KR101791346B1 - Street lights having solar cell and hydrogen fuel cell, and energy harvesting system using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것으로, 도로변에 다수개가 설치되는 가로등과, 상기 가로등 주변의 도로 지하에 설치되는 열전 소자 모듈 및 압전 소자 모듈을 포함하되, 상기 가로등은, 지주와, 상기 지주에 설치되는 하나 이상의 LED 조명장치와, 상기 지주 상단에 장착되는 태양전지 모듈과, 상기 지주 상단에 장착되는 기상관측 장치와, 상기 지주의 중간 부분에 장착되는 빗물 저장소와, 상기 지주 하단에 장착되는 수소 연료전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈과 상기 조명장치 및 상기 수소 연료전지 모듈을 전기적으로 상호 연결하여 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 열전 소자 모듈과 압전 소자 모듈은, 상기 가로등의 제어장치에 의하여 상기 수소 연료전지와 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템을 제공한다. The present invention relates to an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell, and an energy harvesting system including the same. The street light includes a plurality of road lamps installed on the road, a thermoelectric module installed on a road underground, And a piezoelectric element module, wherein the streetlight includes: a strut; at least one LED lighting device installed on the strut; a solar cell module mounted on the strut top; a meteorological observing device mounted on the strut top; And a controller for electrically connecting and connecting the solar cell module, the illuminator, and the hydrogen fuel cell module to each other, wherein the rainwater reservoir is installed at an intermediate portion of the tower, The thermoelectric module and the piezoelectric element module are connected to each other by the control device of the streetlight, And it provides a solar cell and a fuel cell integrated LED street lights and road energy harvesting system for including them with a characterized in that for connection.
Description
본 발명은 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지에 의하여 전기를 생산하여 LED 가로등에 공급할 뿐만 아니라 도로 또는 인도에 설치된 압전 소자에 의해 생산된 전기를 이용하여 가로등에 저장된 빗물에서 수소를 분리한 후 분리된 수소를 수소 연료전지에 공급함으로써 수소 연료전지가 전기를 생산하여 가로등에 공급할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell, and an energy harvesting system including the same. More particularly, the present invention relates to an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell, The hydrogen produced by the installed piezoelectric device is used to separate hydrogen from the rainwater stored in the street lamp and supply the separated hydrogen to the hydrogen fuel cell, thereby enabling the hydrogen fuel cell to generate electricity and supply it to the street lamp. An integrated LED street lamp having a battery, and an energy harvesting system for road including the same.
에너지 하베스팅 기술은 일상적으로 버려지거나 사용하지 않는 작은 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환해주는 기술을 말하는 것으로 최근에 들어 신재생 에너지 원천 기술로 각광 받고 있다. Energy harvesting technology is a technology that harvests small energy that is normally abandoned or not used and converts it into usable electric energy. Recently, it is attracting attention as a source of renewable energy.
이러한 에너지 하베스팅 종류로는 신체의 움직임을 통해 발생하는 체온, 정전기, 운동에너지 등을 이용하는 신체 에너지 하베스팅, 태양광을 이용하는 광 에너지 하베스팅, 진동이나 압력을 가해 압전 소자를 발전시키는 진동 에너지 하베스팅, 산업 현장에서 발생하는 수많은 폐열을 이용하는 열 에너지 하베스팅, 방송전파나 휴대전화 전파 등의 전자파 에너지를 이용하는 전자파 에너지 하베스팅, 도로의 과속 방지턱, 횡단보도 일시정지선 등에 공기 압력 펌프를 설치하여 차량의 중량을 이용해 공기를 압축시킨 후 압축 공기 발전을 하는 중력 에너지 하베스팅, 수력 발전소의 방수구 및 화력 발전소 냉각수 방수로에서 발생하는 위치에너지 차이를 이용하는 위치 에너지 하베스팅 등으로 나누어 볼 수 있다.These types of energy harvesting include body energy harvesting using body temperature, static electricity and kinetic energy generated through body movement, light energy harvesting using sunlight, vibration energy harvesting to generate piezoelectric elements by applying vibration or pressure, Air pressure pumps are installed in electric energy harvesting, which uses electromagnetic energy such as broadcast radio waves or mobile phone radio waves, speeding brakes on roads, and pedestrian crossing stoppages, by using heat energy harvesting, which uses a lot of waste heat generated from industrial sites, And the energy of the position energy harvesting using the difference of the position energy generated in the water discharge hole of the hydroelectric power plant and the water discharge passage of the thermal power plant can be divided into the gravity energy harvesting which compresses the air by using the weight of the air,
이중에서도, 일반적으로 도로에서 사용될 수 있는 에너지 하베스팅 기술로는 태양광을 이용하여 가로등을 밝히는 광 에너지 하베스팅 기술이 있다. 하지만 기존의 태양광을 이용한 가로등의 경우에는 태양광이 충분치 않은 상황, 즉, 일사량이 부족한 겨울철의 경우나, 비나 안개 등으로 인하여 태양광이 태양전지에 충분히 도달하지 못하는 경우 등에서는 태양광에 의해 발전되는 전력량이 충분치가 않아서 실제로 가로등을 운용하기에는 에너지 변환 효율이 그리 뛰어나지 못하다는 단점이 있다.Among them, energy harvesting technology, which can be used on roads in general, is light energy harvesting technology that uses sunlight to illuminate street lights. However, in the case of the conventional street light using the solar light, when the sunlight is not enough, that is, when the sunlight is insufficient in the winter, or when the sunlight can not sufficiently reach the solar cell due to rain or mist, There is a disadvantage in that the energy conversion efficiency is not so excellent to actually operate the streetlight because the amount of electric power generated is not sufficient.
