KR100964435B1 - 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템 - Google Patents

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KR100964435B1 KR1020100003090A KR20100003090A KR100964435B1 KR 100964435 B1 KR100964435 B1 KR 100964435B1 KR 1020100003090 A KR1020100003090 A KR 1020100003090A KR 20100003090 A KR20100003090 A KR 20100003090A KR 100964435 B1 KR100964435 B1 KR 100964435B1
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Abstract

본 발명은 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템에 관한 것으로, 태양광 발전을 통해 획득한 직류전원을 이용하여 직접 건물 내의 광원을 동작시키되 배터리 수명의 극대화가 가능한 관리기법을 제공한다. 한편, 솔라모듈이 설치된 다수의 건물마다의 상태정보를 통합하여 수집, 관리할 수 있는 조명 제어 시스템을 제공한다.

Description

솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템{LIGHTING CONTROLLING SYSTEM USING SOLAR BATTERY}
본 발명은 솔라모듈을 이용하여 실내 조명의 전원을 공급하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다.
태양광은 한정이 없으며, 무공해일 뿐만 아니라, 자연친화적이라는 장점이 있어 이를 에너지원으로 활용하는 태양광 발전기술이 각광을 받고 있다.
태양광 발전을 위한 솔라모듈은 장소에 구애받지 않고 설치가 가능하며 설치와 유지보수가 손쉬울 뿐 아니라 20년 이상의 수명을 갖는다는 장점이 있어 차세대 에너지원으로 이미 널리 활용되고 있는 실정이다.
한편, 태양광 발전의 발전효율은 눈이나 비가 적고, 공기가 맑으며 태양광의 세기가 강한 지역일수록 높아진다. 특히, 아프리카 남북단의 지역이나 오스트레일리아의 북부지역이 태양광 발전의 최적지로 꼽힌다.
뿐만 아니라 이들 지역은 인구밀도가 낮아 때로는 전기공급이 충분하지 못한 지역들도 있으며, 이에 보조 에너지원으로 태양광 발전의 필요성이 높다.
그런데, 일반적으로 가정에서 솔라모듈을 설치하는 경우 대체로 교류전류를 생산하여 발전소로 판매하고, 야간이나 겨울에는 발전소로부터 공급받는 교류전류를 사용하곤 한다.
그러나, 이 경우 송전과정에서의 손실이 커 비경제적이다.
따라서, 솔라모듈로부터 생산된 직류전류를 가정에서 직접 사용하도록 하는 방법, 특히, 저전력의 LED를 이용하여 직류전류에 의한 조명장치를 사용하도록 함으로써 조명장치에 의한 전력소모를 태양광에 의해 충당하도록 하는 조명 제어 시스템의 개발이 절실한 실정이다.
그러나, 종래기술에 의할 때 배터리의 호환성과 수명의 극대화를 위한 배터리 관리기술 및 시스템 상태정보의 수집기술의 개발이 충분히 이루어지지 못하였다.
또한, 솔라모듈을 설치한 다수의 가구 마다의 상태정보를 통합하여 관리하는 시스템의 구축에 있어 낮은 비용으로 높은 신뢰도를 확보하기 위한 기술이 부재하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 특히 태양열 발전의 효율이 높은 지역에서 오로지 태양광에 의하여 야간의 조명사용이 가능하도록 하여 전기 사용량을 절감하도록 하기 위한 조명 제어시스템의 제공을 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은 태양열을 이용한 조명 제어시스템에 있어 배터리의 스펙이나 기능에 무관하게 배터리의 충전, 방전의 관리가 가능하도록 하는 조명 제어시스템의 제공에 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은 태양열을 이용한 조명 제어시스템에 있어 직류 전류를 이용하도록 함으로써 송전에 따른 전력 손실을 최소화하고, 특히 LED 광원을 이용하도록 함으로써 전류사용량을 최소화하는 조명 제어시스템의 제공에 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은 지그비 모듈을 이용하여 수십미터씩 떨어져있는 다수의 건물 마다의 조명 제어시스템의 상태 정보를 무선통신방식에 의해 수집하여 일괄적으로 관리하도록 하는 시스템을 낮은 비용으로 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템은 건물의 지붕 또는 외벽에 지면과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 태양열을 집광하는 솔라패널(Solar Panel); 및 상기 솔라패널로부터 집광된 태양열로부터 직류전류를 생산하는 그리드 오프 타입(Grid-off type) 인버터(Inverter);를 갖는 솔라모듈(Solar Module);
상기 그리드 오프 타입 인버터로부터 직류전류를 공급받아 충전되는 딥 사이클 배터리(Deep Cycle Battery);
