KR101160558B1 - 신재생에너지를 이용한 비상용 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑 - Google Patents

신재생에너지를 이용한 비상용 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신재생에너지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전 또는 이상에 의한 전력공급이 중단될 때, 신재생에너지를 활용한 발전시스템에 의한 비상등을 구비함으로써 최소한의 조명을 확보하여, 작업자와 시설물의 안전을 도모하도록 함과 동시에, 평상시에도 신재생에너지에 의해 발전된 전력중 비상용을 제외하고 추가로 생산된 전력을 일반조명용으로 사용하도록 함으로써 에너지절약이 가능한 신재생에너지를 이용한 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비상용 조명시스템은 전기를 생산하는 발전부와, 생산된 전기를 저장하는 배터리와, 비상용 조명등 및 전원제어부를 포함하여 구성되고, 상기 발전부는 바람에 의해 전기를 생산하는 풍력발전기와 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양광 발전기로 이루어지며, 상기 전원제어부는 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와, 배터리의 직류전원을 소정의 직류전원으로 변환하는 컨버터 및 상기 비상용 조명등의 점등과 소등을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지며, 상기 인버터에는 교류 전원을 사용하는 조명등에 전원을 공급하기 위한 분전반이 전기적으로 연결되고, 상기 컨버터에는 비상용 조명등이 전기적으로 연결되어 있다.

Description

신재생에너지를 이용한 비상용 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑 {Emergency Light System using Solar ＆ Wind Power and Light Tower having thereof}
본 발명은 신재생에너지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전 또는 이상에 의한 전력 공급이 중단될 때, 신재생에너지를 활용한 발전시스템에 의한 비상등을 구비함으로써 최소한의 조명을 확보하여, 작업자와 시설물의 안전을 도모하도록 함과 동시에, 평상시에도 신재생에너지에 의해 발전된 전력중 비상용을 제외하고 추가로 생산된 전력을 일반 조명용으로 사용하도록 함으로써 에너지 절약이 가능한 신재생에너지를 이용한 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑에 관한 것이다.
일반적으로, 조명탑은 항구나 공항 또는 경기장 등과 같은 기간산업 시설이나 다수의 이용자가 활용하는 장소에 국민의 안전을 확보할 목적으로 설치된다.
상기와 같은 조명장치로서, 공개특허공보 제10-2010-0039112호에 개시된 조명장치는, 지면에 설치되는 가로등 베이스와, 상기 가로등 베이스에 설치되는 하부 가로등주와, 상기 하부 가로등주로부터 연장되는 상부 가로등주와, 상기 상부 가로등주로부터 연장되는 연장부와, 상기 연장부에 설치되는 램프부를 포함하여 이루어져 있다.
종래 기술에 따른 조명장치는 광원의 에너지로 상용 전원을 사용하고 있다. 그러나 상용 전원이 정상적으로 공급되지 아니하거나, 상용 전원을 공급할 수 없는 지역일 경우 별도의 에너지원을 필요로 하고 있다.
또한, 국가 근간의 산업시설과, 다수의 이용자가 사용하는 장소에 설치된 조명탑임에도, 비상사태에 대비한 조명시스템이 갖춰진 경우는 거의 없어, 전력공급이 중단되면 국민과 시설물의 안전을 확보하기 어려운 문제가 있다.
또한, 조명탑은 넓은 장소에 조명을 공급해야 하는 경우, 조명의 높이가 상당히 높고, 넓은 공간을 차지하는 구조물로 구성되는데, 이 구조물을 활용하여 풍력발전기나, 태양광발전 같은 신재생에너지를 이용한 전기 생산 수단으로 활용할 수 있음에도 그러하지 못하다.
