KR100980458B1 - 하이브리드 태양광 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유와 발광부재로 구성되어 있어 태양광과 전원을 동시에 사용하여 조명을 할 수 있는 하이브리드 태양광 조명장치에 관한 것이다.

종래의 태양광 조명장치는 태양의 입사량에 영향을 받으므로 항상 일정한 양의 태양광을 실내에 공급할 수 없다는 문제점이 있는데, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 태양광을 수집할 수 있도록 집광부가 구비된 태양광 집광장치와 발광부재가 구비된 하이브리드 태양광 조명장치에 있어서, 상기 태양광 집광장치에서 수집된 태양광은 광섬유들이 집속된 광케이블을 통해 천정에 너트로 고정되는 커넥터로 전달되며, 상기 커넥터에 구비된 나사부 선단에는 어댑터가 결합되되, 상기 어댑터에는 엘이디(LED)로 구성된 발광부재가 광섬유들을 중심으로 방사상으로 설치되고, 일측에 구비된 방출조도감지센서에서는 광섬유에서 방출되는 태양광의 조도를 검출하여 제어부에 전달하며, 상기 제어부에서는 방출조도감지센서에서 검출된 태양광의 조도에 따라 발광부재의 밝기를 증감시키는 피드백(feedback) 제어를 통해 실내의 조도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양광 조명장치를 제안한다

따라서 본 발명에 의하면, 태양광을 실내로 전송하는 광케이블과, 전원에 의해 발광하는 발광부재가 함께 구비되며, 제어부에 의해 실내가 항상 일정한 조도를 유지할 수 있도록 피드백(feedback)제어됨으로써 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 제어부에는 딥스위치가 부가되어 있으므로 사용환경 및 목적에 따라 조도를 임의적으로 변경할 수 있는 효과가 있다.

조명, 태양광, 광섬유, 집광, 하이브리드

Description

하이브리드 태양광 조명장치{Hybrid lighting device of sun's ray}

본 발명은 태양광을 광섬유로 전송하는 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유와 발광부재로 구성되어 있어 태양광과 전원을 동시에 사용하여 조명을 할 수 있는 하이브리드 태양광 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 대규모 건축물이나 지하시설물 등에는 자연광인 태양광선의 접근이 불가능하여 인위적인 조명시설에 의존하고 있다. 그러나 인위적인 조명은 자연 백색광인 태양광선과는 달리 조명시설에 따라 색감이 다르게 나타나게 되며, 또한 살균작용을 갖는 자외선이 존재하지 않는다. 따라서 정확한 색감선별 등이 매우 중요한 시설이나 살균을 요하는 식품, 의약분야에서는 별도의 특수조명시설이나 자외선 발생장치 등을 설치하여 운영하고 있는 실정이다.

이와 같은 인공적인 조명은 또한 별도의 에너지를 소비하는 것이므로 자원낭비 요인도 된다. 따라서 에너지 절약과 자연광의 특성을 지하공간이나 대형 건축물 내부까지 전달하기 위해서는 태양광을 모아 전달하는 태양광집광, 전송시스템이 요구된다.

이와 같은 태양광집광, 전송시스템에서 가장 중요한 문제는 직진성이 강한 빛을 어떻게 전송하느냐가 관건인데, 이와 같은 태양광 집광시스템에서 태양광을 전송하는 광전송 수단으로서 통신용으로 개발된 유리섬유 재질의 광케이블이 사용되고 있다.