상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되어 교류전류를 공급받아 공급된 교류전류를 직류로 변환하는 파워 컨버터(Power Converter); 및 직류의 입력 전압을 스위칭하여 얻어지는 펄스열을 정류함으로써 직류의 출력 전압을 얻는 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)를 갖는 SMPS(Switched-Mode Power Supply);
상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압이 소정의 전압을 넘지 못하도록 필터링하는 배터리 충전 제어부; 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이, 상기 딥 사이클 배터리로 충전되는 단위 시간당 전류량 또는 전력량 또는 상기 다수의 LED 광원이 소모하는 단위 시간당 전류량 또는 전력량을 모니터링하는 정보수집부; 및 최초 가동시 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이가 임계값을 초과할 때까지 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하고, 상기 딥 사이클 배터리의 설계용량에서 전력 소모량을 뺀 값에서 충전량을 더한 값이 임계값 미만으로 떨어지면 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하는 대신 상기 SMPS로부터 공급되는 직류전류를 출력하는 파워 스위칭부;를 갖는 마스터 콘트롤러(Master Controller); 및
상기 건물에 설치되되 상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되지 않고 상기 마스터 콘트롤러의 제어에 따라 상기 딥사이클 배터리 또는 상기 SMPS로부터 직류전류를 공급받아 발광(發光)하는 하나 이상의 LED 광원;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템은 건물의 지붕 또는 외벽에 지면과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 태양열을 집광하는 솔라패널(Solar Panel)과 상기 솔라패널로부터 집광된 태양열로부터 직류전류를 생산하는 그리드 오프 타입(Grid-off type) 인버터(Inverter)를 갖는 솔라모듈(Solar Module); 상기 그리드 오프 타입 인버터로부터 직류전류를 공급받아 충전되는 딥 사이클 배터리(Deep Cycle Battery); 상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되어 교류전류를 공급받아 공급된 교류전류를 직류로 변환하는 파워 컨버터(Power Converter)와 직류의 입력 전압을 스위칭하여 얻어지는 펄스열을 정류함으로써 직류의 출력 전압을 얻는 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)를 갖는 SMPS(Switched-Mode Power Supply); 지그비 모듈을 통한 무선데이터의 송수신을 처리하는 RF통신 제어부; 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압이 소정의 전압을 넘지 못하도록 필터링하는 배터리 충전 제어부; 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이, 상기 딥 사이클 배터리로 충전되는 단위 시간당 전류량 또는 전력량 또는 상기 다수의 LED 광원이 소모하는 단위 시간당 전류량 또는 전력량을 모니터링하는 정보수집부; 및 최초 가동시 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이가 임계값을 초과할 때까지 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하고, 상기 딥 사이클 배터리의 설계용량에서 전력 소모량을 뺀 값에서 충전량을 더한 값이 임계값 미만으로 떨어지면 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하는 대신 상기 SMPS로부터 공급되는 직류전류를 출력하는 파워 스위칭부;를 갖는 마스터 콘트롤러(Master Controller); 상기 건물에 설치되되 상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되지 않고 상기 마스터 콘트롤러의 제어에 따라 상기 딥사이클 배터리 또는 상기 SMPS로부터 직류전류를 공급받아 발광(發光)하는 하나 이상의 LED 광원; 및 무선 통신을 위한 지그비(Zigbee) 모듈;을 구비하는 다수의 건물별 조명제어장치; 및
상기 건물별 조명제어장치로부터 무선통신 방식에 의하여 상태정보를 수신하는 콘트롤 센터;를 구비하되,
상기 마스터 콘트롤러는 상기 딥 사이클 배터리의 상태, 상기 솔라모듈의 상태, 상기 건물에 공급되는 전류라인의 상태를 모니터링하여 이를 소정의 데이터 포맷으로 변환함으로써 상태정보를 생성하며, 지그비 모듈을 통하여 인접한 건물의 마스터 콘트롤러 또는 콘트롤 센터로 무선통신 방식에 의하여 상태정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 태양광에 의하여 야간의 조명사용이 가능하도록 함으로써 전기 사용량을 크게 절감시킬 수 있으며, 전력공급이 충분하지 않은 외지에서도 직류 전원의 공급이 가능해진다는 효과가 있다.