본 발명은 종래의 조명장치가 갖는 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 정전 또는 전기공급이 정상적으로 이루어지지 않는 이상 상태가 발생하였을 때, 태양광 또는 풍력 발전에 의한 전기를 생산하고 생산된 전기로 구동되는 비상등을 확보함으로써 시민과 시설물의 안전을 도모할 수 있도록 한 신재생에너지에 의한 발전을 이용한 조명시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 비상 상황이 아닌, 평상시에도 신재생에너지에 의해 생산되는 전력 중 비상용 조명등에 공급하는 전력을 제외하고, 추가로 생산되는 전력을 일반 조명등의 에너지원으로 사용함으로써 에너지 절약이 가능한 신재생에너지에 의한 조명시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.
또한, 배터리 또는 안정기, 램프의 이상 여부를 계측하여 관리센터 또는 수리요원에게 이상 정보를 전달하여 신속한 응급조치가 가능한 조명시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비상용 조명시스템은, 전기를 생산하는 발전부와, 생산된 전기를 저장하는 배터리와, 비상용 조명등 및 전원제어부를 포함하여 구성되고, 상기 발전부는 바람에 의해 전기를 생산하는 풍력발전기와 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양광 발전기로 이루어지며, 상기 전원제어부는 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와, 배터리의 직류전원을 소정의 직류전원으로 변환하는 컨버터 및 상기 비상용 조명등의 점등과 소등을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지며, 상기 인버터에는 교류 전원을 사용하는 조명등에 전원을 공급하기 위한 분전반이 전기적으로 연결되고, 상기 컨버터에는 비상용 조명등이 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 상기 비상용 조명시스템에는 배터리의 충방전 상태를 감지하는 충전상태 감지부와, 비상용 조명등의 점등과 소등상태를 감지하는 점등 센서부 및 상기 충전상태 감지부와 점등 센서부의 이상 유무를 통지하는 무선통신부로 이루어지는 PLC시스템이 더욱 구비된다.
여기서, 상기 비상용 조명시스템은 조명탑에 설치된다.
상기와 같은 구성에 따르면, 비상용 조명등의 전원으로서 기존의 상용 전원을 사용하지 않고, 신재생에너지인 태양광과 풍력 발전으로 생산된 전기를 이용하므로, 상용 전원이 공급되지 않는 상태에서도 안정적인 전원 공급이 가능하다.
또한, 배터리와 비상용 조명등이 정상적인 작동 여부를 관리자에게 알려주기 위하여 무선통신을 이용함으로써 신속한 수리, 교체, 응급조치가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 비상용 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 비상용 조명시스템의 블록도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상용 조명등의 점등과 소등을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 조명시스템과 조명탑을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여, 상세히 설명한다. 명세서 전반에 걸쳐 기재된 ~ 부, ~ 모듈 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드 웨어 또는 하드 웨어와 스프트 웨어의 결합에 의해 구현되는 것을 말한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 비상용 조명시스템 및 이를 구비한 조명탑의 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 비상용 조명시스템의 블록도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 비상용 조명시스템은, 전기를 생산하는 풍력 발전기와 태양광 발전기로 이루어져 있는 발전부(100)와, 생산된 전기를 저장하는 배터리(300)와, 비상용 조명등의 점등과 소등을 제어 위한 컨트롤러, 인버터 및 컨버터를 포함하는 전원제어부(200) 및 비상용 조명등(400)을 포함하여 구성된다.
상기 풍력발전기(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 조명탑(800)의 일측 단부에 설치되어 있으며, 바람에 의해 전기를 생산한다. 바람이 불어 풍력발전기의 풍차가 회전하게 되면, 풍차의 회전축에 연결되어 있는 발전기에 의해 전기를 생산하도록 구성되어 있다. 이때 생산된 전기는 상기 조명탑에 설치되어 있는 배터리(300)에 일시적으로 저장하게 된다.
그리고, 상기 조명탑의 상측 단부에는 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전기(120)가 설치되어 있다. 태양광 모듈은 하나 이상의 태양전지판으로 구성되어 있다. 상기 태양광 모듈(Solar Module)은 사각 형상의 프레임 상에 장착되는 하나 이상의 태양전지판으로 형성되며, 하루 중 낮시간 동안에 태양으로부터 나오는 광을 집광하여 광에너지를 전기에너지로 변환한다. 태양전지판은 PN접합 구조를 갖는 반도체로 제조된다. 바람직하게는, Si 결정형 태양전지, Si 박막형 태양전지, CdTe 박막 태양전지, CIGS(copper indium gallium selenide) 박막 태양전지로 형성할 수 있다. 또한 상기 태양전지판의 상부에는 그 보호를 위해 투광커버를 부가 형성할 수 있다.