그러나 태양은 매시간의 경과에 따라 지구의 자전에 의해 위치가 가변적이므로 늘 일정한 양의 태양광을 실내에 공급할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 태양광을 실내로 전송하는 광케이블과, 전원에 의해 발광을 하는 발광부재로 구성되어 날씨변화에 상관없이 항상 일정한 조도를 유지할 수 있는 하이브리드 태양광 조명장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 하이브리드 태양광 조명장치는 태양광 집광장치에서 수집된 태양광은 광섬유가 집속된 광케이블을 통해 천정에 너트로 고정되는 커넥터로 전달되며, 상기 커넥터에 구비된 나사부 선단에는 어댑터가 결합되되, 상기 어댑터에는 엘이디(LED)로 구성된 발광부재가 광섬유를 중심으로 방사상으로 설치되고, 일측에 방출조도감지센서가 구비되어 광섬유에서 방출한 태양광의 조도를 검출하여 제어부에 전달하며, 상기 제어부에서는 상기 방출조도감지센서에서 검출되는 태양광의 밝기에 따라 발광부재의 밝기를 증감시키는 피드백(feedback) 제어를 통해 실내의 조도를 일정하게 유지시키는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 의한 하이브리드 태양광 조명장치는 태양광을 실내로 전송하는 광케이블과, 전원에 의해 발광하는 발광부재가 함께 구비되며, 제어부에 의해 실내가 항상 일정한 조도를 유지할 수 있도록 피드백(feedback)제어됨으로써 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 제어부에는 딥스위치가 부가되어 있으므로 사용환경 및 목적에 따라 조도를 임의적으로 변경할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 태양광 집광장치를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 태양광 집광장치를 도시한 우측면도이고, 도 3은 본 발명의 하이브리드 태양광 조명장치를 도시한 단면도이고, 도 4a 및 4b는 본 발명 어댑터의 일 실시례를 도시한 저면도이다.

본 발명의 하이브리드 태양광 조명장치는 도 1에서 도시한 바와 같이, 집광부(16)가 형성되어 태양광을 효과적으로 수집하는 태양광 집광장치(10)를 포함한다.

상기 태양광 집광장치(10)는 하측에 장치를 컨트롤하는 컨트롤박스(11)가 구비되어 있으며, 상기 컨트롤박스(11)의 상측에는 수직으로 형성된 몸체(12)가 형성되어 있다.

상기 몸체(12)의 내측에는 태양의 자전방향에 따라 함께 회전하는 회전축(13)이 결합되어 있으며, 상기 회전축(13)의 양측에는 하우징(14)이 결합되어 있다.

상기 하우징(14)의 전면에는 렌즈(17)를 보호하는 커버(15)가 결합되어 있으 며, 상기 커버(15)의 내측에는 태양광을 수집하는 렌즈(17)가 설치된 원추형의 집광부(16)가 도 2에서 도시한 바와 같이 하우징(14)의 배면 측으로 돌출되어 결합되어 있다.

그리고, 상기 하우징(14)의 일측에는 태양의 위치를 감지하여 상기 집광부(16)가 태양광을 최대한 수집할 수 있도록 상기 회전축(13)을 회전시키는 위치감지센서(18)가 설치되어 있다.

상기 집광부(16)의 끝단에는 내측에 광섬유(21)가 내설된 광케이블(20)의 일단이 결합되고, 상기 광케이블(20)의 타단에는 건물의 실내와 연결되는 커넥터(30)가 결합되어 있다.

상기 커넥터(30)는 도 3에서 도시한 바와 같이 상기 광케이블(20)이 삽입되어 고정되는 몸체부(31)와, 상기 몸체부(31)의 선단에 소정의 길이로 형성되어 건물의 천정(1)을 통해 실내로 삽입되는 나사부(32)로 구성되어 있다.

상기 커넥터(30)는 천정(1)의 상측에서 너트(33)에 의해 고정되는데, 이때 상기 광케이블(20)의 내측에 구성된 광섬유(21)는 상기 나사부(32)의 중앙을 관통함으로써 선단을 통해 태양광을 실내로 전송할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 천정(1)을 통해 실내로 돌출된 나사부(32)의 선단에는 어댑터(40)가 나사체결되며, 상기 어댑터(40)의 외측에는 다양한 색상으로 형성된 조명등(2)을 설치함으로써 은은한 조명을 연출할 수도 있다.

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한편, 상기 어댑터(40)의 저면에는 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 엘이디(LED)로 구성된 발광부재(41)가 광섬유(21)를 중심으로 방사상으로 설치되어 있다.