또한, 기성품의 배터리를 사용하더라도 배터리의 스펙이나 기능에 무관하게 배터리의 충전, 방전의 관리가 가능하여 배터리 수명을 극대화할 수 있다는 효과가 있다.
아울러, 직류 전류를 이용하도록 함으로써 송전에 따른 전력 손실을 최소화하고, 특히 LED 광원을 이용하도록 함으로써 전류사용량을 최소화한다는 효과가 있으며,
나아가, 지그비 모듈을 이용한 무선통신을 통해 수십미터씩 떨어져있는 다수의 건물 마다의 상태 정보를 무선통신방식에 의해 수집하여 일괄적으로 관리하도록 하는 시스템을 낮은 비용으로 제공할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 구조를 개념적으로 나타내는 기능블록도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 각 구성요소의 전기적 연결관계를 나타내는 참고도이며,
도 3은 솔라모듈의 구조를 나타내는 참고도이며,
도 4는 건물내의 LED 광원으로 전원이 공급되는 모습을 개념적으로 설명하는 참고도이며,
도 5는 본 발명의 이 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 연결관계를 개념적으로 나타내는 망구성도이며,
도 6은 다수의 건물마다 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템이 구비된 모습을 표현한 참고도이며,
도 7은 각 건물별 조명제어장치가 발송하는 무선데이터의 데이터구조를 예시적으로 설명하는 도면이다.
이하에서는 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 구성을 상세히 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 구조를 개념적으로 나타내는 기능블록도이며, 도 2는 도 1에 도시된 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 각 구성요소의 전기적 연결관계를 나타내는 참고도이다.
한편, 도 3은 솔라모듈의 구조를 나타내는 참고도이며, 도 4는 건물내의 LED 광원으로 전원이 공급되는 모습을 개념적으로 설명하는 참고도이다.
우선, 도 1에 도시된 바에 의하면 본 발명에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템은 도 3에 도시된 바와 같은 솔라모듈(110)과 딥 사이클 배터리(120), SMPS(Switched-Mode Power Supply : 130)를 구비하며, 전자회로로 구성되는 마스터 콘트롤러(140)를 구비한다. 이외에도, 상기 구성요소들로부터 직류전원을 공급받는 다수의 LED 광원(150)을 더 구비한다.
솔라모듈(110)은 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 태양광을 집광함으로써 프론트 컨택트(Front Contact)와 백 컨택트(Back Contact) 사이에 적층된 p타입 반도체와 n타입 반도체를 통해 전류를 발생시키는 솔라패널(111)을 구비한다. 이러한 솔라패널은 건물의 지붕 또는 외벽에 지면과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 태양열을 집광하며 종래기술에 의한 것을 사용할 수 있다.
한편, 솔라모듈(110)은 그리드 오프 타입(Grid-off type) 인버터(Inverter : 112)를 더 구비한다. 그리드 오프 타입 인버터(112)는 설비비용이 낮으며 무엇보다 12V의 직류로 동작하는 본 발명에 있어 안정성을 확보할 수 있다.
그리드 오프 타입 인버터(112)의 단점은 건물에 인입되는 230V의 전력라인과는 연결될 수 없어 별도로 배선이 필요하다는 것인데, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 다수의 LED 광원(150)들로 연결되는 별도 배선을 전제하고 있으므로 단점이라 할 수 없을 것이다.
한편, 딥 사이클 배터리(Deep Cycle Battery : 120)는 상기 그리드 오프 타입 인버터(112)로부터 직류전류를 공급받아 충전되며, 후술하는 바와 같이 다수의 LED 광원(150)들로 전원을 공급한다.
본 발명의 딥 사이클 배터리(120)는 구조적으로 스폰지 타입의 다공성 리드 플레이트(Lead Plate)를 갖는 크랭킹 배터리(Cranking Battery)와는 달리 고형의 lead plate 를 갖는다. 이러한 딥 사이클 배터리(120)는 상당수준까지 방전이 진행되어도 일정 전압을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 딥 사이클 배터리(120)는 바람직하게는 12V의 직류를 공급한다.
한편, SMPS(Switched-Mode Power Supply)는 본 발명에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템이 설치되는 건물의 기존 230V 전력라인과 연결되어 교류전류를 공급받으며, 공급된 교류전류를 직류로 변환하는 파워 컨버터(Power Converter : 131)와 직류의 입력 전압을 스위칭하여 얻어지는 펄스열을 정류함으로써 직류의 출력 전압을 얻는 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator : 132)를 구비한다.
