KR101181668B1

KR101181668B1 - 하이브리드 태양광 조명 시스템

Info

Publication number: KR101181668B1
Application number: KR1020100089249A
Authority: KR
Inventors: 주동호
Original assignee: 주동호
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-09-11
Also published as: KR20120027593A

Abstract

본 발명은 하이브리드 태양광 조명 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 태양광으로부터 입사되는 광을 집광하여 자연광으로 이용하는 한편 태양광 에너지를 축척하여 인공광원장치로 재생할 수 있는 하이브리드 태양광 조명 시스템에 관한 것이다. 하이브리드 태양광 조명 시스템은 시스템의 제어를 위한 메인 제어부; 태양광을 수집하는 집광광학기기를 포함하는 집광부; 집광부의 태양광을 광전송 매체를 통하여 전송하는 전송부; 및 전송부로부터 전달된 태양광을 조사시키는 산광부를 포함한다.

Description

하이브리드 태양광 조명 시스템{Hybrid Solar Lighting System}

본 발명은 하이브리드 태양광 조명 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 태양광으로부터 입사되는 광을 집광하여 자연광으로 이용하는 한편 태양광 에너지를 축적하여 인공광원장치로 재생할 수 있는 하이브리드 태양광 조명 시스템에 관한 것이다.

전자기파에 해당하는 태양광은 파장의 길이에 따라 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선 및 감마선으로 이루어지고 자연광은 주로 가시광선 영역을 말한다. 자연광은 가시광선 전 영역에 걸쳐 각 파장의 에너지가 균일하고 진행 방향에 대하여 수직이 되는 모든 방향으로 불규칙적으로 진동을 하지만 일정 시간 동안의 진동 평균은 동일하다. 이에 비하여 인공광은 자연광이 아닌 전구, 형광등, 엘이디 등 또는 도심의 조명용등과 같이 인공광원에서 나오는 빛을 의미하고 대부분이 파장에 따른 고유한 색온도를 나타낸다는 특징을 가진다.

자연광을 포함하는 태양광에서 모든 파장의 빛이 유용한 것이 아니라 용도에 따라 특정 범위의 파장만이 요구될 수 있다. 예를 들어 식물은 파장에 따라 광합성의 양이 달라질 수 있고 식물에 따라 서로 다른 파장대의 빛이 광합성에 이용될 수 있다. 또한 자외선은 인체에 유해하다. 그러므로 태양광은 용도에 따라 필요한 파장대가 적절하게 선택되어 이용될 필요가 있으며 태양광의 에너지를 저장하여 인공광원의 에너지원으로 이용될 수 있도록 하는 것이 유리하다.

본 발명은 태양광의 효율적인 이용을 위한 시스템에 관한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 태양광을 자연광으로 이용하면서 이와 동시에 인공광원장치의 에너지원으로 사용될 수 있도록 하는 하이브리드 태양광 조명 시스템에 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 하이브리드 태양광 조명 시스템은 시스템의 제어를 위한 메인 제어부; 태양광을 수집하는 집광광학기기를 포함하는 집광부; 집광부의 태양광을 광전송 매체를 통하여 전송하는 전송부; 및 전송부로부터 전달된 태양광을 조사시키는 산광부를 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 태양광의 에너지를 축척하기 위한 태양전지모듈 및 태양전지모듈에 의하여 구동되는 인공광원장치를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 태양의 움직임을 탐지하기 위한 태양추적센서 및 태양추적센서로부터 전달되는 신호에 따라 집광부를 제어하는 추적제어부를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 산광부는 전송된 태양광의 양을 조절하여 조사시키거나 또는 태양광이 조사되지 않도록 하는 조절 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 태양광으로부터 유해한 파장대가 제거된 자연광이 조명으로 이용될 수 있도록 하면서 이와 동시에 태양광이 직접 이용될 수 없는 경우에도 보조 광원을 이용하여 조명 기능이 유지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 광섬유를 이용하여 광을 전달하는 것에 의하여 광 손실이 없이 자연광이 조명 수단으로 이용될 수 있어 예를 들어 수십 미터의 지하에 위치하는 시설의 조명에 적용될 수 있다는 장점을 가진다. 아울러 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 식물 생장 촉진과 같이 특정 파장 범위가 요구되는 경우에도 별도의 추가적인 장치가 없이 용이하게 적용될 수 있다는 이점을 가진다.