그리고, 도로에 압전 소자를 매설하여 차량에 의한 진동이나 압력에 의해 발전을 하는 진동 에너지 하베스팅의 경우에 있어서도 압전 소자만을 이용하여 발전을 하게 되면 상술한 바와 같이 발전량이 충분하지 못하여 실제로 가로등을 운용하기에는 적합하지 않다는 단점이 있다.In the case of vibration energy harvesting in which a piezoelectric element is buried in a road and power is generated by vibration or pressure generated by a vehicle, when power is generated using only a piezoelectric element, the generation amount is insufficient as described above, It is not suitable for the following reasons.
관련 선행기술로는 한국등록특허 10-1189089호(등록일: 2012. 10. 02)가 있다.A related prior art is Korean Patent No. 10-1189089 (registered on October 10, 2012).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 상부에 태양 전지를 장착한 가로등에 있어서, 가로등의 광원으로 에너지 소모가 적은 LED 전등을 사용하고, 상부에는 조도 센서를 장착하여 가로등 주변의 빛의 세기를 감지하여 광원의 밝기를 조절할 수 있도록 함으로써 상기 가로등의 에너지 소모를 최소화할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a street lamp having a solar cell mounted on a top thereof, in which an LED lamp having low energy consumption is used as a light source of a street lamp, And an object of the present invention is to provide an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell that can minimize the energy consumption of the street lamp by controlling the brightness of the light source by sensing the intensity of the light.
또한, 본 발명은 가로등 주변의 도로나 인도의 지하에 압전 센서 모듈을 설치하고, 가로등 지주의 중간 부분에는 빗물을 저장할 수 있는 저장 공간을 마련하고, 가로등이 매설된 지하의 가로등 지주에는 수소 연료전지를 장착하여서, 압전 센서가 1차로 전기를 생산하고 1차로 생산된 전기는 수소를 분리하여 저장하고, 이 후 수소 연료전지가 상기 저장된 수소를 반응시켜 전기를 생산하게 함으로써, 2차에 걸쳐 전기를 생산 및 저장할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 하베스팅 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. In the present invention, a piezoelectric sensor module is installed in a road around a streetlight or under a car, a storage space capable of storing rainwater is provided in the middle of the street lamp, and a hydrogen fuel cell , The piezoelectric sensor first generates electricity and the first-produced electricity separates and stores the hydrogen. Thereafter, the hydrogen fuel cell reacts with the stored hydrogen to generate electricity. And an object of the present invention is to provide an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell that can be produced and stored, and a road harvesting system including the same.
또한, 본 발명은 가로등 상부에 기상 관련 센서를 장착하고 상기 센서로부터 수집되는 데이터를 외부로 전송할 수 있는 통신장치를 장착함으로써 가로등이 위치한 지역의 자세한 기상 정보를 활용할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 하베스팅 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention also relates to a solar cell and a hydrogen fuel cell which are equipped with a weather-related sensor on the street lamp and a communication device capable of transmitting data collected from the sensor to the outside, And an object of the present invention is to provide a road harvesting system including the same.
또한, 본 발명은 상기 가로등 주변의 도로나 인도의 지하에 열전 소자를 매설하여 열전 소자의 펠티에 효과에 의해 열을 발산시킴으로써 겨울철에 도로 표면이 결빙되는 것을 방지할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 하베스팅 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention also relates to a solar cell and a hydrogen fuel cell which can prevent freezing of a road surface in winter by embedding a thermoelectric element in a road around a streetlight or under a streetlight and radiating heat by a peltier effect of a thermoelectric element, And an object of the present invention is to provide a road harvesting system including the same.
또한, 본 발명은 상기 LED 광원에 해충을 퇴치할 수 있는 파장의 빛을 발산하도록 함으로써 해충에 의하여 가로등의 성능이 저하되거나 해충에 의한 피해가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 하베스팅 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention further provides a solar cell and a hydrogen fuel cell which can prevent the deterioration of the performance of a street lamp or the damage caused by a pest by causing a light of a wavelength capable of eliminating insects to be emitted to the LED light source, And an object of the present invention is to provide a road harvesting system including the same.
또한, 본 발명은 상기 LED 광원을 기상 관련 센서와 연동시켜 밝기를 제어함으로써 빛 공해를 방지할 수 있도록 하고 에너지의 소모를 절약할 수 있도록 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 하베스팅 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention also relates to an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell that can prevent light pollution by controlling the brightness by interlocking the LED light source with a gas-phase related sensor, The present invention is directed to provide a road harvesting system including a road.