마스터 콘트롤러(140)는 배터리 충전 제어부(142), 정보수집부(143) 및 파워스위칭부(144)를 갖는다.
이때, 배터리 충전 제어부(142)는 솔라모듈(110)로부터 딥 사이클 배터리(120)로의 충전이 정상적으로 이루어지도록 제어한다.
이를 위하여 배터리 충전 제어부(142)는 솔라모듈(110)로부터 딥 사이클 배터리(120)로 인가되는 전압이 소정의 범위(예를 들어, 14.2V)를 넘지 않도록 필터링한다. 날씨와 기후상태에 따라서는 상기 솔라모듈(110)에 의해 생산되는 전압이 21V까지 올라가는데, 배터리 충전 제어부(142)가 이를 필터링하여 딥 사이클 배터리(120)의 설계범위를 넘는 전압이 인가되지 않도록 하는 것이다.
한편, 정보수집부(143)는 딥 사이클 배터리(120)의 상태를 모니터링 한다. 이때, 중요한 점은 딥 사이클 배터리(120) 자체의 충방전 회로와는 전혀 별개의 회로를 통해 모니터링을 한다는 점이다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 전류가 흐르는 두 가닥의 전선만이 딥 사이클 배터리(120)의 (+), (-)단자에 각각 연결될 뿐이며, 딥 사이클 배터리(120)로부터 어떠한 정보도 수집하지 않는다.
대신 배터리로 인가되는 전류, 전압의 상태 또는 LED 광원(150)이 소모하는 전류량만을 별도의 회로를 통해 모니터링한다. 이 경우 비록 딥 사이클 배터리(120)의 열화상태나 배터리 잔량을 매우 정확한 수준까지 파악하기는 어려우나 배터리를 다양한 기성품으로 사용하여도 회로의 호환성이 유지된다는 효과가 있으며, 딥 사이클 배터리(120) 특성상 어느 정도 열화가 진행된다고 하여도 12V의 안정적인 전압공급이 가능하기 때문에 후술하는 바와 같이 교체시점만을 판단할 수 있다면 문제없이 사용이 가능하다.
이를 위하여 정보수집부(143)는 솔라모듈(110)로부터 딥 사이클 배터리(120)로 인가되는 전압과 상기 딥 사이클 배터리의 공급전압 사이의 차이를 감지하는 회로 구성을 갖는다.
정보수집부(143)는 솔라모듈(110)로부터 생산되어 딥 사이클 배터리(120)로 인가되는 전압과 딥 사이클 배터리(120)의 공급 전압의 차이를 이용하여 상기 딥 사이클 배터리(120)의 만충전 여부를 판정한다.
한편, 정보수집부(143)는 이외에도 딥 사이클 배터리(120)로 충전되는 단위 시간당 전류량 또는 전력량을 모니터링하는 회로구성을 갖는다.
단위시간당 충전량 또한 딥 사이클 배터리(120)가 충분히 방전된 상태에서는 솔라모듈(110)에 의해 공급되는 전류량과 거의 같은 수치를 보이나, 딥 사이클 배터리(120)가 만충전에 가까울수록 단위 시간당 충전량이 급격하게 낮아지게 된다.
충분히 방전된 상태에서는 솔라모듈(110)이 생산하는 4.5A의 직류전류가 그대로 충전되나, 만충전에 가까워지면 4~500mA 수준으로 크게 떨어진다.
이를 위하여 정보수집부(143)는 딥 사이클 배터리(120)의 출력라인에 그라운드를 연결하되 그 가운데 저항을 물려줌으로써 단위시간당 충전량을 측정할 수 있다.
한편, 정보수집부(143)는 다수의 LED 광원(150)이 소모하는 단위 시간당 전류량 또는 전력량을 모니터링한다.
이는 딥 사이클 배터리(120)에서 실제 소모되는 전류량과는 무관하게 다수의 LED 광원(150)이 소모하는 전류량을 파악하는 것에 의하여 모니터링될 수 있다.
결국, 정보수집부(143)는 딥 사이클 배터리(120)와는 무관하게 도 2에 도시된 바와 같은 전체 회로내에서 정보를 수집함으로써 딥 사이클 배터리(120)의 상태를 추정하게 된다. 추정이란 딥 사이클 배터리(120)로부터 직접 정보를 얻는 대신, 딥 사이클 배터리(120)의 설계용량 등의 스펙으로부터 열화상태나 방전량 등을 유추하여 계산한다는 의미이다. 이때, 다소간의 오차가 발생할 수 있으나 이러한 단점은 호환성의 확보, 후술하는 바와 같이 마스터 콘트롤러(140)에 의한 시스템 상황의 통합적 모니터링이 가능하다는 점, 그리고 공급전압의 안정성이라는 딥 사이클 배터리(120)의 특성에 의하여 상쇄될 수 있다.