도 1a는 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템에 대한 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 집광부의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2b의 (가) 및 (나)는 집광 광학 기기의 단면도 및 집광부와 전송부의 단면도를 각각 도시한 것이다.
도 2c는 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템에 적용될 수 있는 산광부의 정면도 및 단면도를 각각 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1a는 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 1a를 참조하면, 하이브리드 태양광 조명 시스템은 태양의 빛을 수집하기 위한 집광부(11), 태양의 위치 또는 움직임에 따른 태양광의 입사각 변화를 추적하여 집광부(11)의 위치를 제어하는 추적제어부(12a), 집광부(11)에서 수집된 태양광을 필요에 따라 요구되는 파장 범위로 필터링을 하여 전송하는 전송부(13), 전송부(13)로부터 전달된 광을 정해진 영역에 조사시키는 산광부(14) 및 전체 시스템을 제어하기 위한 메인 제어부(C)를 포함한다. 추가로 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지모듈(Solar Cell Module)(112) 및 태양전지모듈(112)의 전기 에너지를 축적하기 위한 축전기(15) 및 축전기(15)의 전기 에너지로부터 구동되는 인공광원장치(도 2c참조)를 더 포함할 수 있다.

집광부(11)는 곡면경 또는 렌즈와 같은 집광광학기기(111)로 이루어질 수 있고 태양전지모듈(112)이 함께 설치될 수 있다. 곡면경 또는 렌즈는 정해진 위치로 빛을 유도하고 태양전지모듈(112)은 빛이 있는 동안 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 한다. 추적제어부(12a)는 태양의 움직임을 추적하여 집광부(11)의 입사광에 대한 각을 변화시킨다. 추적제어부(12a)는 태양추적센서(12b)를 이용하여 태양의 위치가 검출하여 메인제어부(C)로 전달하고 메인제어부(C)는 전달된 신호에 따라 예를 들어 모터와 같은 구동 장치를 구동시켜 추적제어구동부(도 2a 참조)를 상하 또는 좌우로 회전시켜 최적의 입사각으로 빛이 집광되도록 할 수 있다. 대안으로 태양의 위치는 시간에 따라 정해지므로 메인제어부(C)에 설치된 프로그램에 의하여 결정될 수 있고 그에 따라 추적제어구동부(12C)가 이동될 수 있다. 메인제어부(C)는 자체 전원으로 구동되거나 또는 태양전지모듈(112)의 전기 에너지로부터 구동될 수 있고 이를 위하여 메인제어부(C)와 태양전지모듈(112)은 제어케이블(113)로 서로 연결될 수 있다. 본 명세서에서 제어케이블(113)은 메인제어부(C) 또는 추적제어부(12a)의 전기 신호를 정해진 장치로 전달하는 기능을 하거나 또는 전력의 수송이 가능한 형태의 모든 형태의 케이블을 말한다. 마찬가지로 아래의 설명에서 제시되는 전력케이블도 신호 전달 기능과 전력 수송 기능을 모두 가질 수 있다. 이와 같이 제어케이블(113) 또는 전력케이블이란 용어는 단지 서로 다른 장치를 연결하기 위한 서로 다른 전선을 구분하기 위한 것으로 기능을 제한하는 의미를 포함하지 않는다. 추적제어부(12a)의 다른 기능은 태양광이 입사되지 않는 경우 집광부(11)의 작동을 제한시키는 것이다. 예를 들어 집광부에 설치된 태양추적센서(12b)로부터 받은 신호를 추적제어부(12a)가 탐지하여 우천이라고 판단이 되는 경우 집광광학기기(111)의 전체 또는 각각에 설치된 커버를 작동시켜 집광 기능을 중지시키는 한편 이를 메인제어부(C)로 전달할 수 있다. 메인제어부(C)는 전달된 신호를 기초로 아래에서 설명하는 인공광원장치의 작동을 제어할 수 있다.

