가될 수 있다. 제3 입력신호는 제어부(810)로 재입력될 수 있으며, 이때 제어부(810)는 스위칭부(815)가 스위칭되어 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원이 충방전부(820)로 다시 인가될 수 있도록 스위칭부(815)를 제어할 수 있다. 또한, 선택에 의해 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원은 충방전부(820)와 전원변환부(825)로 동시에 인가될 수도 있다. 이러한 경우, 태양광의 내부로의 유입을 방지함과 동시에 충방전부(820)를 충전할 수 있다.
한편, 태양전지(805)에서 생산한 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 작은 경우, 제어부(810)는, 충방전부(820)의 충전 전원을 전원 변환부(825)로 인가하도록 충방전부(825)를 제어하고, 전원변환부(825)가 충전 전원을 구동 전원으로 변환하여 전기변색소자부(830)로 인가하도록 전원 변환부(825)를 제어할 수 있다.
이에 의해, 태양전지(805)가 주간의 태양광을 받아서 직류 전원을 생산하고, 이 직류 전원을 충방전부(820)에 저장해두었다가 야간에 스마트 윈도우 장치(800)의 전력으로 사용할 수 있다. 즉, 밤 시간대는 저장된 충방전부(820)의 충전 전류를 이용하여 실내의 경관이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에서 도시하고 설명한 바와 같이, 전기변색소자부(830)는 독립적으로 구동할 수 있는 수 개의 영역으로 구획될 수 있고, 제어부(810)는 태양전지(805)에서 발생하는 직류 전원의 크기를 감지하여, 이에 따라 또는 입력부(840)의 제2 입력신호에 따라 전기변색소자부(830)의 동작을 제어할 수 있다. 이에 의해, 구동 전원이 수 개의 영역에 순차적으로 또는 동시에 인가될 수 있다.
따라서, 입력부(840)의 입력신호는 그 입력단계에 따른 입력신호를 제어부(810)로 전송하며, 제어부(810)는 이에 따라 스마트 윈도우 장치(800)의 동작과, 스위칭부(815), 충방전부(820), 전원변환부(825) 및 전기변색소자부(830)의 동작을 제어할 수 있다.
그 결과 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(800)는 태양광을 구동전원으로 사용하여, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있고, 태양전지(805)에서 발생하는 직류전원에 따라 광투과를 자동으로 조절할 수 있다.
실시예에 따른 스마트 윈도우 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110, 405, 805 : 태양전지 120, 410, 825 : 전원 변환부
150, 470, 840 : 입력부 160, 450, 810 : 제어부
200, 440, 830 : 전기변색소자부 460 : 광 감지부
815 : 스위칭부 820 : 충방전부
150, 470, 840 : 입력부 160, 450, 810 : 제어부
200, 440, 830 : 전기변색소자부 460 : 광 감지부
815 : 스위칭부 820 : 충방전부
Claims (15)
- 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지;
상기 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부;
상기 구동 전원의 인가에 따라 색상이 변경되는 전기변색소자부;
상기 전원 변환부의 작동을 제어하기 위한 제1 입력신호를 생성하는 입력부; 및
상기 제1 입력신호에 따라 상기 구동 전원을 상기 전기변색소자부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 전기변색소자부는 제1 투광성전극이 구비된 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하고 제2 투광성전극이 구비된 제2 기판 및 상기 제1 투광성전극과 상기 제2 투광성전극 사이의 전기변색소자를 포함하고, 상기 태양전지는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에서 상기 전기변색소자의 측면에 위치하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 투광성전극 및 상기 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나는 패터닝된 스마트 윈도우 장치. - 제2항에 있어서,
상기 패터닝은 상기 제1 투광성전극 및 상기 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나를 수 개의 서브전극으로 분할하고, 상기 분할된 상기 수 개의 서브전극에는 상기 구동전원이 개별적으로 인가되는 스마트 윈도우 장치. - 제3항에 있어서,
상기 입력부는 상기 수 개의 서브전극에 상기 구동전원을 개별적으로 인가하기 위한 제2 입력신호를 생성하고,
상기 제어부는 상기 제2 입력신호에 따라, 상기 전기변색소자부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전기변색소자는 이온저장층, 상기 이온저장층 상의 이온전도층 및 상기 이온전도층 상의 전기변색층을 포함하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 큰 경우, 상기 구동 전원을 상기 전기변색소자부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제6항에 있어서,
상기 태양광의 세기를 측정하여 상기 제어부로 공급하는 광 감지부;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 태양광의 세기에 따라 상기 구동 전원을 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제7항에 있어서,
상기 전기변색소자부는 상기 구동 전원이 독립적으로 인가되는 수 개의 영역으로 구획되며,
상기 제어부는, 상기 태양광의 세기에 따라 상기 구동 전원이 상기 수 개의 영역에 개별적으로 또는 동시에 인가되도록 상기 전기변색소자부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 직류 전원을 충전하고, 충전된 충전 전원을 상기 전원 변환부로 공급하는 충방전부;와,
상기 직류 전원을 상기 충방전부 또는 상기 전원 변환부로 인가하도록 스위칭하는 스위칭부;를 더 포함하는 스마트 윈도우 장치. - 제9항에 있어서,
상기 직류 전원의 크기가 상기 기 설정치보다 큰 경우, 상기 제어부는,
상기 직류 전원을 상기 충방전부로 인가하도록 상기 스위칭부를 제어하고,
상기 전원 변환부로 상기 충전 전원의 공급을 중단하도록 상기 충방전부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제10항에 있어서,
상기 입력부는 상기 스위칭부를 스위칭하기 위한 제3 입력신호를 상기 제어부로 전송하고,
상기 제어부는,
상기 제3 입력신호의 인가시, 상기 직류 전원을 상기 전원 변환부로 인가하도록 상기 스위치부를 스위칭하는 스마트 윈도우 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제3 입력신호 인가시, 상기 제어부는 상기 구동 전원을 상기 전기변색소자부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제9항에 있어서,
상기 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 작은 경우,
상기 제어부는, 상기 충전 전원을 상기 전원 변환부로 인가하도록 상기 충방전부를 제어하고,
상기 전원변환부는 상기 충전 전원을 상기 구동 전원으로 변환하며, 상기 제어부는 상기 구동 전원을 상기 전기변색소자부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
전원변환부는 컨버터 또는/및 인버터를 포함하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지는 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지 및 유기고분자형 태양전지 중 어느 하나인 스마트 윈도우 장치.
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