한편, 파워스위칭부(144)는 LED광원(150)에 공급될 전원을 결정한다.
그 동작을 자세히 살펴보자면, 딥 사이클 배터리(120)로부터 LED 광원(150)로 전원이 공급되도록 제어하되, 딥 사이클 배터리(120)의 설계용량에서 정보수집부(143)가 감지한 누적 전력 소모량을 뺀 값에서 정보수집부(143)가 감지한 충전량을 더한 값이 임계값(예를 들어, 설계용량의 30% 수준) 미만으로 떨어지면 과방전을 막기 위하여 딥 사이클 배터리(120)로부터의 전원공급을 차단한다. 대신, SMPS(130)로부터의 12V 직류전류를 LED 광원(150)으로 공급한다.
이때, 파워스위칭부(144)는 딥 사이클 배터리(120)가 일정이상 방전되면 과방전을 막기 위하여 SMPS(130)로 전환할 수도 있으나, 이외에도 날씨가 흐리다는 등의 이유로 충전량이 충분하지 못한 경우에도 딥 사이클 배터리(120)로부터의 전원공급을 차단하고 SMPS(130)로부터의 12V 직류전류를 LED 광원(150)으로 공급할 수도 있다. 예를 들어, 만충전이 아니면서 동시에 정보수집부(143)가 감지한 단위시간당 충전량이 예를 들어 100mA 미만인 경우라면 과방전이 아님에도 불구하고 SMPS(130)에 의한 전원공급으로 돌릴 수도 있다. 이는 배터리 수명의 극대화와 동시에 안정적인 전류공급을 위함이다.
한편, 딥 사이클 배터리(120)는 초기에 어느 정도 충전이 된 상태이나, 본 발명에서는 딥 사이클 배터리(120)의 초기 충전량을 알 수 없으므로, 파워 스위칭부(144)는 딥 사이클 배터리(120)의 설치 후 최초 가동시 상기 솔라모듈(110)로부터 상기 딥 사이클 배터리(120)로 인가되는 전압과 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이가 임계값을 초과하여 만충전이 될 때까지 상기 딥 사이클 배터리(120)로부터의 전력공급을 차단하여 오로지 충전만이 이뤄질 수 있도록 한다.
이후, 최초로 만충전이 이루어진 이후부터는 정상동작하도록 한다.
한편, 이러한 마스터 콘트롤러(140)의 제어에 따라 딥 사이클 배터리(120) 또는 SMPS(130)로부터 전원을 공급받는 LED 광원(150)은 기존의 형광등이나 백열등에 비하여 전력소모량이 현저하게 적으며 무엇보다 12V의 직류에 의하여 발광(發光)시킬 수 있다는 장점이 있다. 일반 가정에서 LED를 광원으로 사용하기 위해서는 별도의 인버터를 설치해야하나, 본 발명에 있어서는 12V의 직류를 직접 공급받으므로 별도의 인버터가 불필요하다.
다만, 이러한 LED 광원(150)은 건물에 인입되는 전원공급라인과는 별도의 배선을 통해 본 발명에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템에 연결될 필요성이 있다.
도 4는 솔라모듈(110)에 의하여 생산된 전류에 의하여 건물내에 설치된 다수의 LED 광원(150)을 발광시키는 모습을 개념적으로 설명하고 있다.
도 4의 (a)와 (b)를 모두 합쳐 5개의 LED 광원(150)이 건물내에 설치되어 있음을 확인할 수 있는데 이를 모두 합하여도 소비전력이 불과 40W에 불과하여 전류소모량이 현저하게 낮음을 예상할 수 있다.
한편, 이하에서는 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 이 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템의 구성을 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 이 실시예에 의한 연결관계를 개념적으로 나타내는 망구성도이며, 도 6은 다수의 건물마다 이 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템이 구비된 모습을 표현한 참고도이다.
본 발명의 이 실시예는 인접한 다수의 건물마다 건물별 조명 제어장치(100)가 설치되되, 무선통신의 방식에 의하여 별도의 콘트롤 센터(200)에서 각 건물별 조명 제어장치(100)들의 상태를 통합하여 모니터링하도록 하는 것을 특징으로 한다.