전송부(13)는 집광부(11)에서 집광된 빛을 필요에 따라 요구되는 파장 범위로 필터링을 하여 예를 들어 광섬유와 같은 광전달 매체를 통해 산광부(14)로 전달한다. 예를 들어 태양광으로부터 자외선 또는 적외선이 제거된 자연광 또는 가시광선만이 전반사가 이루어지는 광섬유를 경유하여 산광부(14)로 전달될 수 있다. 전송부(13)를 통하여 전송되는 빛은 에너지의 손실이 최소로 되는 것이 유리하다. 그러므로 전송부(13)는 중앙의 코어와 코어를 감싸고 있는 크래딩으로 이루어진 광섬유로 이루어질 수 있다. 전송부(13)는 임의의 광섬유로 이루어질 수 있지만 바람직하게 석영 광섬유 또는 향후 개발될 다른 형태의 광섬유로 이루어질 수 있고 단일모드 광섬유 또는 다중 모드 광섬유가 될 수 있다. 산광부(14)는 광섬유 또는 광케이블의 끝 부분이 될 수 있고 필요에 따라 광을 반사시키기 위한 렌즈, 반사판 또는 투광기와 같은 장치를 포함할 수 있다. 또한 산광부(14)는 정해진 곳에 광섬유 또는 광케이블의 끝 부분을 고정시킬 수 있는 고정 장치를 포함할 수 있다.

시스템을 이루는 각각의 장치는 메인제어부(C)에 의하여 제어될 수 있다. 메인제어부(C)는 예를 들어 추적제어부(12a)로부터 신호를 수신하여 집광부(11)의 입사광에 대한 각을 결정하고 집광이 되지 않으면 집광부(11)의 작동이 정지되도록 하는 기능을 가진다. 또한 산광부(14)의 조도를 측정하여 보조 광원에 해당하는 인공광원장치를 작동시켜야 하는지 여부를 결정하며 축전기의 충전 상태 또는 각 장치의 작동 상태를 제어하는 한편 디스플레이 장치에 표시하는 기능을 가진다. 예를 들어 메인제어부(C)는 각각의 장치의 작동을 제어하기 위한 입력 장치와 각각의 장치의 작동 상태를 출력할 수 있는 LCD 모니터와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 또한 메인제어부(C)는 예를 들어 마이크로프로세서를 포함할 수 있고 제어를 위한 프로그램이 메인제어부(C)에 설치될 수 있다.

축전기(15)는 전기 에너지를 저장하기 위한 장치로 예를 들어 밀폐형 납축전지와 같은 장치가 될 수 있다. 축전기(15)는 시스템이 적용되는 분야에서 따라 용량 및 설치 수가 결정될 수 있다. 축전기(15)에 저장된 전기 에너지는 아래에서 설명하는 인광광원장치의 구동을 위하여 사용될 수 있다. 인공광원장치는 예를 들어 엘이디(LED) 조명이 될 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 인공광원장치는 산광부(14)가 작동되지 않거나 또는 산광부(14)에 의한 조도가 요구되는 수준에 미치지 못하는 경우에 사용될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명시스템은 자연광이 적절하게 조절되어 사용될 수 있도록 할 뿐만 아니라 자연광이 이용될 수 없거나 또는 자연광으로 요구되는 조도가 만들어지지 않는 상황에서 인공광원이 사용될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명시스템은 태양 에너지에 의하여 별도의 전원이 없이 자체적으로 구동이 될 수 있으면서 우천시와 같이 태양 에너지가 이용될 수 없는 경우에도 조명 기능이 유지될 수 있도록 한다. 각각의 장치를 연결하는 제어 케이블(113) 또는 전송부(13)를 형성하는 광전송 케이블은 장치로부터 분리 가능한 형태로 연결될 수 있다. 이와 같은 분리 가능한 형태의 연결은 제작의 편의성, 서로 다른 양의 광을 전송할 필요성 또는 유지 보수의 관점에서 장점을 가진다.