또한 , 본 발명은 쓰나미나 태풍 등과 같은 자연 재해, 전시, 사변 또는 이에 준하는 비상시에 있어서 전력 공급 시스템에 문제가 발생하는 경우, 개별적이고 독립적으로 발전 기능을 하도록 하여 주변 병원, 소방 시설 등에서 단독 전기 발전 시설로 활용할 수 있도록 하는 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 하베스팅 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention is intended to provide an independent and independent development function in case of a problem in a power supply system in the case of a natural disaster such as a tsunami or a typhoon, an exhibition, an incident or an emergency, The present invention provides an integrated LED streetlight and a roadside harvesting system including the same.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예인 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템은, 도로변에 다수개가 설치되는 가로등과, 상기 가로등 주변의 도로 지하에 설치되는 열전 소자 모듈 및 압전 소자 모듈을 포함하되, 상기 가로등은, 지주와, 상기 지주에 설치되는 하나 이상의 LED 조명장치와, 상기 지주 상단에 장착되는 태양전지 모듈과, 상기 지주 상단에 장착되는 기상관측 장치와, 상기 지주의 중간 부분에 장착되는 빗물 저장소와, 상기 지주 하단에 장착되는 수소 연료전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈과 상기 조명장치 및 상기 수소 연료전지 모듈을 전기적으로 상호 연결하여 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 열전 소자 모듈과 압전 소자 모듈은, 상기 가로등의 제어장치에 의하여 상기 수소 연료전지와 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an integrated LED street light including a solar cell, a hydrogen fuel cell, and an energy harvesting system for road including the same. The street light includes a plurality of road lamps installed on the road, And a piezoelectric element module, wherein the streetlight includes at least one of a strut, at least one LED lighting device installed in the strut, a solar cell module mounted on the upper end of the strut, And a hydrogen fuel cell module mounted on a lower portion of the strut, and a controller for electrically connecting and connecting the solar cell module, the illuminator, and the hydrogen fuel cell module to each other And a control device, wherein the thermoelectric module and the piezoelectric module are connected to the control device of the streetlight Thereby connecting the hydrogen fuel cell to the hydrogen fuel cell.
구체적으로, 상기 가로등의 제어장치는 상기 가로등에서 생성 또는 충전된 전력을 외부의 수용가가 사용할 수 있도록 상기 가로등과 외부의 수용가가 연결되는 것을 특징으로 한다. Specifically, the control device of the streetlight is characterized in that the streetlight is connected to the outside of the streetlight so that the electric power generated or charged by the streetlight can be used by an external customer.
구체적으로, 상기 수소 연료전지 모듈은 상기 압전 소자 모듈로부터 전기를 공급 받아 상기 빗물 저장소에 저장된 빗물을 전기분해하여 수소를 발생시켜 발생된 수소에 의해 전기를 생산하는 전력발생부 및 상기 생산된 전력을 저장하는 전지부를 포함한다. Specifically, the hydrogen fuel cell module includes a power generator for generating electricity by generating hydrogen by supplying electricity from the piezoelectric element module and electrolyzing the rainwater stored in the rainwater reservoir to generate electricity, And a battery unit for storing the battery.
구체적으로, 상기 열전 소자 모듈은 도로의 표면 온도가 일정 수치 이하로 떨어지면 상기 수소 연료전지 또는 태양전지 모듈로부터 전기를 공급 받아 열을 발산하도록 하는 것을 특징으로 한다.Specifically, when the surface temperature of the road falls below a predetermined value, the thermoelectric module is supplied with electricity from the hydrogen fuel cell or the solar cell module to dissipate heat.
구체적으로, 상기 LED 조명장치가 해충이 싫어하는 파장 대역의 빛을 발산하도록 하는 것을 특징으로 한다. Specifically, the LED illumination device is characterized in that the LED illumination device emits light in a wavelength band that pests do not like.
구체적으로, 상기 기상관측 장치는 미세먼지를 감지하는 미세먼지감지센서와 수집되는 데이터를 외부와 송수신할 수 있는 통신장치를 더 포함한다.Specifically, the meteorological observing apparatus further includes a fine dust detecting sensor for detecting minute dust and a communication device for transmitting and receiving collected data to / from the outside.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가로등에 태양전지 모듈과 수소 연료전지 모듈을 장착하고 상기 가로등의 지하에는 압전 소자 모듈을 장착하였기 때문에 낮에는 태양전지 모듈에 의해 생성된 전기를 충전함과 동시에 압전 소자 모듈에 의해 생성된 전기로 저장된 물을 전기분해하여 수소를 생성하여 저장한 후, 밤, 또는 가로등의 불빛이 필요한 상태가 되면 저장된 전력을 이용하여 LED 조명 장치를 작동 시키거나 저장된 수소를 이용하여 상기 수소 연료전지 모듈이 전기를 생성하여 상기 가로등의 LED 조명 장치를 작동시키기 때문에, 이중으로 전력을 공급할 수 있어 가로등을 효율적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.As described above, since the solar cell module and the hydrogen fuel cell module are mounted on the street lamp and the piezoelectric element module is mounted on the underground of the streetlight, the electricity generated by the solar cell module is filled in the daytime, [0031] After the electricity generated by the module is electrolyzed to generate and store hydrogen, when the night or the street light needs to be turned on, the LED lighting device is operated using the stored electric power, Since the hydrogen fuel cell module generates electricity to operate the LED lighting device of the streetlight, the electric power can be supplied in a double manner, and the streetlight can be efficiently operated.
또한 , 본 발명은 수소 연료전지에서 생산되는 전력을 외부 수용가에서 단독으로 사용할 수 있도록 제어할 수 있는 모듈을 상기 가로등 하단의 지표면에 장착하고 있기 때문에, 자연 재해, 전시, 사변 또는 이에 준하는 비상시에 있어서 전력 공급 시스템에 문제가 발생한 수용가에서 상기 전력을 비상 전력으로써 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다. In addition, since the module capable of controlling the power generated by the hydrogen fuel cell so as to be used solely in the external customer is mounted on the ground surface at the lower end of the streetlight, the present invention can be applied to a case where natural disaster, It is possible to utilize the power as an emergency power in a customer who has a problem in the power supply system.