태양광 모듈은 태양에서 발산되는 광에너지를 전기에너지로 변환한다. 보다 많은 전기를 생산하기 위해서는 하루 중 태양광을 직접적으로 받을 수 있는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 태양광 모듈이 고정되어 있는 경우라면, 적절한 기울기로 대략 남측 방향으로 설치되어야 한다.
예컨대, 태양의 이동 경로를 따라 위치가 가변하는 회동수단을 구비하는 경우라면, 태양광의 조사각을 감지하는 센서를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 감지 센서는 태양광의 위치를 감지하여 태양광의 입사각도와 직각을 이루도록 태양광 모듈의 각도를 조절하도록 한다. 이를 위해, 수직 각도를 조절하는 스텝모터와 수평 각도을 조절하는 스텝모터를 각각 장착하여 수직 각도와 수평 각도를 조절하여 태양광의 입사 방향에 따라 변화되도록 한다. 상기 태양광 발전기에서 생산되는 전기도, 풍력 발전기에서 생산된 전기와 동일하게, 배터리(300)에 저장된다.
상기 배터리(Battery)는 태양광 모듈로부터 생산된 전기를 임시적으로 저장한다. 상기 배터리에 저장된 전기는 상기 조명 시스템을 이루는 구성들 즉, 컨트롤러, 인버터, 컨버터, 센서 등에 필요로 하는 동작 전원을 공급한다. 여기서 가로등이라면, 낮시간 동안 풍력 발전기와 태양광 모듈로부터 생산된 전기를 저장하였다가 어두운 날씨나 해가 진 밤시간 동안에 가로등의 전원으로 공급할 수 있도록 한다. 전원공급이 원활하지 않는 지역에서는 시설물에 개별적인 에너지의 공급원을 마련하는 것이 유용하다.
태양이 비추는 낮에는 태양광 발전에 의해, 낮과 밤에는 바람을 이용한 풍력 발전에 전기를 생산함으로써 지속적인 발전이 가능하다. 나아가 풍력발전은 낮에 구름에 의해 빛이 가리워지더라도 전기의 생산이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상용 조명시스템에는, 풍력 발전기와 태양광 모듈로부터 생산된 전원의 변환과 비상용 조명등의 점등과 소등을 제어하는 전원제어부(200)가 구비된다. 상기 전원제어부(200)는 컨트롤러(210), 인버터(220) 및 컨버터(230)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 인버터(220)는 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 변환된 교류 전원은 교류를 전원으로 사용하는 전기기기에 공급될 수 있다. 이를 위해 분전반(600)을 부가 설치하고, 하나 이상의 일반 조명등(700), 모터 등 교류를 전원으로 사용하는 전기기기에 연결될 수 있다.
상기 컨버터(230)는 배터리에 저장된 전기를 소정의 직류 전압으로 변환한다. 한편, 상기 조명탑의 일측에는 엘이디(LED; Light Emitting Diode)를 광원으로 사용하는 비상용 조명등이 설치되어 있다. 컨버터에서 변환된 소정의 직류 전압은 상기 엘이디의 정격 전압과 동일하여야 한다.
비상용 조명등의 점등 시간은 어두운 밤시간 뿐만이 아니라 먹구름에 의해 태양이 가리워지는 낮시간 중에도 점등이 가능하여야 한다. 이를 위해 상기 컨트롤러(210)에는 태양광 발전기에서 생산되는 전기의 량을 검출하는 발전량 검출부, 비교부, 및 스위치가 구비되어 있다. 태양광 발전기에서 생산되는 전기가 작다는 것은, 밤이거나 아니면 구름에 의해 태양이 가려져 있는 상태이므로 스위치를 ON상태로 절환하여 상기 비상용 조명등으로 전기를 공급하도록 한다.