도 1a에 도시된 실시 예에서 인공광원장치에서 요구되는 전력은 태양전지모듈(112)의 전기 에너지로 충전된 축전지(15)로부터 공급이 될 수 있다. 태양전지모듈(112)에 의한 축전지(15)의 충전은 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 축전지(15)는 풍력 발전 또는 지열에 의한 발전과 같이 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 또한 아래에서 설명하는 것처럼 인공광원장치는 이미 설치된 전력 설비를 통하여 직접 구동이 되거나 또는 전력 설비로부터 충전된 축전지(15)를 통하여 구동될 수 있다.

도 1b는 본 발명에 따른 태양광 조명 시스템의 다른 실시 예를 도시한 것으로 도 1a에 제시된 실시 예와 비교할 때 인공전원분전반(P)과 전력케이블(L)을 더 포함한다. 도 1a에 도시된 실시 예의 태양광 조명 시스템은 외부에서 별도로 전력이 공급되지 않는 경우에도 독립하여 조명 기능이 유지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 그러나 특별한 경우에 태양광이 장기간 동안 이용될 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 경우를 대비하여 인공전원분전반(P)이 설치되어 외부 전원이 전력케이블(L)을 통하여 축전지(15)로 공급되거나 또는 메인제어부(C)로 공급될 수 있다. 도 1b에서 2개의 인공전원분전반(P)이 설치된 실시 예가 도시되어 있지만 설치되는 인공전원분전반(P)의 수는 제한되지 않는다. 인공전원분전반(P)으로 공급된 전력은 축전기(15)를 통하여 또는 직접 인공광원장치에 공급될 수 있고 태양광이 다시 이용될 수 있을 때까지 전력 공급이 유지될 수 있다. 이와 같은 인공전원분전반(P)의 설치는 임시적인 것이므로 분리 가능한 형태로 태양광 조명 시스템에 연결될 수 있다.

도 1a 또는 도 1b에 제시된 실시 예에서 추적제어부(12a) 또는 축전기(15)의 설치 위치는 특별히 제한되지 않으며 태양추적센서(12b)와 추적제어부(12a) 사이 또는 추적제어부(12a)와 메인제어부(C) 사이의 신호 교신과 제어 형태는 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다.

아래에서 각각의 장치에 대하여 설명한다.

도 2a는 본 발명에 따른 집광부(11)의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2a에 도시된 것처럼, 집광부(11)는 태양광을 유도하는 다수 개의 렌즈로 이루어진 집광광학기기(111), 태양의 위치를 탐지하기 위한 태양추적센서(12b), 및 태양추적센서(12b)로부터 전달되는 신호를 탐지하여 메인제어부(도 1a 또는 도 1b 참조)로 전달하는 추적제어부(12a) 및 메인제어부의 지시에 따라 구동되는 추적제어구동부(12c)를 포함할 수 있다. 집광광학기기(111)는 예를 들어 일정 구경을 가진 볼록 렌즈가 될 수 있고 수집되는 태양광의 양을 고려하여 일정 형태로 배열된 다수 개의 볼록 렌즈 모듈이 될 수 있다. 도 2a에 제시된 실시 예에서 다수 개의 볼록 렌즈가 태양추적센서(12b)를 중심으로 원형으로 배치된 실시 예가 제시되어 있지만 이는 예시적인 것으로 집광광학기기(111)는 다양한 수, 구경 또는 형태로 배열될 수 있다. 위에서 이미 설명을 한 것처럼, 집광광학기기(111)는 입사광에 대하여 수직이 되도록 추적제어부(12a)에 의하여 제어될 수 있다. 추적제어부(12a)는 태양의 고도 및 방위각을 감지할 수 있는 태양추적센서(12b)로부터 태양의 위치를 탐지하여 메인제어부로 전달할 수 있다. 이에 따라 메인제어부는 모터와 같은 구동장치에 의하여 추적제어구동부(12c)를 구동시킨다. 이와 같이 추적제어부(12a)는 태양광이 집광광학기기(111)에 입사되는 태양광의 각을 탐지하는 태양추적센서(12b)로부터 태양과 관련된 정보를 수신하여 필요에 따라 추적제어구동부(12c)의 작동에 의하여 집광광학기기(111) 전체 또는 각각을 상하 또는 좌우로 이동시켜 최적의 각으로 태양광이 입사되도록 제어한다. 집광부(11)는 또한 다수 개의 태양전지모듈(112)을 포함할 수 있다. 태양전지모듈(112)은 집광광학기기(111)의 주위에 배열될 수 있지만 특별히 배열 형태에 제한되지 않는다. 태양전지모듈(112)도 집광광학기기(111)와 마찬가지로 태양광의 입사각이 고려되어야 한다. 태양전지모듈(112)에 대한 태양광의 입사각은 집광광학기기(111)와 마찬가지로 추적제어부(12a)에 의하여 제어될 수 있다. 집광광학기기(111)와 태양전지모듈(112)이 일체로 예를 들어 다각형 또는 원형 구조의 베이스에 고정된 형태가 된다면 추적제어부(12a)는 베이스의 각을 조절하는 것에 의하여 집광부(11) 전체의 태양광에 대한 입사각을 제어할 수 있다. 다른 한편으로 베이스는 집광광학기기(111)와 태양전지모듈(112)의 효율적인 배치를 위하여 다양한 형상을 가질 수 있지만 바람직하게 다각 또는 육각 형상의 평면 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 추적제어부(12a)는 다양한 형태로 집광부(11)를 제어할 수 있고 본 발명은 특정한 제어 형태에 제한되지 않는다.

