KR100465390B1 - 광원을 이용한 전기공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적은양의 태양광으로도 많은 양의 전기에너지를 얻을 수 있고, 설치공간이 적어 공간활용에 효율적일 뿐만 아니라, 공급라인을 광섬유로 대체하여 누선이나 합선 등에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 단시간내에 많은 양의 전력을 얻을 수 있는 광원을 이용한 전기공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 수단으로 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치는, 태양광을 이용하여 전기에너지를 얻는 전기공급장치에 있어서,

태양광을 집광하는 집광기, 레이저빔과 같은 임의적으로 광원을 발생하는 광원발생기와, 상기 집광기와 광원발생기로부터 전달된 광원을 전달하는 광섬유로 이루어진 광원전달기와, 상기 광원전달기로부터 전달받은 광원을 전기에너지로 변환하는 변환기와, 상기 변환기로부터 얻은 전기에너지를 교류로 변환하는 교류발생기가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

광원을 이용한 전기공급장치{DEVICE FOR ELECTRICITY SERVICE MAKE OF USE LIGHT SOURCE}

본 발명은 광원, 특히 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 광원을 이용한 전기공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원전달기로부터 전달되는 빛이 광섬유를 통해 전달되도록 하여 전선의 합선이나 누선 등과 같은 사고를 미연에 방지하고, 설치비용이 저렴할 뿐만 아니라 유지보수가 용이하고 태양광이 없을 경우엔 레이저 빔과 같은 광원발생기에 의해 광원이 계속적으로 발생되도록 함으로써 전기의 지속적인 공급이 가능하도록 한 광원을 이용한 전기공급장치에 관한 것이다.

점차적으로 산업이 발달됨에 따라 비례적으로 고갈되는 에너지 자원을 대체하는 수단으로 여러 가지 방법이 제안되고 있다.

이러한 것들 중 하나가 태양광을 이용한 전기에너지로서, 이미 태양열 주택 등이 실용화되고 있으며, 이러한 태양열 주택은 태양광을부터 발산되는 태양열을 매개체로 하여 전기에너지를 자체적으로 생산함에 따라 주택의 난방용품이나 가전제품을 사용할 때 태양열에 의해 발생되는 전기를 축적하여 사용함으로써 전력회사에서 공급되는 전기를 많이 사용하지 않음에 따라 비교적 저렴한 전기료를 납부하고 있다.

이러한 태양광을 이용한 전기에너지는 태양열 주택 이외에 여러분야에 걸쳐 사용되고 있다. 종래 옥외에 설치되는 각종 전기/전자 통신 시스템을 예로하여 설명하면, 아웃도어(out door)형인 PCS(Personal Communication Service) 기지국 시스템은, 전원공급장치내 교류 입력부를 통해 입력되는 교류(AC)전원을 PCS 기지국 시스템이 필요로 하는 직류(DC) 전원으로 변환하는 전원공급부의 출력 직류전류전원을 공급받아 동작한다.

이때, 상기 전원공급부의 직류전원은 보조 전원장치인 백업배터리에 축적되게 되어 있어, 정전 등 각종 비상사태가 발생하는 경우 백업배터리에 축적된 직류전원을 시스템에 공급하여 시스템으로의 전원공급이 끊어지지 않도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 교류전원을 사용하는 종래 시스템의 전원공급장치는 각종 비상사태가 발생하는 경우 백업배터리에 축적된 전원에만 의존하므로, 장시간 정전이 계속될 시에는 충전이 불가능한 동시에 백업배터리의 전원이 모두 소모되게 되어 시스템이 저전압에 의해 오동작을 일으키거나 아예 다운되어 버리고 마는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 실용신안출원 제1998-4182호인 태양열을 이용한 전원 공급장치가 안출된 바 있다.

이는, 전력공급소로부터 교류전원을 입력하는 교류입력부와, 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지와 상기 교류입력부를 통해 입력된 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 이 변환된 직류전원 또는 상기 태양전지에 의해 변환된 전기에너지를 시스템 치 백업배터리에 공급하는 전원공급부와 상기 전원공급부에서 공급되는 직류전원 또는 상기 태양전지에 의한 전기에너지를 축절하여 비상사태발생시 상기 시스템으로 동작전원을 공급하는 백업배터리로 구성되는 것으로, 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지를 이용하여 정전과 같은 비상 사태가 발생하는 경우에도 옥외에 설치되는 각종 전기/전자 통신 시스템의 전원을 안정적으로 공급하여 줌으로써 경제적, 시간적 손실을 줄이고 시스템의 안전 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.

