KR100852505B1 - 가로등 전원 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개 이상의 자연 에너지로부터 전력을 발생시켜 안정적인 전력 발생이 이루어지도록 함과 아울러 가로등이 점등되지 않은 시간대에 발생된 전력은 전력 계통을 통하여 환원시키고, 야간에는 전력 계통으로부터 전력을 공급받아 가로등을 점등시킴으로써 전력의 수수(주고받음)가 가능토록 하여 에너지 절감에 의한 가로등 운용 비용을 절감하도록 하는 가로등 전원 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명은, 태양광 에너지를 직류 전기 에너지로 변환하는 태양 셀; 바람의 힘을 교류 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전기; 상기 태양 셀과 풍력 발전기의 출력인 직류 및 교류 전기 에너지를 인입받아 선택적으로 절체 또는 동시에 입력받는 연결부; 상기 연결부로부터 공급되는 전원을 DC-DC 변환하여 LED 가로등으로 공급함과 아울러, DC-AC 변환하여 전력계통 연계부로 출력하며, 전력 계통 연계부로부터 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 LED 가로등으로 공급하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부로부터 출력되는 직류전원에 의하여 점등되는 LED 가로등; 상기 전력 변환부로부터 출력되는 교류전원을 전력 계통으로 환원하고, 전력 계통으로 공급되는 전원을 선택적으로 전력 변환부로 공급하는 전력 계통 연계부;로 구성된다.

Description

가로등 전원 공급장치{Power supplier for street lamp}
도 1은 본 발명의 구성을 보인 블록도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100 : 태양셀 200 : 풍력 발전기
210 : 정류부 300 : 연결부
400 : 전력변환부 420 : DC-DC 변환부
430 : DC-AC 변환부 500 : 전력계통 연계부
510 : 노이즈 필터 520 : 정현파 필터
600 : LED 가로등 700 : 전력 계통
본 발명은 가로등에 전원을 공급하도록 하는 가로등 전원 공급장치에 관한 것으로, 특히 자연 에너지인 바람을 이용하여 전력을 발생하는 풍력 발전기와 태양으로부터 태양 에너지를 전달받아 전원을 발생시키는 태양 셀을 이용하여 전원을 생성하여 그 생성된 잉여전원을 전력 계통으로 넘겨서 전력을 팔고, 가로등 점등시 부족할 때에는 전력 계통을 이용하여 가로등에 전원을 공급하도록 한 가로등 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 도로에 설치되어 야간이나 또는 우천시, 안개 등에 의하여 어둡게 되면 가로등이 점등되어 보행자나 차량 등에 도로의 정보 및 주변 상황 등에 대한 정보를 제공하게 된다.
이러한 기존의 가로등은 전력 계통으로부터 전원을 공급받아서 점등하게 되는데, 이 경우 많은 전력 비용이 소모되어 가로등 운용에 대한 비용적인 측면에서 부담이 매우 가중된다.
따라서, 자연 에너지를 이용하여 가로등을 점등시키도록 하는 방안이 제안되고 있는데, 일반적인 자연 에너지 즉, 태양광, 풍력, 수력 등을 이용하여 가로등에 전원을 공급하고, 잉여 전력은 충전 장치를 이용하여 충전하여 자연 에너지가 공급되지 않는 경우에 그 충전된 전력을 이용하게 된다.
그러나, 이는 기후 변화에 매우 둔감한 장치이므로 가로등에 안정적인 전원을 공급하기가 매우 곤란하다.
다시 말하면, 전력을 충전하기 위하여 여러 가지의 자연 에너지 중 어느 하나를 통해서만 전력을 발생하므로 전력 발생 조건이 충족되지 않는 경우 전력의 충전이 곤란하다는 것이다.
또한, 충전 장치로 밧데리를 사용하게 되는데, 이는 상당히 고가이며, 수명 에 한계를 가지므로, 운영비용이 상승하게 되는 단점이 있다.