집광부(11)는 보호를 위한 충격보호케이스(114) 및 관련 장치의 수용을 위한 외함(115)을 포함할 수 있다. 예를 들어 태양추적센서(12b)와 연결된 추적제어부(12a) 및 태양전지모듈(112)과 연결된 축전지(15)가 외함(115)에 수용될 수 있다. 충격보호케이스(114)는 빛이 투과될 수 있는 투명한 소재로 이루어질 수 있고 필요에 따라 충격보호케이스(114)는 개폐 가능한 형태가 될 수 있다. 충격보호케이스(114)의 개폐는 예를 들어 집광을 위하여 또는 유지 보수를 위하여 개방될 수 있다. 충격보호케이스(114)의 개폐 형태 또는 개폐 방법은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다.

도 2b의 (가) 및 (나)는 집광광학기기의 단면도 및 집광부와 전송부의 단면도를 각각 도시한 것이다.

도 2b의 (가) 및 (나)를 참조하면, 집광광학기기는 볼록 렌즈 형태의 집광렌즈(111a)가 될 수 있고 고정브래킷(23)에 의하여 고정몸체(21)에 고정이 될 수 있다. 고정몸체(21)는 집광렌즈(111a)와 전송부(13)의 한쪽 끝이 고정될 수 있는 임의의 형태가 될 수 있고 속이 빈 형태가 될 수 있다. 고정몸체(21)의 부피는 집광렌즈(111a)의 구경 및 초점거리에 기초하여 결정될 수 있다. 고정몸체(21)의 한쪽 면에 집광렌즈(111a)가 고정되어 태양광을 수집하고 다른 한쪽 면에 전송부(13)의 한쪽 끝이 고정될 수 있다. 전송부(13)의 한쪽 끝에 해당하는 포트(131)는 고정 서포터(132)에 의하여 고정몸체(12)에 고정되고 광전송케이블(13a)은 포트(131)에 연결되어 입사광을 산광부로 전달할 수 있다. 포트(131)에 의하여 고정몸체(21)에 한쪽 끝이 고정되는 광전송케이블(13a)은 고정몸체(21)로부터 분리 가능한 형태로 한쪽 끝이 포터(131)에 결합될 수 있고 이와 동시에 아래에서 설명하는 것처럼 고정몸체(21) 내부에 고정되는 끝 부분에 해당하는 광전송입사단(133)의 위치가 조절될 수 있는 형태로 포터(131)에 결합될 수 있다.