즉, 본 발명은 날씨의 변화에 따른 태양광의 양에 무관하게 항상 일정한 실내 조도를 유지할 수 있도록 광케이블(20)과 발광부재(41)을 하이브리드 방식으로 결합한 것으로서, 상기 광섬유(21)는 태양광을 원할하게 전송할 수 있도록 소정 이상의 직경을 갖는 광케이블(20)들에 집속되어 사용되며, 상기 광케이블(20)의 외측으로는 발광부재(41)들이 방사상으로 삽입된 어댑터(40)가 결합된다.
상기 광섬유(21)(Optical fiber)는 빛의 굴절률이 내부는 높고 외부는 낮게 구성되어 섬유 내부에서 전반사 광학현상이 일어나게 만든 직경 0.1㎜ 정도의 가는 섬유이며, 광케이블(20)은 광섬유 수천가닥이 집속되어 이루어지나, 본 발명에서는 이해의 편의를 돕기 위해 도면에서 하나의 광케이블에 8개의 광섬유가 집속된 형태로 도시하고, 이를 기준으로 발명의 구성을 설명하였다.

이때, 본 발명의 일 실시례로서, 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 어댑터(40)에 삽입된 각각의 발광부재(41) 사이에는 광섬유(21)에서 발생하는 고온의 열을 차단하기 위해 별도의 단열재(45)를 충진할 수도 있고, 도 4b에 도시된 바와 같이 광케이블(20)과 어댑터(40)가 접촉하는 부위에 별도의 열차단부(46)를 삽입할 수도 있다.

또한, 상기 어댑터(40)의 일측 또는 인접한 거리에는 광섬유(21)에서 방출한 빛의 조도를 검출할 수 있는 방출조도감지센서(42)가 구비되어 있는데, 상기 방출조도감지센서(42)의 출력값(검출된 조도를 전기적신호로 변환한 값)은 전선(43)에 의해 천정(1) 내측의 제어부(44)에 전달된다.

따라서, 상기 제어부(44)에서는 기준값과 비교하는 피드백(feedback) 제어를 통해 실내가 항상 일정한 조도를 유지할 수 있도록 발광부재(41)의 조도를 조절하게 된다.
즉, 상기 제어부(44)에서는 방출조도감지센서에서 검출된 태양광의 조도에 따라 발광부재의 밝기를 증감시키게 되는데, 예를 들어 태양광의 조도가 낮으면 발광부재(41)의 조도를 높이고, 태양광의 조도가 높으면 발광부재(41)의 조도를 낮추어 항상 지정된 밝기를 유지할 수 있게 된다.

이때, 상기 기준값은 실내에서 필요한 조도를 지정한 것으로서, 필요한 경우 딥스위치(dip switch)(도면미표시)를 통해 다수개의 기준값(예를 들어, 밝은2단계, 밝은1단계, 어두운1단계, 어두운2단계 등)중 어느 하나를 임의적으로 선택할 수 있도록 지원할 수도 있다.

상기 딥스위치는 특정소자의 수동제어를 위해 사용되는 구성요소로서, 상·하방향 이동스위치들을 조합하여 구성되므로, 3개의 이동스위치만으로도 9개의 기준값을 수동적으로 선택할 수 있다.

즉, 딥스위치가 모두 하방으로 내려와 있으면, "000"을 의미하고, 딥스위치의 3개는 하방이고 맨 우측 하나만 상방으로 올라가 있으면 "001"을 의미하며, 각각의 스위치 상황에 따라 제어부(44)에 설정된 기준값을 매칭할 수 있게 되므로, 사용자는 상기 딥스위치를 조절함으로써 원하는 조명을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 딥스위치는 기준값을 조정하여 [광섬유에서 방출되는 태양광의 조도 + 발광부재에서 방출되는 엘이디의 조도]가 사용자가 원하는 밝기로 일정하게 유지되도록 하는 것이므로, 종래의 발광장치에서 가변저항 등을 이용하여 조도를 조정하는 것과는 근본적으로 상이하다.

다시말해, 본 발명은 태양의 조도가 낮은 흐린날 또는 저녁에는 발광부재(41)의 조도를 높이게 되고, 태양의 조도가 높은 맑은날에는 발광부재(41)의 조 도를 낮춰 실내에서는 제어부(44)에 설정된 기준값에 해당하는 항상 일정한 밝기가 유지되도록 발광부재(41)의 조도를 자동제어함에 그 기술적 특징이 있다.