그러나, 상기와 같은 정전시 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 축적된 전기를 이용하도록 하는 장치는, 정전상태가 장기간동안 유지되어 태양에너지에 의해 축적된 전기에너지가 고갈될 경우, 다시 정전상태로 전환되는 문제점이 있다.

또한, 태양에너지를 이용하여 전기에너지로 변환하기 위해서는 태양빛을 받는 일명 솔라판을 설치해야 되는 바, 보다 많은 양의 태양빛을 받기 위해서는 솔라판을 태양과 일직선으로 설치해야 되고, 그 크기를 크게 하여야 함에 따라 많은 공간을 차지할 수 밖에는 없다.

뿐만 아니라, 태양에너지를 받아 전기에너지로 변환하기 위해선 필수요소인 태양광이 있어야 하는 바, 흐린날씨이거나 우(雨)중일 경우, 또는 태양이 진 저녁과 같은 시간대에는 태양광을 받을 수 없기 때문에 백업배터리에 축적되는 전기양이 한정될 수 밖에는 없다.

또한, 종래 태양광을 전기에너지로 변환하여 사용하는 방법에 있어 태양광을 공급하는 라인이나 전기에너지를 공급하는 라인이 전선케이블로 이루어져 있기 때문에, 이 전선케이블이 누선이나 합선 또는 케이블의 파손에 의해 화재 등과 같은 안전사고에 항상 노출되고 있으며, 화약공장 등과 같은 곳에서는 심할 경우 피해가 매우 심각한 결과를 가져온다.

뿐만 아니라, 현재의 솔라전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 양은, 하나의 솔라전지 1cm²당 태양으로부터 발산되는 태양광의 약 10% 만을 가지고 전기를 생산해 냄으로써, 30mA 0.5V의 적은 전력을 생산해 내기 때문에, 많은 양의 상용전력을 생산해내기 위해서는 넓은 공간을 차지하여 솔라전지를 설치할 수 밖에는 없어 설치비용이 가중되는 문제점과 함께 유지보수에 적지 않은 어려움이 있다.

본 발명은 종래 태양광을 전기에너지로 변환하여 사용하는 장치들이 지닌 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적은양의 태양광으로 많은 양의 전기에너지를 얻을 수 있으며, 설치공간이 적어 공간활용에 효율적일 뿐만 아니라, 광공급라인을 광섬유로 대체하여 누선이나 합선 등에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있는 광원을 이용한 전기공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치의 흐름을 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치의 구성요소인 변환기의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치의 구성요소인 변환기의 구성을 나타낸 평면개략도이다.

도 4는 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치의 다른 실시예를 나타낸 흐름도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 집광기 20 : 광원발생기

30 : 광원전달기 40 : 변환기

50 : 교류발생기 60 : 광섬유케이블

상기 목적을 이루기 위한 수단으로 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치는, 태양광을 집광하는 집광기, 레이저 빔과 같은 임의적으로 광원을 발생하는 광원발생기와, 상기 집광기와 광원발생기로부터 전달된 광원을 전달하는 광원전달기와, 상기 광원전달기로부터 전달받은 광원을 전기에너지로 변환하는 변환기와, 상기 변환기로부터 얻은 전기에너지를 교류로 변환하는 교류발생기가 포함되어 이루어진 전기공급장치에 있어서,

상기 변환기는, 단면의 솔라전지가 양측에 구비된 단면 솔라전지들 사이에 다수개의 양면솔라전지와 빛분광기가 순차적으로 구비되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변환기는, 별도의 지그에 의해 양면솔라전지가 격자형상으로 배열되고, 상기 양면솔라전지의 내부에는 다수개의 빛분광기가 구비되어 있는 것으로 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 지닌 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치는, 변환기에 다수개의 솔라전지와 빛분광기가 구비되어 있음에 따라 적은 양의 태양광으로부터 발산되는 적은양의 태양광으로도 많은 양의 전기에너지를 얻을 수 있기 때문에, 태양광을 포집하는 집광기의 크기가 적어 설치하는 공간의 활용도가 높고, 원활한 유지보수가 가능하다.