또한, 본 발명은 상기 가로등의 상부에 조도센서를 장착하여 주변의 밝기에 따라 가로등의 LED 조명 장치의 밝기를 제어하기 때문에, 가로등에서 소모되는 전기를 절약할 수 있는 효과와, 도심에서 발생하는 빛 공해를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, since the brightness of the LED lighting device of the streetlight is controlled according to the brightness of the surroundings by attaching the illuminance sensor to the upper part of the streetlight, it is possible to save electricity consumed in the streetlight, It has the effect of reducing pollution.
또한, 본 발명은 상기 가로등의 상부에 기상관측 장치를 장착한 후 수집되는 데이터를 외부로 전송할 수 있도록 하기 때문에, 상기 가로등이 설치된 주변 지역에서 상세한 기상정보를 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, since the present invention can mount the weather observation device on the streetlight and then collect the collected data, it is possible to utilize the detailed weather information in the surrounding area where the streetlight is installed.
또한, 본 발명은 상기 LED 조명 장치에서 발산되는 빛의 파장을 해충이 싫어하는 길이의 파장으로 하기 때문에, 가로등이 해충 퇴치 효과를 갖도록 하여 가로등에 달려드는 해충에 의하여 가로등 빛의 세기가 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과와 가로등 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the wavelength of the light emitted from the LED lighting apparatus is set to a wavelength that does not like the pest, the streetlight has a pest control effect to prevent the intensity of the streetlight light from being lowered by insects pesting on the streetlight It is possible to reduce the cost and maintenance cost of the street lamp.
또한, 본 발명은 상기 가로등 주변의 도로 또는 인도의 지하에 상기 수소 연료전지 모듈과 연결된 열전 소자 모듈을 매설하여 도로의 표면 온도가 일정 수치 이하로 떨어지면 열을 발산하도록 하였기 때문에, 겨울철에 도로의 표면이 결빙되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the thermoelectric module connected to the hydrogen fuel cell module is buried in the road around the streetlight or in the underground of the streetlight, the heat is dissipated when the surface temperature of the road falls below a certain value, It is possible to prevent ice from being frozen.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 통합형 LED 가로등의 우측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 통합형 LED 가로등의 좌측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 통합형 LED 가로등의 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 수소 연료전지 모듈의 사시도이다.1 is a perspective view illustrating an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention, and a road energy hubbing system including the same.
2 is a right side view of the integrated LED streetlight shown in Fig.
3 is a left side view of the integrated LED streetlight shown in Fig.
4 is a plan view of the integrated LED streetlight shown in Fig.
FIG. 5 is a perspective view of the hydrogen fuel cell module shown in FIG. 1. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 통합형 LED 가로등의 우측면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 통합형 LED 가로등의 좌측면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 통합형 LED 가로등의 평면도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템은, 도로변에 일정 간격으로 다수개가 설치되는 가로등(100)과 상기 가로등 주변의 도로 지하에 매설되는 열전 소자 모듈(200) 및 압전 소자 모듈(300)을 포함한다.FIG. 1 is a perspective view showing an integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention, and an energy harvesting system including the same, FIG. 2 is a right side view FIG. 3 is a left side view of the integrated LED streetlight shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view of the integrated LED streetlight shown in FIG. 1, showing a solar cell and a hydrogen fuel cell according to an embodiment of the present invention An integrated LED street light and an energy harvesting system for a road including the street light include a