그러므로, 대부분 충전장치를 제외시킨 상태에서 자연 에너지에 의하여 전력을 발생시켜 가로등을 점등하게 되며, 이 경우 가로등 점등시에 남겨진 잉여 전력은 열저항 등에 의하여 인위적으로 소모시키게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 두 개 이상의 자연 에너지로부터 전력을 발생시켜 안정적인 전력 발생이 이루어지도록 함과 아울러 가로등이 점등되지 않은 시간 및 잉여 에너지 발생시에 발생된 전력은 전력 계통을 통하여 환원시키고, 가로등을 점등하기 위한 전력이 부족시에는 전력 계통으로부터 전력을 공급받아 가로등을 점등시킴으로써 전력의 수수(주고받음)가 가능토록 하여 에너지 절감에 의한 가로등 운용 비용을 절감하도록 하는 가로등 전원 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
태양광 에너지를 직류 전기 에너지로 변환하는 태양 셀;
바람의 힘을 교류 전기 에너지로 변환하고 직류전원으로 정류하는 풍력 발전기;
상기 태양 셀과 풍력 발전기의 출력인 직류 전기 에너지를 인입받아 상호 간 섭없이 선택적으로 절체 또는 동시에 입력받는 연결부;
상기 연결부로부터 공급되는 전원을 DC-DC 변환하여 LED 가로등으로 공급함과 아울러, 선택적으로 DC-AC 변환하여 전력계통 연계부로 출력하며, 전력 계통 연계부로부터 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 LED 가로등으로 공급하는 전력 변환부;
상기 전력 변환부로부터 출력되는 직류전원에 의하여 점등되는 LED 가로등;
상기 전력 변환부로부터 출력되는 교류전원을 전력 계통으로 환원하고, 전력 계통으로 공급되는 전원을 필요시 전력 변환부로 공급하는 전력 계통 연계부;로 구성된다.
또한, 상기 전력 변환부는, 연결부로부터 공급되어진 직류 전원을 LED 가로등의 소요 전원 형태로 변환하는 DC-DC 변환부; 잉여 전력 발생시 상기 연결부로부터 공급되어진 자연에너지인 직류 전원을 최대출력점제어(MPPT)를 통하여 최대 전력을 전력 계통으로 환원시키기 위한 교류 전원으로 변환하고 가로등을 점등시키기에 부족한 전력일 경우 이를 보충하기 위하여 상기 전력 계통 연계부로부터 공급되어진 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 DC-DC 변환부로 공급하는 DC-AC 변환부; 로 구성되며,
상기 전력 계통 연결부는, 전력 변환부로부터 출력되는 교류 전원에 포함된 구형파 전압을 정현파로 만드는 정현파 필터; 상기 정현파 필터로부터 출력되는 정현파에 포함된 노이즈를 제거하여 전원에 영향을 주는 것을 방지하는 노이즈 필터;로 구성된다.
그리고, 주간 및 야간에 따른 광량을 감지하는 센서부;
상기 센서부의 감지결과에 따라 상기 전력 변환부의 정류부로부터 DC-AC 변환부의 동작 유무를 결정함과 아울러 전력 계통으로부터 상기 DC-DC 변환부의 동작 유무를 결정하는 제어부;
중앙감시장치로부터 통신에 의한 가로등의 점등 및 소등의 명령을 인가받아 제어부로 제공하는 통신부;를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 자연 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여 태양 셀(100)과 풍력 발전기(200)를 이용하게 되는데, 이는 태양의 일조량이 적은 날이나 바람이 적게 부는 날에 두 시스템 즉 태양 셀(100)과 풍력 발전기(200)의 상보 작용을 이용하기 위함이다.
태양 셀(100)은 주간에 태양에서 발산되는 태양광 에너지를 모으는 PV 모듈을 다수 배치하여 구성하고, 지면과는 약간의 경사각을 두어 태양광을 최적으로 수집할 수 있도록 설치된다.
이러한 태양 셀(100)은 태양광을 직류 전원으로 변환하여 연결부(300)쪽으로 출력한다.