또한, 태양광을 포집할 수 없는 날씨이거나 또는 시간일 경우엔, 레이저 빔과 같은 임의적으로 광원이 발생되는 광원발생기에 의해 광원을 전기에너지로 변환하는 변환기에 항상 광원을 공급할 수 있기 때문에, 적은 전기양을 사용하는 가정 뿐만 아니라, 선박이나 공장 등과 같이 많은 양의 전기를 사용하는 곳에서도 이용이 가능하여 탁월한 경제성을 갖는다.

이하, 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치를 첨부된 도면에 의거하여 좀더 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치의 흐름을 나타낸 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치는, 태양으로부터 발산되는 태양광을 포집하는 수단인 집광기(10), 태양광을 포집하기 어려운 경우 레이저 빔과 같은 임의적으로 광원이 발생되는 광원발생기(20)와, 상기 집광기(10) 또는 광원발생기(20)로부터 얻은 광원을 전달하는 광원전달기(30)와, 전달된 광원을 전기에너지로 변환하는 변환기(40) 그리고, 변환된 전기에너지를 교류전기로 변환하는 교류발생기(50)로 이루어진다.

상기 광원전달기(30)는 광섬유로 이루어져 있어 원거리에서도 쉽게 태양광을 포집할 수 있다.

또한, 집광기(10)와 광원발생기(20)에서 얻어진 광원은 광섬유케이블(60)을 통해 광원전달기(30)에 전달됨에 따라, 전선케이블의 누선이나 합선 등에 의해 발생되는 전기사고를 미연에 방지한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의해 전기에너지를 얻는 방법은, 태양으로부터 발산되는 태양광이 집광기(10)로 포집되거나 또는 레이저 빔과 같은 광원발생기(20)로부터 임의적으로 발생된 광원이 광원전달기(30)에 의해 변환기(30)로 모이게 되고, 변환기(30)에 모인 광원들은 변환기의 내부 구성에 의해 전기에너지로 변환되어, 직류(DC)전기로 사용되거나 또는 교류발생기(50)에 의해 교류(AC)전기로 사용된다.

상기 변환기(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이 단면솔라전지(41)(41')가 양측에 각각 구비되고, 이 양측에 구비된 단면솔라전지(41)(41')의 사이에 다수개의 양면솔라전지(42)와 빛분광기(43)가 각각 순차적으로 구비되어 있음에 따라, 광원전달기(30)를 통해 전달받은 광원이 변환기(40) 내부에 구비된 다수개의 빛분광기 (43)에 전달되어 광원이 분산되어 빛을 발산하게 되고, 발산되는 빛은 다시 양면솔라전지(42) 및 단면솔라전지(41)(41')에 의해 전기에너지로 변환됨으로써, 변환기 (40)에 의해 광원이 전기에너지로 변환된다.

도 3은, 상기와 같은 구성으로 된 변환기(40)의 일예를 도시한 개략도로서, 지그(44)에 의해 양면솔라전지(42)들이 격자형상으로 구비되고, 이 격자형상으로구비된 양면솔라전지(42)의 내부에 광원을 받아 발산하는 빛분광기(43)가 설치된 것을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 전달된 광원이 발산되는 빛분광기가 솔라전지의 내부에 구성되어 있음에 따라, 발산되는 광원들이 솔라전지에 모두 흡수되기 때문에, 최대의 전력양산이 가능하다.

즉, 종래에 태양광을 이용한 전기공급장치는, 태양으로부터 발산되는 태양광이 외부에 설치되어 직접적으로 태양광을 받는 솔라전지가 태양광을 약 20%만 흡수하고 많은량의 태양광을 그대로 반사함으로써 적은양의 전력만을 양산할 수 있는 반면, 본 발명에 적용되는 변환기에 전달된 광원은 빛분광기를 포설한 솔라전지들에 의해 광원의 최대 80%까지 흡수가 가능하여 동일시간에 양산되는 전력량의 차이가 매우 크다.

본 발명의 변환기에 적용되는 솔라전지와 빛분광기의 배열 형상을 격자의 사각형상으로 하여 도시하였으나, 이에 국한하는 것은 아니며 본 발명의 목적범위를 일탈하지 않는 한 상기 변환기에 구성되는 솔라전지들과 빛분광기들의 배열은 솔라전지들이 빛분광기를 포설하고 있는 형태라면 다양한 변형실시가 가능하며, 모두 본 발명의 권리범위에 포함된다.