한편, 태양광 집광장치(10)의 일측에 별도의 입사조도감지센서(19)를 설치하여 조도 제어를 하는 방식을 취할 수도 있다. 이때, 상기 입사조도감지센서(19)에서는 태양광의 조도를 검출하여 제어부(44)에 전달하게 되고, 상기 제어부(44)에서는 이를 기준값과 비교하여 발광부재(41)의 조도를 피드백(feedback) 제어하게 된다.
즉, 제어부(44)에서는 입사조도감지센서(19)에서 검출된 태양광의 조도에 따라 발광부재(41)의 밝기를 증감시키는 피드백(feedback) 제어를 통해 실내의 조도를 일정하게 유지시키게 된다.
이때, 기준값이란, 전술한 바와 같이 딥스위치를 통해 실내에서 필요한 조도를 미리 지정한 값을 의미한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 태양광 조명장치는 태양광 집광장치(10)가 집광부(16)를 통해 태양광을 수집하면, 이 태양광을 광케이블(20)을 통해 커넥터(30)로 전송하게 된다.

이렇게 전송된 태양광은 광섬유(21)를 통해 발광되어 생활조명으로 사용되거나 실내의 식물에 에너지원을 공급하게 되며, 설정된 기준값에 비해 태양광이 미약한 경우 방출조도감지센서(42)가 실내의 밝기를 감지하여 어느 밝기 이하가 되면 제어부(44)로 신호를 보내 발광부재(41)를 작동시키게 된다.

이때, 실내의 밝기가 설정된 기준값 이상이 되면 다시 제어부(44)에서는 발광부재(41)의 일부를 소등하는 피드백 제어를 반복 수행하여 실내는 항상 일정한 밝기를 유지할 수 있게 된다.

또한, 별도의 스위치(도면미표시)를 구비하여 발광부재(41)만을 따로 작동시 킬 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 태양광 집광장치를 도시한 정면도,

도 2는 본 발명의 태양광 집광장치를 도시한 우측면도,

도 3은 본 발명의 하이브리드 태양광 조명장치를 도시한 단면도,

도 4a, 4b는 본 발명 어댑터의 일 실시례를 도시한 저면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 태양광 집광장치 11 : 컨트롤박스

12 : 몸체 13 : 회전축

14 : 하우징 15 : 커버

16 : 집광부 17 : 렌즈

18 : 위치감지센서 19 : 입사조도감지센서

20 : 광케이블 21 : 광섬유

30 : 커넥터 31 : 몸체부

32 : 나사부 33 : 너트

40 : 어댑터 41 : 발광부재

42 : 방출조도감지센서 43 : 전선

44 : 제어부 45 : 단열재

46 : 열차단부

Claims (5)

1. 태양광을 수집할 수 있도록 집광부가 구비된 태양광 집광장치와 발광부재가 구비된 하이브리드 태양광 조명장치에 있어서,

   상기 태양광 집광장치에서 수집된 태양광은 광섬유들이 집속된 광케이블을 통해 천정에 너트로 고정되는 커넥터로 전달되며, 상기 커넥터에 구비된 나사부 선단에는 어댑터가 결합되되,

   상기 어댑터에는 엘이디(LED)로 구성된 발광부재가 광섬유들을 중심으로 방사상으로 설치되고, 일측에 구비된 방출조도감지센서에서는 광섬유에서 방출되는 태양광의 조도를 검출하여 제어부에 전달하며,

   상기 제어부에서는 방출조도감지센서에서 검출된 태양광의 조도에 따라 발광부재의 밝기를 증감시키는 피드백(feedback) 제어를 통해 실내의 조도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양광 조명장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 어댑터는 광케이블과 발광부재 사이에 별도의 단열재가 충진되거나, 어댑터와 광케이블이 접촉하는 부위에 별도의 열차단부가 삽입되는 것 중 어느 하나에 의해 광섬유에서 발생하는 고온의 열이 발광부재로 전달되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양광 조명장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 태양광 집광장치의 일측에는 집광되는 태양광의 조도를 검출하는 입사조도감지센서가 구비되고, 상기 입사조도감지센서의 출력값은 제어부에 전달되되,

   상기 제어부에서는 입사조도감지센서에서 검출된 태양광의 조도에 따라 발광부재의 밝기를 증감시키는 피드백(feedback) 제어를 통해 실내의 조도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양광 조명장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제어부에는 실내의 조도를 단계별로 수동 조정할 수 있도록 상·하방향 이동스위치들로 이루어진 딥스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양광 조명장치.
5. 삭제

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