가로등(100)은, 도로 또는 인도 변에 일정 간격으로 다수개가 설치되는데, 지주(110)와, 상기 지주(110)에 설치되는 하나 이상의 LED 조명장치(120)와, 상기 지주(110) 상단에 장착되는 태양전지 모듈(130)과, 상기 지주(110) 상단에 장착되는 기상관측 장치(140)와, 상기 기상관측 장치(140)로부터 수집되는 데이터를 송수신하는 통신장치와, 상기 지주(110)의 중간 부분에 장착되는 빗물 저장소(160)와, 상기 지주(110) 하단에 장착되는 수소 연료전지 모듈(170)과, 상기 태양전지 모듈(130), 상기 조명장치 및 상기 수소 연료전지 모듈(170)을 전기적으로 상호 연결하고 제어하는 제어장치 및 상기 지주(110)가 위치한 주위에 매설되어 비상시 상기 가로등(100)에서 생성 및 충전된 전력을 외부의 수용가로 공급할 수 있도록 제어하는 전환 모듈을 포함한다.A plurality of
지주(110)는, 내부가 비어있는 통형상의 구조물로서 일반적인 가로등(100) 지주(110)의 높이를 갖는다. The
LED 조명장치(120)는, 상기 지주(110)로부터 연장된 하나 이상의 기둥 형상 구조물 종단에 설치되는데, 전원부, LED부, 제어부를 포함하는데, 상기 전원부, LED부, 제어부는 도면에 도시되지는 않았으며, LED 조명장치(120)의 머리 부분의 함체에 설치되거나, LED 조명장치(120)가 지주(110)와 연결되는 연결부위, 즉, 지주(110) 내부에 설치될 수 있다. 또한, 가로등(120)에 어느 한 부분에 장착되는 조도센서가 LED 조명장치(120)에 연결되도록 할 수 있다. The
상기 전원부는, 상기 태양전지 모듈(130)과 수소 연료전지 모듈(170)로부터 전력을 입력 받아서 LED부의 LED를 작동시킨다. The power unit receives power from the
상기 제어부는, LED부를 제어하여 LED부에서 발산하는 빛의 파장을 달리할 수 있도록 한다. 후술하게 될 조도센서에 따라 어두워질 때 LED부가 해충퇴치에 적합한 빛의 파장을 발산하도록 할 수 있는데, 예를 들어 모기의 경우에는 황적색의 파장을 싫어하므로, 600nm ~ 670nm의 파장을 발산하도록 한다. 이러한 파장의 제어는 가로등(100)이 설치되어 있는 각 지역의 상황에 맞도록 조절될 수 있다. 결과적으로, 상기 LED 조명장치(120)는 빛을 발산할 때 나방, 모기, 날파리 등과 같은 해충들이 LED 조명장치(120)로 몰려드는 것을 방지할 수 있다. The controller controls the LED unit so that the wavelength of the light emitted from the LED unit can be varied. When the light intensity becomes dark according to the illuminance sensor to be described later, the LED unit can emit a wavelength of light suitable for pest control. For example, in the case of a mosquito, the wavelength of 600 nm to 670 nm is diverted because it hates the wavelength of yellowish red. The control of such a wavelength can be adjusted to suit the situation in each area where the
또한, 제어부는 후술할 기상관측 장치(140) 또는 조도 센서의 데이터를 입력 받아 주위의 밝기의 정도에 따라 LED 조명장치(120)의 출력을 조절할 수도 있다. 즉, 가로등의 어느 한 부분에 장착된 조도 센서에 따라 도심지와 같이 주변이 밝을 때에는 LED 조명장치(120)의 출력을 약하게 함으로써 소모되는 전력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 과도한 빛으로 인한 빛 공해도 방지할 수 있도록 한다.In addition, the control unit may receive the data of the
태양전지 모듈(130)은, 태양광을 집광하기 위한 태양전지 셀들이 모인 태양광 어레이들로 이루어지는데, 그 크기 및 형상은 상기 가로등(100)의 지주(110)의 조건을 고려하여 적절한 크기의 판형태가 되도록 한다. 특히, 상기 태양전지 모듈(130)은 상기 지주(110)의 상단에 장착되므로 강풍 또는 돌풍에 의하여 상기 태양전지 모듈(130)이 파손되지 않도록 경사지게 설치되도록 한다. The size and the shape of the
기상관측 장치(140)는, 상기 지주(110)의 상단에 장착되어 수집된 정보를 외부와 송수신할 수 있도록 한다. 기상관측 장치(140)는 각종 기상관련 데이터를 수집할 수 있는 센서로 이루어지는데, 그 예로서, 풍향 도는 풍속계, 온도 측정센서, 습도 측정센서, 기압 측정센서, 강수 감지센서, 일조량 측정센서, 미세먼지감지센서 등이 될 수 있다. 이들로부터 수집된 데이터는 후술한 통신장치로 전송된다. The meteorological