한편, 도 1에서 CB는 컨트롤 박스이다. 상기 컨트롤 박스의 밀폐된 내부에는 전원제어부(200)와 배터리(300)가 내장된다.
이하, 도 3을 참조하여, 상기 컨트롤러에서 비상용 조명등(400)의 점등과 소등하는 것을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상용 조명등의 점등과 소등을 나타내는 도면이다.
우선, 태양광이 충분하여 상기 태양광 발전기에서 전기가 생산하게 되면, 상기 발전량 검출부에서는 생산되는 전기의 량을 검출한다. 이어서 비교부에서는 생산된 전기의 량이 기준 발전량 이상인지를 비교한다. 만약 기준 발전량 이상이라면 스위치는 OFF 상태를 유지하여 비상용 조명등에는 전기를 공급하지 않는다.
한편, 태양이 구름에 가리워져 어두어진다면 태양광 발전기에서 생산되는 발전량이 기준 발전량 보다 낮아지게 된다. 이때 스위치는 ON 상태로 절환하여 비상용 조명등을 점등하게 된다.
그런데 구름이 사라지고 태양광이 충분하여 생산되는 발전량이 다시 기준 발전량 이상이 되면 즉시 비상용 조명등이 소등되지 않는다. 소정의 딜레이 타임(Delay Time) 이후에 소등하게 된다. 상기 딜레이 타임은 기준 발전량 이상의 발전량이나 이하의 발전량으로 자주 변동되어서, 점등과 소등이 반복되는 것을 방지한다. 생산되는 발전량이 기준 발전량 보다 높아지더라도 일정 시간 점등 상태를 유지하게 된다.
종래의 조도 감지센서는 외부환경에 노출되어 설치되므로, 먼지, 나뭇잎 등 이물질에 의한 오작동이 있을 수 있다. 본 발명에 따른 비상용 조명등의 점등과 소등 제어는 밀폐된 컨트롤 박스(CB: Control Box) 내부에 설치되므로 이러한 오작동을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비상용 조명시스템에는 배터리의 충방전 상태를 감지하는 충전상태 감지부(BMS: Battery Maintenance System), 비상용 조명등의 점등과 소등상태를 감지하는 점등 센서부(LSS: Light Sensing System) 및 상기 충전상태 감지부와 점등 센서부의 이상유무를 통지하는 무선 통신부(RCS: Radio Communication System)를 구비하는 PLC(Power Line Communication) 시스템이 부가 설치되어 있다.
상기 충전상태 감지부(BMS)는 배터리에서 충전되는 상태와 방전되는 상태를 감지하는 센서를 포함하여 구성되며, 상기 점등 센서부(LSS)는 비상용 조명등으로 인가되는 전원의 공급상태를 센싱한다. 여기서 상기 비상용 조명등의 점등 여부를 검출하기 위해, 상기 비상용 조명등의 하측에 별도로 마련된 조도 센서를 부가할 수 있다. 비상용 조명등이 점등하게 되면 상기 조도센서는 점등에 따른 조도값을 검출하고 이를 기초로 하여 점등과 소등 상태를 인지할 수 있다.
또한, 상기 비상용 조명등의 점등 여부는 비상용 조명등에 인가되는 인입선에서 전류의 흐름을 기초로 하여 센싱할 수 있다.
상기 무선 통신부(RCS)는 상기 충전상태 감지부와 전등 센서부에서 검출된 신호를 기초로 하여 관리자에게, 본 발명에 따른 비상용 조명시스템이 정상적으로 동작하고 있는지 여부를 알려준다.