건물별 조명 제어장치(100)는 상기 실시예에 의한 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템(100)과 상이하지 아니하나 이에 더하여 도 1에 도시된 바와 같이 지그비 모듈(160)을 더 구비하며, 마스터 콘트롤러(140)가 지그비 모듈(160)을 통해 무선데이터를 송수신하기 위한 RF 통신 제어부(141)를 더 구비한다.
지그비 모듈(160)은 IEEE 802.15.4(PHY, MAC) 스펙에 따르는 무선통신 어댑터로, 수십 내지 백여미터 떨어진 어댑터간 통신에 적합하다. 본 발명의 이 실시예는 인접한 다수의 건물들 사이에서 무선통신 방식에 의한 데이터 송수신을 전제하고 있는데, 블루투스의 경우 낮은 코스트를 유지할 수 있다는 효과는 있으나 장거리 통신이 용이하지 않을뿐더러 다수의 어댑터간 커플링시 오류가 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
이를 위하여 본 발명의 건물별 조명 제어장치(100)는 지그비 모듈(160)을 구비하는 것인데, 이때 특징적인 것은 도 5에 도시된 바와 같이 콘트롤 센터(200)가 각각의 건물별 조명 제어장치(100)와 1 대 1로 각각 통신하는 것이 아니라는 점이다.
도 5에 의하면 건물별 조명 제어장치(100)끼리 점선으로 연결되다가 좌측하단의 마지막 건물별 조명 제어장치(100)만이 콘트롤 센터(200)에 연결됨을 알 수 있다.
건물별 조명 제어장치(100)는 자신의 상태정보를 소정의 데이터 구조로 변환하여 이를 인접한 옆 건물의 조명 제어장치(100)로 지그비 모듈(160)을 통해 전달하고, 이를 전달받은 조명 제어장치(100)는 이를 자신의 상태정보와 함께 다른 옆 건물의 조명 제어장치(100)로 전달하는 것이다.
따라서, 건물마다 수십 미터씩 떨어져 있다고 하여도 상태정보가 콘트롤 센터(200)에 도달할 때까지 전달함으로써 무선 네트워크가 끓어지지 않고 연결될 수 있게 된다.
한편, 이때 콘트롤 센터(200)로 전달되는 상태정보는 바람직하게는 도 7에 도시된 바와 같이 0001-BN-PN-SH-EF-CH-61200과 같은 형태의 데이터구조를 갖는다.
이때, 0001은 장치ID를 나타낸다. 즉, 건물별 조명 제어장치(100)의 고유식별자에 해당한다. 즉, 장치ID가 0001과 같이 4 바이트로 표시될 경우 콘트롤 센터(200)는 이러한 상태정보의 첫 4 바이트를 해독함으로써 다수의 건물들 가운데 어느 건물의 조명 제어장치(100)의 상태정보인지를 확인하게 된다.
BN은 딥 사이클 배터리(120)가 만충전(BF)인지, 과방전(BL)인지 또는 정상(BN)인지를 나타낸다.
PN은 건물로 인입되어 SMPS(130)에 연결되는 전력공급라인이 정상인가 여부를 나타내며, SH는 솔라모듈상(110)로부터 생산되는 전압이 충분히 높은가 또는 딥 사이클 배터리(120)의 충전에 충분하지 못할 정도로 낮은가를 나타낸다.
한편, EF는 마스터 콘트롤러(140)의 판단결과 전체 시스템이 정상적으로 동작하지 않고 있는가 여부를 나타낸다. 이를 위하여 마스터 콘트롤러(140)는 회로로부터 수집한 정보로부터 일정기간 충전이 이뤄지지 않는다거나, 만충에 걸리는 소요시간이 지나치게 짧다거나 하는 등 기 설정된 조건을 만족하는 경우 시스템이 정상이 아닌 것으로 파악하여 해당 플래그를 비정상으로 설정한다.
CH는 딥 사이클 배터리(120)가 현재 충전중(Charge)인지 방전중(Discharge)인지를 나타낸다.
한편, 61200은 누적 전류사용량의 합계를 예시적으로 표시한 것이다. 마스터 콘트롤러(140)는 정보수집부(143)가 감지한 단위시간당 전력소모량을 누적하여 합산함으로써 누적 전류사용량을 계산할 수 있으며 이를 주기적으로 상기와 같은 데이터 구조를 갖는 상태정보로 변환한다.