통신장치는, 위와 같이 기상관측 장치(140)에서 수집된 데이터를 통신망을 통하여 각종 국지 수집 장치로 보내고 더 나아가 기상정보시스템 또는 기상청 서버로 보내도록 함으로써, 가로등(100)이 설치된 지역의 정밀한 기상관측 데이터로 활용될 수 있도록 한다. 또한 위의 통신망의 경우에는 유선, 무선의 통신망이 모두 가능하며, 이들 통신망을 통하여 인터넷에 접속되게 하거나, 블루투스 등을 이용하여 가로등(100)에 근접하여 사용되게 할 수도 있다.The communication device transmits the data collected by the
빗물 저장소(160)는, 지주(110)의 중간부에 하나 이상이 설치된 함체 모양의 상자로서 본 발명의 일실시예에서는 지주(110)를 사이에 두고 두 개가 장착되었으나 설치 개수는 얼마든지 변용이 가능하다. 상기 빗물 저장소(160)는 후술할 수소 연료전지 모듈(170)과 관 등으로 연결되도록 하여 상기 관을 통해 이송된 빗물을 상기 수소 연료전지 모듈(170)의 수소 발생부가 전기분해하여 수소를 생성하도록 한다. 상기 관은 지주(110)의 내부에 장착되거나 외부에 장착될 수 있다(도면 미도시).In the embodiment of the present invention, two
도 5는 도 1에 도시된 수소 연료전지 모듈의 사시도로서, 수소 연료전지 모듈(170)은, 지주(110)의 하단에, 즉, 지주(110)가 지하에 묻힌 부분에 일부가 노출되거나 완전히 묻히도록 장착될 수 있다. 수소 연료전지 모듈(170)의 상부로는 빗물 저장소(160)와 관으로 연결되도록 하고 LED 조명장치(120)와는 전기적으로 연결되도록 한다. 수소 연료전지 모듈(170)의 하부로는 상기 가로등(100)의 인근에 매설된 압전 소자 모듈(300) 및 열전 소자 모듈(200)과 연결될 수 있다. 또한, 최종적으로 제어장치와 연결되어서 상기 제어장치가 수소 연료전지 모듈(170)의 작동을 제어할 수 있도록 한다.5 is a perspective view of the hydrogen fuel cell module shown in FIG. 1, wherein the hydrogen
수소 연료전지 모듈(170)은, 전지부(171)와 전력발생부(172)로 이루어지는데, 전력발생부(172)는 상기 빗물 저장소(160)에 저장된 빗물을 전기분해하여 수소를 발생시키는 수소 발생부와 상기 발생된 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 발전부로 이루어 질 수 있다. 전력발생부(172)는 전력발생부(172)에서 생산된 전력을 저장하는 충전기로 이루어 질 수 있다.The hydrogen
특히, 이러한 수소 연료전지 모듈(170)은, 가로등(100)의 LED 조명장치(120)가 켜지지 않고 있는 시간에 전력을 생성하여 전지부(171)에 저장한 후 가로등(100)의 LED 조명장치(120)에 공급하게 되므로 상술한 태양전지 모듈(130)과 함께 이중의 전원공급 역할을 할 수 있어 가로등(100)에 필요한 전력을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 태양전지 모듈(130) 및 수소 연료전지 모듈(170)은 이산화탄소를 배출하지도 않으므로 친환경적인 효과가 있다. In particular, the hydrogen
제어장치는, 가로등(100)에 장착된 구성부인 상기 태양전지 모듈(130), 기상관측 장치(140), 통신장치, 빗물 저장소(160), 수소 연료전지 모듈(170)과 연결되고, 가로등(100) 주변의 도로의 지하에 매설된 열전 소자 모듈(200)과 압전 소자 모듈(300)과 연결되어서 가로등(100)의 운영과 전력의 배분, 외부와의 통신 등을 제어한다. 이러한 제어장치는 도면에 도시되지는 않았지만 가로등(100)의 내부에 장착될 수도 있고, 가로등(100)의 외부에 장착될 수도 있다. The control device is connected to the
전환 모듈은, 상기 지주(110)가 위치한 주위에 매설되고 상기 가로등(100)의 제어장치와 연결되어서 상기 가로등(100)에서 생성 및 충전된 전력을 외부의 수용가로 공급할 수 있도록 제어한다. 전환 모듈 또한 제어장치와 마찬가지로 도면에 도시되지는 않았지만, 위의 설명에서처럼 본 발명의 일실시예에서는 상기 지주(110)가 위치한 주위에 매설될 수도 있고 가로등(100)의 내부에 장착될 수도 있음은 물론이다. The switching module is buried around the
또한, 상기 전환 모듈은 상기 가로등(100) 인근 지역에 위치하고 있는 병원, 소방 시설 등과 같은 수용가와 연결되도록 한다. 이와 같이 구성되어서 쓰나마, 태풍, 지진 등과 같은 자연 재해, 전시, 사변 또는 이에 준하는 비상시에 있어서 상기 수용가와 연결된 전력 공급 시스템에 문제가 발생하게 되면, 수동 또는 자동으로 상기 전환 모듈을 작동시켜 가로등(100)에서 생성 또는 충전된 전력을 상기 수용가로 전송한다. In addition, the switching module may be connected to a customer, such as a hospital, a fire station, or the like, located near the
즉, 본 발명의 일실시예인 통합형 LED 가로등 및 도로용 에너지 하베스팅 시스템은 비상시에 주변 병원, 소방 시설 등의 수용가가 상기 통합형 LED 가로등에서 생성 또는 저장된 전력을 개별적으로 활용하도록 함으로써 상기 통합형 LED 가로등 및 도로용 에너지 하베스팅 시스템을 단독 전기 발전 시설로 활용하도록 할 수 있다.That is, an integrated LED street light and an energy harvesting system for road use, which are an embodiment of the present invention, allow a customer such as a nearby hospital or a fire station to individually utilize power generated or stored in the integrated LED streetlight in an emergency, Road energy harvesting system can be utilized as a single electric power generation facility.