풍력 발전기(200)는 바람의 힘을 이용하여 교류 전기 에너지로 변환하고 정류부(210)에서 이를 정류하여 직류 전원 형태로 변환하여 연결부(300)쪽으로 출력하게 된다.
연결부(300)는 상기 태양 셀(100) 및 풍력 발전기(200)로부터 발생된 직류 전기 에너지를 상호 간섭없이 절체하거나 동시에 입력 받게 하여 전력 변환부(400)로 제공하고 가로등을 점등시키기에 필요한 전력이 부족할 경우 이를 계통에서 전달받는 DC-AC 변환부(430)와 이 전력을 소비하는 DC-DC 변환부(420)와의 연결도 담당하게 된다.
DC-DC 변환부(420)는 연결부(300)로부터 공급되는 직류 전원을 부하측인 LED 가로등(600)의 전원 소모 형태에 따라 변환하게 되는데, LED 가로등(600)의 발광체인 LED는 직류전원에 의하여 동작하므로 전압과 전류량을 그에 적절하게 변환시키게 된다.
상기 LED 가로등(600)은 저전력 및 고휘도, 그리고 긴 수명 등의 특징으로 가지는 LED로 구성된다.
한편, LED 가로등(600)의 점등시 또는 소등시에 태양셀(100)과 풍력 발전기(200)에 의하여 발생된 잉여 전력은 전력 계통(700)으로 환원시켜 팔게 되어 운용 비용을 절감시키고, 또한, 부족 전력은 전력 계통(700)으로부터 공급받아 LED 가로등(600)을 점등시키게 된다.
이를 위하여, 센서부(800)를 광량 센서로 하는 경우 광량을 감지하게 되는데, 주간에는 광량이 풍부한 것으로 감지될 것이며, 야간에는 광량이 없던지 아니면 아주 미약하게 감지될 것이다.
이에 따라, 제어부(900)는 센서부(800)의 광량 감지 결과를 제공받거나 또는 통신부(1000)를 통하여 원격지에 위치한 중앙 감지 제어장치의 통제를 받아 LED 가 로등을 점등 제어하게 되는데, 광량이 풍부한 주간인 경우 제어부(900)는 DC-DC 변환부(420)를 미동작 시켜서 연결부(300)로부터 제공되는 직류 전원이 DC-AC 변환부(430)로 인입되도록 하며, 이에 DC-AC 변환부(430)는 교류 형태의 전원으로 변환하여 전력 계통 연계부(500)로 출력한다.
상기 DC-AC 변환부(430)로부터 출력되는 교류전압원은 정현파 필터(510)로 제공되어 전력 계통 연계부(500)나 전력 계통(700)과 동일한 전압 위상과 파형을 갖는 전원으로 변환되어 출력된다.
이때, 정현파 필터(510)로부터 출력되는 정현파는 DC-AC 변환부(430)로부터 발생되는 교류 형태의 전원에 노이즈가 포함되어 있으므로, 노이즈 필터(520)는 정현파 필터(510)로부터 노이즈를 제거함으로써 전력 계통(700)으로 노이즈가 인입되는 것을 방지하도록 하여 환원하는 것이다.
한편, 부족 전력 상태인 경우 제어부(900)는 전력 계통(700)으로부터 공급되는 전원을 DC-AC 변환부(430)를 통하여 역률 보상 및 직류 전원 변환하여 다음 DC-DC 변환부(420)로 제공한다.
따라서, 상기 DC-DC 변환부(420)는 이를 LED 가로등(600)이 동작하기에 적당한 직류전원을 변환하여 출력하게 되는 것이다.
결국, 태양셀(100)이나 풍력 발전기(200)에 의하여 발생된 전원을 이용하여 LED 가로등(600)을 점등시키거나 또는 전력 계통(700)으로 환원시키고, 가로등을 점등시키기에 부족한 전력일 경우에는 전력 계통(700)으로부터 싼 전력을 공급받아서 LED 가로등(600)을 점등시킴으로써 저렴한 가로등의 운용이 가능하다.