도 6은 인접한 다수의 건물마다 건물별 조명 제어장치(100)가 설치된 모습을 도식적으로 나타낸 것인데, 각 건물별 조명 제어장치(100)의 각 마스터 콘트롤러(140)는 상술한 바와 같이 일정 시간 간격(예를 들어 10분)으로 딥 사이클 배터리(120)의 상태, 상기 솔라모듈(110)의 상태, 상기 건물에 공급되는 전류라인의 상태를 모니터링하여 이를 상기와 같은 구조를 갖는 상태정보로 변환하고 이를 인접한 건물의 조명 제어장치(100)로 지그비 모듈(170)을 통해 전달한다. 그리고, 이는 도 5에 도시된 바와 같이 최종적으로 콘트롤 센터(200)로 도달한다.
콘트롤 센터(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 각 건물별 조명 제어장치(100)로부터 상태정보를 수집하면 이를 화면에 표시함으로써 관리자로 하여금 배터리 열화상태나 시스템의 정상여부 등을 일목요연하게 확인할 수 있도록 한다.
딥 사이클 배터리(120)의 과방전시부터 만충전시까지 소요되는 시간이 지나치게 짧으면 배터리의 열화가 충분히 진행된 것으로 볼 수 있으므로, 콘트롤 센터(200)의 관리자가 해당 건물의 딥 사이클 배터리(120)를 교체하도록 알릴 수 있으며, 특정 건물의 조명 제어장치(100)가 정상적으로 동작하지 않고 있는 경우 관리자가 방문하여 점검하는 등의 조치를 취할 수 있다.
이상 몇가지의 실시예를 들어 본 발명을 살펴보았으나 이러한 실시예는 예시의 목적을 위해 공지된 것이고, 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것임은 물론, 이는 하기의 특허청구범위를 벗어나지 아니하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 건물별 조명제어장치
110 : 솔라모듈
111 : 솔라패널 112 : 그리드 타입 인버터
120 : 딥 사이클 배터리
130 : SMPS
131 : 파워 컨버터 132 : 스위칭 레귤레이터
140 : 마스터 콘트롤러
141 : RF통신 제어부 142 : 배터리충전제어부
143 : 정보수집부 144 : 파워스위칭부
150 : LED 광원
160 : 지그비 모듈
200 : 콘트롤 센터

Claims (6)

  1. 건물의 지붕 또는 외벽에 지면과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 태양열을 집광하는 솔라패널(Solar Panel); 및 상기 솔라패널로부터 집광된 태양열로부터 직류전류를 생산하는 그리드 오프 타입(Grid-off type) 인버터(Inverter);를 갖는 솔라모듈(Solar Module);
    상기 그리드 오프 타입 인버터로부터 직류전류를 공급받아 충전되는 딥 사이클 배터리(Deep Cycle Battery);
    상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되어 교류전류를 공급받아 공급된 교류전류를 직류로 변환하는 파워 컨버터(Power Converter); 및 직류의 입력 전압을 스위칭하여 얻어지는 펄스열을 정류함으로써 직류의 출력 전압을 얻는 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)를 갖는 SMPS(Switched-Mode Power Supply);
    상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압이 소정의 전압을 넘지 못하도록 필터링하는 배터리 충전 제어부; 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이, 상기 딥 사이클 배터리로 충전되는 단위 시간당 전류량 또는 전력량 또는 LED 광원이 소모하는 단위 시간당 전류량 또는 전력량을 모니터링하는 정보수집부; 및 최초 가동시 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이가 임계값을 초과할 때까지 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하고, 상기 딥 사이클 배터리의 설계용량에서 전력 소모량을 뺀 값에서 충전량을 더한 값이 임계값 미만으로 떨어지면 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하는 대신 상기 SMPS로부터 공급되는 직류전류를 출력하는 파워 스위칭부;를 갖는 마스터 콘트롤러(Master Controller); 및
    상기 건물에 설치되되 상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되지 않고 상기 마스터 콘트롤러의 제어에 따라 상기 딥사이클 배터리 또는 상기 SMPS로부터 직류전류를 공급받아 발광(發光)하는 하나 이상의 LED 광원;을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보수집부는 상기 딥 사이클 배터리가 과충전 상태 또는 과방전 상태인지, 건물로 공급되는 전력라인이 정상인지, 솔라모듈로부터 공급되는 전압 또는 전류의 세기가 큰지 작은지, 상기 딥 사이클 배터리가 충전중인지, 방전중인지를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 콘트롤러는 상기 딥 사이클 배터리로 충전되는 단위 시간당 전류량이 임계값보다 낮을 경우, 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하는 대신 상기 SMPS로부터 공급되는 직류전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템.