열전 소자 모듈(200)과 압전 소자 모듈(300)은, 상기 가로등(100)이 설치된 도로의 인근에 하나 이상이 지하에 매설되어 설치되는데, 상기 수소 연료전지와 연결되고 상기 제어장치에 의하여 제어되도록 한다. The
열전 소자 모듈(200)은, 펠티에 효과가 큰 반도체 재료로서 비드머스 텔루라이드, 안티몬 텔 합금 등을 한 쌍으로 한 것이다. 이종의 금속선을 잇고, 그 접속점을 통해서 전류를 흘리면 접속부에 줄열 이외의 열의 발생 또는 흡수가 나타난다. 이러한 열효과는 가역적이며, 전류의 방향을 반대로 하면 열의 발생은 흡수로 되고, 열의 흡수는 발생으로 바뀐다. 이와 같은 원리를 이용하여 상기 열전 소자 모듈(200)은 도로의 표면 온도가 일정 수치 이하로 떨어지면 상기 수소 연료전지 모듈(170) 또는 태양전지 모듈(130)로부터 전기를 공급 받아 열을 발산하도록 함으로써 겨울철에 도로 또는 인도 표면이 결빙되는 것을 방지할 수 있도록 한다. 이와 같이 가로등(100)에 연결된 열전 소자 모듈(200)은 기존에 도로가 결빙되거나 눈이 왔을 때 사용되던 염화 칼슘의 사용을 대체할 수 있으므로 환경오염을 줄일 수 있다. 또한 열전 소자 모듈(200)을 구성하고 있는 소재가 일반적인 구리선이 아니라 펠티에 효과를 이용하는 반도체이기 때문에 온도를 빠르게 승하강 시킬 수 있다. The
압전 소자 모듈(300)은, 기계적 응력을 걸면 전압이 발생하고 전압을 걸면 일그러짐이 발생하는 수정이나 압전 세라믹스 등을 사용한 소자인데, 압력을 가하면 전압이 변화하고, 반대로 전압을 가하면 팽창되거나 수축되는 성질을 갖는다. 즉, 압전 소자는 진동과 같은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 때문에 상기 압전 소자 모듈(300)은 도로의 표면 가까이에 매설되어서 차량 또는 사람의 통행에 의해 발생되는 진동과 압력을 통해 전기를 생성한다. 특히, 본 발명의 일실시예에서는 상기 압전 소자 모듈(300)은 전기가 생성될 때마다 생성된 전기를 상기 수소 연료전지 모듈(170)로 전송하여서 빗물을 전기분해하여 수소를 발생시키는 역할을 한다. 이와 같이 압전 소자 모듈(300)에 의하여 평소에 생성된 수소를 이용하여 전기를 생산하게 되면, 가로등(100)에 공급되는 전력을 태양전지 모듈(130)에만 의존하지 않아도 되므로 가로등(100)의 운영 효율이 높아지는 효과도 있다. The
이하에서는, 위와 같이 구성되는 본 발명의 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템의 일실시예의 작동 과정에 대해서 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the integrated LED street light including the solar cell of the present invention and the hydrogen fuel cell constructed as above, and the energy harvesting system for road including the same will be described.
먼저, 태양전지 모듈(130)과, 압전 소자 모듈(300)이 1차적으로 전기를 생성하는데, 구체적으로, 가로등(100)의 태양전지 모듈(130)은 낮 시간동안 계속하여 전기를 생성하여 저장하고, 압전 소자 모듈(300)은 통행하는 차량이나 사람에 의해 발생되는 진동과 압력을 이용하여 계속하여 전기를 생성하여 수소 연료전지 모듈(170)로 전송한다. First, the
다음으로 수소 연료전지 모듈(170)에서는 상기 압전 소자 모듈(300) 또는 태양전지 모듈(130)에서 생성된 전력을 사용하여 저장된 빗물을 전기분해하여 수소를 생성하고 생성된 수소를 저장한다. Next, in the hydrogen
이어서, 밤이 되거나, 기상 상태로 인하여 주변이 어두워지는 것을 기상관측 장치(140)의 조도 센서가 감지하여 제어장치로 데이터를 전송하면 제어장치는 LED 조명장치(120)의 제어부로 신호를 제어신호를 전달하여 LED 조명장치(120)를 작동시킨다.Then, when the ambient light sensor of the
이때, LED 조명장치(120)를 구동시키기 위하여 사용되는 전력은 1차로 태양전지 모듈(130)이 낮 시간동안 전기를 생성하여 저장한 전력을 사용하고, 이어서 태양전지 모듈(130)에 의해 충전된 전력이 부족하면 2차로 수소 연료전지 모듈(170)이 저장된 수소를 반응시켜 전력을 생산하여 사용한다.At this time, the electric power used to drive the
가로등(100)의 상단에 장착된 기상관측 장치(140)는 가로등(100) 주변의 기상관련 데이터를 계속하여 감지하고 데이터를 수집하여 제어장치로 전송한다. 그러면 제어장치는 적절한 시간에 LED 조명장치(120)를 구동하거나, 수집된 데이터를 통신장치에 의하여 외부로 전송하거나, 눈이나 비가 오는 것을 감지 한 후 기온이 일정이하로 하강하게 되면 저장된 전력을 열전 소자 모듈(200)로 보내 도로나 인도의 결빙을 방지하게 된다. The
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 태양전지 모듈(130), 수소 연료전지 모듈(170), 압전 소자 모듈(300)을 포함하여서 일상적으로 버려지는 작은 에너지인 태양광 에너지, 진동 에너지 등을 수확하여 활용하므로 에너지를 절약할 수 있고 수소 연료전지를 사용하므로 친환경적이다.As described above, according to the present invention, solar energy, vibration energy, and the like, which are small amounts of energy that are routinely discarded including the
또한 , 본 발명은 수소 연료전지에서 생산되는 전력을 외부 수용가에서 단독으로 사용할 수 있도록 제어할 수 있는 모듈을 상기 가로등(100) 하단의 지표면에 장착하고 있기 때문에, 자연 재해, 전시, 사변 또는 이에 준하는 비상시에 있어서 전력 공급 시스템에 문제가 발생한 수용가에서 상기 전력을 비상 전력으로써 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다. In addition, since the module capable of controlling the power generated by the hydrogen fuel cell so as to be used solely in the external customer is mounted on the ground surface at the lower end of the
또한, 본 발명은 상기 가로등(100)의 상부에 조도센서를 장착하여 주변의 밝기에 따라 가로등(100)의 LED 조명장치(120)의 밝기를 제어하기 때문에, 가로등(100)에서 소모되는 전기를 절약할 수 있는 효과와, 도심에서 발생하는 빛 공해를 줄일 수 있는 효과가 있다.The brightness of the
또한, 본 발명은 상기 가로등(100)의 상부에 기상관측 장치(140)를 장착한 후 수집되는 데이터를 외부로 전송할 수 있도록 하기 때문에, 상기 가로등(100)이 설치된 주변 지역에서 상세한 기상정보를 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, since the present invention can mount the
또한, 본 발명은 상기 LED 조명장치(120)에서 발산되는 빛의 파장을 해충이 싫어하는 길이의 파장으로 하여 해충 퇴치 효과를 갖도록 하기 때문에, 가로등(100)에 달려드는 해충에 의하여 가로등(100) 빛의 세기가 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과와 가로등(100) 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the wavelength of light emitted from the
또한, 본 발명은 상기 가로등(100) 주변의 도로 또는 인도에 상기 수소 연료전지 모듈(170)과 연결된 열전 소자 모듈(200)을 설치하여 도로의 표면이 일정 수치 이하로 떨어지면 열을 발산하도록 하였기 때문에, 겨울철에 도로의 표면이 결빙되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, the