이와 같이 구성된 PLC 시스템(500)은 관리자에게 실시간으로 알려줌으로써, 수리, 교체 등 비상용 조명시스템의 관리에 필요한 조치를 신속히 수행할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 조명시스템과 조명탑을 나타낸 도면이다. 도 4의 (a)는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 조명시스템과 조명탑의 측면도이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 조명시스템과 조명탑의 횡단면도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상측부에 태양광 발전기가 둘레를 따라 장착되어 있다. 태양광 발전기는 태양광을 더욱 많을 받을 수 있도록 일정 각도 경사지도록 배치되어 있다. 그리고 그 하부에는 비상용 조명등이 일정 간격 이격되어 상하로 배치되어 있다. 도시된 바와 같이 상기 비상용 조명들을 지지하는 프레임에는 비상용 조명등의 조광 각도를 조절하기 위한 각도 조절부가 장착되어 있다. 각도 조절부는 상하 프레임 중 상측의 프레임을 수평 방향으로 연장하도록 구성된다. 상측 프레임을 조명탑의 중앙을 기준으로 외측으로 연장시키면 상측과 하측에 배치되어 있는 비상용 조명등의 조광범위가 좁아지게 된다. 즉 외측으로 조광하다가 내측 방향으로 조광방향이 이동하게 된다.
이와 반대로, 상측 프레임을 조명탑의 중앙을 기준으로 내측으로 이동시키면 상측과 하측에 배치되어 있는 비상용 조명등의 조광범위가 넓어지게 된다. 즉 내측으로 조광하다가 외측 방향으로 조광방향이 이동하게 되는 것이다.
한편, 상기 조명탑의 상측 단부에는 피뢰침(LR: Lightning Rod)이 설치되어 있어, 낙뇌로부터 조명탑을 보호할 수 있도록 한다.
도 4의 (b)는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 조명시스템과 조명탑의 횡단면도이다. 도면에서는 비상용 조명등이 지그재그 형상으로 조명탑의 둘레를 따라 프레임에 고정되어 서로 이격되어 배치되어 있다. 여기서 상기 비상용 조명등의 배치는 조광지역과 조광범위에 따라 그 배치를 달리할 수 있다. 또한, 요구되는 광의 범위가 특정 지역으로 한정한다면 도면과 같이 일정부분에만 집중적으로 배치될 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 발전부
110 : 풍력 발전기
120 : 태양광 발전기
200 : 전원제어부
210 : 컨트롤러
220 : 인버터
230 : 컨버터
300 : 배터리
400 : 비상용 조명등
500 : PLC
600 : 분전반
700 : 일반 조명등
800 : 조명탑
CB : Control Box
L : light
PLC : Power Line Communication
BMS : Battery Maintenance System
LSS : Light Sensing System
RCS : Radio Communication System
LR: Lightning Rod

Claims (3)

  1. 신재생에너지인 풍력 및 태양광 발전을 이용한 비상용 조명시스템으로서,
    상기 비상용 조명시스템은 전기를 생산하는 발전부와, 생산된 전기를 저장하는 배터리와, 비상용 조명등 및 전원제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 발전부는 바람에 의해 전기를 생산하는 풍력발전기와 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양광 발전기로 이루어지며,
    상기 전원제어부는 배터리의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와, 배터리의 직류전원을 소정의 직류전원으로 변환하는 컨버터 및 상기 비상용 조명등의 점등과 소등을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지며,
    상기 배터리의 충방전 상태를 감지하는 충전상태 감지부와, 비상용 조명등의 점등과 소등상태를 감지하는 점등 센서부 및 상기 충전상태 감지부와 점등 센서부의 이상 유무를 통지하는 무선통지부로 이루어지는 PLC시스템을 구비하며,
    상기 컨트롤러에는 태양광 발전기에서 생산되는 전기의 량을 검출하는 발전량 검출부와 생산된 전기의 량이 기준 발전량 이상인지 여부를 비교하는 비교부를 더욱 구비하고, 상기 비교부에서는 생산되는 발전량이 기준 발전량 이상 또는 이하의 발전량으로 변동되면 소정의 딜레이 타임 이후에 소등 또는 점등되도록 구성하고,
    상기 인버터에는 교류 전원을 사용하는 조명등에 전원을 공급하기 위한 분전반이 전기적으로 연결되고, 상기 컨버터에는 비상용 조명등이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용한 비상용 조명시스템.
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