한편, 야간에는 태양셀(100)로부터 전력이 생성되지 않지만 풍력 발전기(200)로부터 전력이 생성될 수 있으므로, 센서부(800)가 광량 센서와 함께 풍량 센서를 포함하는 경우 제어부(900)는 풍량이 풍부하여 풍력 발전기(200)로부터 전원이 공급되면, LED 가로등(600)을 점등시킴과 아울러 전력 계통(700)으로 전력을 환원하도록 한다. 이때, 풍력 에너지가 LED 가로등을 점등 시키는 정도라면 DC-AC 변환부(430)는 미동작되어 필요없는 전력 소모를 방지한다.
제어부(900)는 이러한 센서부(800)의 센싱 결과 또는 통신부(1000)에 의한 중앙 감시 제어장치로부터 인가되는 명령에 따라서 DC-DC 변환부(420) 및 DC-AC 변환부(430)의 온/오프 상태를 적절히 제어하여 태양셀(100) 및 풍력 발전기(200)로부터 발생된 전력을 사용 및 환원시키도록 함과 아울러 전력 계통(700)으로부터 전력을 공급받을 수 있도록 하는 것이다.
센서부(800)와 함께 타이머를 구비한 경우 설정된 시간에 따라 제어부(900)가 DC-DC 변환부(420) 및 DC-AC 변환부(430)의 온/오프를 적절히 제어할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 가로등 전원 공급 장치는, 두 개 이상의 자연 에너지로부터 전력을 발생시켜 안정적인 전력 발생이 이루어지도록 함과 아울러 가로등이 점등되지 않은 시간대등의 잉여전력이 발생되면 전력 계통을 통하여 환원시키고, 부족 전력시에는 전력 계통으로부터 전력을 공급받아 가로등을 점 등시킴으로써 전력의 수수(주고받음)가 가능토록 하여 에너지 절감에 의한 가로등 운용 비용을 절감하도록 하는 효과가 있다. 또한 계통에서 전력을 공급받을 때에는 DC-AC 변환기에서 역률 보상의 역할을 겸하므로 고조파에 대한 영향을 줄일 수 있다.

Claims (4)

  1. 태양광 에너지를 직류 전기 에너지로 변환하는 태양 셀;
    바람의 힘을 교류 전기 에너지로 변환하고 직류전원으로 정류하는 풍력 발전기;
    상기 태양 셀과 풍력 발전기의 출력을 인입받아 상호 간섭없이 선택적으로 절체하거나 동시에 입력받는 연결부;
    상기 연결부로부터 공급되는 전원을 DC-DC 변환부에 의해 LED 가로등의 소요전원 형태로 변환하여 LED 가로등으로 공급하고, 상기 연결부로부터 공급되어진 직류 전원을 전력 계통으로 환원시키기 위하여 DC-AC 변환부를 통해 교류 전원으로 변환하여 전력계통 연계부로 출력하며, 부족 전력 발생시 전력 계통 연계부로부터 공급되어진 교류 전원을 직류 전원으로의 변환 및 역률 보상하여 상기 DC-DC 변환부로 공급하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부로부터 출력되는 직류전원에 의하여 점등되는 LED 가로등;
    상기 전력 변환부로부터 출력되는 교류전원을 전력 계통으로 환원하고, 전력 계통으로 공급되는 전원을 전력 변환부로 공급하는 전력 계통 연계부;
    주간 및 야간에 따른 광량을 감지하는 센서부;
    원격지의 중앙 감시 제어장치로부터 통신을 통하여 명령을 인가받는 통신부;
    상기 센서부의 감지결과 또는 통신부를 통한 중앙 감시 제어장치의 명령에 따라 상기 전력 변환부의 DC-AC 변환부 및 DC-DC 변환부의 동작유무를 결정함과 아울러 가로등의 점등에 필요한 전력이 부족할 시에 전력 계통으로부터 전력을 공급받기 위해 상기 DC-AC 변환부 동작유무를 결정하는 제어부;로 구성된 것을 특징으로 하는 가로등 전원 공급 장치.
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