상기와 같은 본 발명의 일실시예인 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등 및 이를 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다. The integrated LED street lamp including the solar cell and the hydrogen fuel cell, which is one embodiment of the present invention, and the energy harvesting system for the road including the integrated LED streetlight are not limited to the configuration and the operation method of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
100: 가로등 110: 지주
120: LED 조명장치 130: 태양전지 모듈
140: 기상관측 장치 160: 빗물 저장소
170: 수소 연료전지 모듈 171: 전지부
172: 전력 발생부 200: 열전 소자 모듈
300: 압전 소자 모듈100: street lamp 110: holding
120: LED lighting device 130: solar cell module
140: weather observation device 160: rainwater storage
170: hydrogen fuel cell module 171:
172: power generation unit 200: thermoelectric module
300: piezoelectric element module
Claims (6)
상기 가로등은,
지주와, 상기 지주에 설치되는 하나 이상의 LED 조명장치와, 상기 지주 상단에 장착되는 태양전지 모듈과, 상기 지주 상단에 장착되는 기상관측 장치와, 상기 지주의 중간 부분에 장착되는 빗물 저장소와, 상기 지주 하단에 장착되는 수소 연료전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈과 상기 조명장치 및 상기 수소 연료전지 모듈을 전기적으로 상호 연결하여 제어하는 제어장치를 포함하고,
상기 열전 소자 모듈과 압전 소자 모듈은,
상기 가로등의 제어장치에 의하여 상기 수소 연료전지와 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템.
An integrated LED street light including a solar cell and a hydrogen fuel cell including a thermoelectric module and a piezoelectric element module installed in a road underground in the vicinity of the streetlight, and an energy harvesting system for road including the same As a result,
The streetlight includes:
And a rainwater reservoir installed at an intermediate portion of the strut, wherein the rainwater reservoir is installed at an upper portion of the strut, A hydrogen fuel cell module mounted on a lower portion of the column, and a controller for electrically connecting and connecting the solar cell module, the illumination device, and the hydrogen fuel cell module,
The thermoelectric module and the piezoelectric element module are arranged such that,
And an integrated LED street lamp including a solar cell and a hydrogen fuel cell, wherein the LED lamp is connected to the hydrogen fuel cell by a control device of the streetlight.
상기 가로등의 제어장치는 상기 가로등에서 생성 또는 충전된 전력을 외부의 수용가가 사용할 수 있도록 상기 가로등과 외부의 수용가가 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit of the streetlight is connected to the outside of the streetlight such that electric power generated or charged by the streetlight can be used by an external customer. Energy harvesting system.
상기 수소 연료전지 모듈은 상기 압전 소자 모듈로부터 전기를 공급 받아 상기 빗물 저장소에 저장된 빗물을 전기분해하여 수소를 발생시켜 발생된 수소에 의해 전기를 생산하는 전력발생부 및 상기 생산된 전력을 저장하는 전지부를 포함하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템.
The method according to claim 1,
The hydrogen fuel cell module includes a power generation unit that receives electricity from the piezoelectric element module and generates electricity using hydrogen generated by electrolyzing the rainwater stored in the rainwater storage to generate hydrogen, And an integrated LED street lamp with a hydrogen fuel cell.
상기 열전 소자 모듈은 도로의 표면 온도가 일정 수치 이하로 떨어지면 상기 수소 연료전지 모듈 또는 태양전지 모듈로부터 전기를 공급 받아 열을 발산하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric module is supplied with electricity from the hydrogen fuel cell module or the solar cell module to dissipate heat when the surface temperature of the road falls below a predetermined value. Energy harvesting systems for roads including.
상기 LED 조명장치가 해충이 싫어하는 파장 대역의 빛을 발산하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the LED lighting device is adapted to emit light in a wavelength band that pests are disliked to include an integrated LED streetlight with a solar cell and a hydrogen fuel cell.
상기 기상관측 장치는 미세먼지를 감지하는 미세먼지감지센서와 수집되는 데이터를 외부와 송수신할 수 있는 통신장치를 더 포함하는 태양전지와 수소 연료전지를 구비한 통합형 LED 가로등을 포함한 도로용 에너지 하베스팅 시스템. The method according to claim 1,
The meteorological observing apparatus includes a solar cell including a fine dust detecting sensor for detecting fine dust and a communication device capable of transmitting and receiving data to and from the outside, and an integrated LED street light including a hydrogen fuel cell. system.
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KR20160023621 | 2016-02-26 | ||
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