  4. 건물의 지붕 또는 외벽에 지면과 소정의 각도를 이루도록 설치되어 태양열을 집광하는 솔라패널(Solar Panel)과 상기 솔라패널로부터 집광된 태양열로부터 직류전류를 생산하는 그리드 오프 타입(Grid-off type) 인버터(Inverter)를 갖는 솔라모듈(Solar Module); 상기 그리드 오프 타입 인버터로부터 직류전류를 공급받아 충전되는 딥 사이클 배터리(Deep Cycle Battery); 상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되어 교류전류를 공급받아 공급된 교류전류를 직류로 변환하는 파워 컨버터(Power Converter)와 직류의 입력 전압을 스위칭하여 얻어지는 펄스열을 정류함으로써 직류의 출력 전압을 얻는 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)를 갖는 SMPS(Switched-Mode Power Supply); 지그비 모듈을 통한 무선데이터의 송수신을 처리하는 RF통신 제어부; 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압이 소정의 전압을 넘지 못하도록 필터링하는 배터리 충전 제어부; 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이, 상기 딥 사이클 배터리로 충전되는 단위 시간당 전류량 또는 전력량 또는 LED 광원이 소모하는 단위 시간당 전류량 또는 전력량을 모니터링하는 정보수집부; 및 최초 가동시 상기 솔라모듈로부터 상기 딥 사이클 배터리로 인가되는 전압 및 상기 딥 사이클 배터리의 전압의 차이가 임계값을 초과할 때까지 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하고, 상기 딥 사이클 배터리의 설계용량에서 전력 소모량을 뺀 값에서 충전량을 더한 값이 임계값 미만으로 떨어지면 상기 딥 사이클 배터리로부터의 출력을 차단하는 대신 상기 SMPS로부터 공급되는 직류전류를 출력하는 파워 스위칭부;를 갖는 마스터 콘트롤러(Master Controller); 상기 건물에 설치되되 상기 건물에 공급되는 전력라인과 연결되지 않고 상기 마스터 콘트롤러의 제어에 따라 상기 딥사이클 배터리 또는 상기 SMPS로부터 직류전류를 공급받아 발광(發光)하는 하나 이상의 LED 광원; 및 무선 통신을 위한 지그비(Zigbee) 모듈;을 구비하는 다수의 건물별 조명제어장치; 및
    상기 건물별 조명제어장치로부터 무선통신 방식에 의하여 상태정보를 수신하는 콘트롤 센터;를 구비하되,
    상기 마스터 콘트롤러는 상기 딥 사이클 배터리의 상태, 상기 솔라모듈의 상태, 상기 건물에 공급되는 전류라인의 상태를 모니터링하여 이를 소정의 데이터 포맷으로 변환함으로써 상태정보를 생성하며, 지그비 모듈을 통하여 인접한 건물의 마스터 콘트롤러 또는 콘트롤 센터로 무선통신 방식에 의하여 상태정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마스터 콘트롤러는 인접한 건물의 마스터 콘트롤러로부터 지그비 모듈을 통해 해당 건물별 조명 제어 장치의 상태정보를 무선통신방식에 의하여 수신하면, 이를 인접한 다른 건물의 마스터 콘트롤러로 지그비 모듈을 통해 자신의 상태정보와 함께 전송하는 것을 특징으로 하는 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 상태정보는 하기 표 1과 같은 데이터 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 솔라모듈을 이용한 조명 제어 시스템. A A A A B B C C D D E E F F G G G G G


    (단, AAAA : 건물별 조명 제어 장치의 고유식별자, BB : 딥 사이클 배터리의 과충전 또는 과방전 여부를 나타내는 데이터 항목, CC : 건물로 공급되는 전력라인이 정상인지 여부를 나타내는 데이터 항목, DD : 솔라모듈로부터 공급되는 전압 또는 전류의 세기가 임계값보다 큰지 또는 작은지를 나타내는 데이터 항목, EE : 전체 시스템이 정상적으로 동작하지 않고 있는가 여부를 나타내는 데이터 항목, FF : 딥 사이클 배터리가 충전중인지 또는 방전중인지를 나타내는 데이터 항목, GGGGG : 일정 기간 누적 전력 소모량을 나타내는 데이터 항목)
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