본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치는, 적은 공간을 활용한 태양광 발전소를 구성할 수 있다.

즉, 표준 솔라전지의 단위면적당 전력 생산량이 예를들어 솔라셀의 크기를 10cm ×10cm로 하였을 경우, 0.47VDC(약 0.5V)의 전압과 3A(암페어)의 전류를 얻어낼수 있으며, 상기 솔라셀의 크기를 1/2 또는 1/4 크기로 자를 경우, 전류는 각각 1.5A와 0.75A로 줄어들지만 전압은 변화없이 그대로 0.47V 이기 때문에, 이러한 솔라셀 3개를 각각 직렬연결하면 0.47V + 0.47V + 0.47V ?? 1.5V 가 되며, 3V의 전력을 얻고자 할 경우엔 솔라셀 6개를 각각 직렬연결하면 된다.

또한 전류량을 늘리고자 할 경우엔, 솔라셀을 각각 병렬연결하면 전압은 변동없이 전류만 커지게 된다.

따라서, 일반가정의 한전계약용량인 220V 5W(와트)를 생산하기 위해서는 종래 태양광을 이용하여 전기에너지를 얻는 전기공급장치의 경우 대략 20m × 20m 크기의 공간을 차지하지만, 본 발명의 구성요소인 변환기를 적용할 경우 같은 단위의 조도량으로 가로, 세로 높이가 각각 1m ×1m ×1m의 공간만 있으면 가능하기 때문에 공간 활용도가 높다.

이러한 효과는, 우리나라와 같이 국토가 좁은 나라로서는 획기적인 태양광 발전을 할 수 있으며, 기존의 태양광 발전소를 만드는데 사용되는 땅의 넓이를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 태양전지를 이용한 자동차나 선박 등에 활용할 수 있다.

또한, 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치는, 구성요소들을 연결하는 라인이 광섬유케이블로 이루어짐에 따라 특수한 지역 예를들어, 화학공장이나 석유공장등과 같이 항상 화재사고에 노출되어 있는 지역에서의 안전한 전기사용이 가능하기 때문에, 광섬유케이블에 의해 전기를 공급받음으로써 종래 전선케이블을 이용하여 전기를 공급받을 시 야기되는 문제점이 완전하게 해결된다.

도 4는, 본 발명인 광원을 이용한 전기공급장치에 따른 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 변환기에서 변환된 전기에너지를 일부 축적하여 두었다가 필요시 사용할 수 있는 충전기(70)가 더 구비되어 있는 것으로, 남는 전기를 축적하여 필요시 사용한다는 것 이외에는 앞서 설명한 본 발명의 목적과 효과는 동일함으로써 이에 대한 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광원을 이용한 전기공급장치는, 단시간내에 많은양의 전력을 얻을 수 있으며, 자동차, 선박 및 가정 등의 태양광 발전소로 이용이 가능하고, 태양광을 공급받을 수 없을 경우에도 레이저 빔과 같은 광원발생기에 의해 계속적인 광원의 공급이 가능할 뿐만 아니라, 적은 공간 활용과 원활한 유지보수가 이루어질 수 있고, 화학공장이나 석유공장 등과 같은 특수지역에서도 별다른 무리없이 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 태양광을 집광하는 집광기, 임의적으로 광원을 발생하는 광원발생기와, 상기 집광기와 광원발생기로부터 전달된 광원을 전달하는 광원전달기와, 상기 광원전달기로부터 전달받은 광원을 전기에너지로 변환하는 변환기와, 상기 변환기로부터 얻은 전기에너지를 교류로 변환하는 교류발생기가 포함되어 이루어진 전기 공급장치에 있어서,

   상기 변환기는, 단면의 솔라전지가 양측에 구비된 단면 솔라전지들 사이에 다수개의 양면솔라전지와 빛분광기가 순차적으로 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 광원을 이용한 전기공급장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 변환기는, 별도의 지그에 의해 양면솔라전지가 격자형상으로 배열되고, 상기 양면솔라전지의 내부에는 다수개의 빛분광기가 구비되어 있는 것으로 특징으로 하는 광원을 이용한 전기공급장치.
4. 삭제