집광렌즈(111a)에 입사되는 광은 태양광이므로 자외선, 가시광선 또는 적외선과 같은 모든 파장 범위를 포함하고 있고 파장에 따라 입사광은 굴절률이 달라지므로 서로 다른 위치에 초점이 형성될 수 있다. 예를 들어 적외선은 집광렌즈(111a)로부터 먼 위치에 초점을 형성하게 되고 자외선은 가까운 곳에 초점을 형성하게 된다. 이와 같이 태양광은 파장에 따라 서로 다른 위치에 형성된 초점을 통과하게 되므로 포트(131)의 한쪽 끝 부분에 해당하는 광전송입사단(133)의 위치에 따라 전송부(13)를 통하여 전달되는 입사광의 양 또는 파장범위가 달라질 수 있다. 만약 가시광선 영역의 파장 범위만이 전송부(13)를 통하여 전송될 필요가 있다면 고정몸체(21)의 내부에 위치하는 광전송입사단(133)은 집광렌즈(111a)에서 해당 범위 파장의 광이 초점을 형성하는 곳에 위치하도록 만들어질 수 있다. 광전송입사단(133)의 한쪽 끝을 정밀하게 조정하는 것에 의하여 이와 같은 파장 범위의 선택이 세밀하게 조절될 수 있다. 다른 한편으로 용도에 따라 서로 다른 파장 범위의 입사광이 요구될 수 있다. 예를 들어 식물의 성장을 위한 광합성의 촉진을 위하여 특정 범위의 파장을 가진 빛이 전송될 필요가 있다. 이와 같은 경우 광전송입사단(133)의 위치는 해당 파장 범위의 빛이 초점을 형성하는 위치로 조절될 필요가 있다. 다른 한편으로 입사되는 광의 양 조절이 요구되는 경우에도 광전송입사단(133)의 위치가 조절될 필요가 있다. 그러므로 본 발명에 따르면, 고정몸체(21) 내부에 위치하는 광전송입사단(133)의 집광 렌즈(111a)에 대한 상대적인 위치는 조절 가능한 것이 유리하고 광전송입사단(133)의 위치 조절은 포터(131)의 고정위치를 조절하는 것에 의하여 가능하지만 이에 제한되지 않고 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

입사광의 파장범위는 제어필터(22)에 의하여 조절될 수도 있다. 제어필터(22)는 예를 들어 자외선 또는 적외선을 차단하는 필터가 될 수 있고 집광렌즈(111a)의 뒤쪽 또는 앞쪽에 설치될 수 있다. 제어필터(22)는 특정 범위의 파장을 가진 빛을 차단 또는 투과시키는 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 될 수 있고 본 발명은 특정 필터의 형태 또는 설치 위치에 의하여 제한되지 않는다.

집광렌즈(111a)에 입사된 빛은 고정몸체(21) 내부에 초점이 형성될 수 있고 광전송입사단(133)으로 유입되어 포트(131)에 연결된 광전송 케이블(13a)에 의하여 산광부로 전달될 수 있다.

도 2c는 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템에 적용될 수 있는 산광부의 정면도 및 단면도를 각각 도시한 것이다.

도 2c를 참조하면, 산광부(14)는 광전송케이블(13a)의 끝 부분에 해당하는 주광원장치(141), 주광원 장치(141)의 주위에 배열된 인공광원장치(16), 빛의 반사를 위한 반사판(143) 및 조사(illumination) 영역의 조도를 탐지하기 위한 조도센서(146)를 포함할 수 있다. 주광원장치(141)는 예를 들어 광섬유로 이루어진 광전송케이블(13a)의 끝 부분에 해당하고 고정서포터(13c)로 일정 위치에 고정된 고정포트(13b)에 의하여 정해진 위치로 광전송케이블(13a)이 연장 또는 유도되는 형태로 만들어질 수 있다. 주광원장치(141)를 통하여 집광부에 의하여 집광이 되어 전송부를 경유하여 전달된 자연광이 조사(illumination)될 수 있고 예를 들어 광섬유의 끝 부분에 의하여 주광원장치(141)가 형성되면 일정한 각으로 자연광이 조사 지역으로 투사될 수 있다. 예를 들어 광섬유의 끝 부분으로 이루어진 주광원장치(141)는 약 58 °의 각으로 자연광을 확산시킬 수 있지만 자연광의 확산 각은 필요에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 인공광원장치(16)는 예를 들어 엘이디 모듈로 만들어질 수 있고 필요에 따라 방열패드(144)에 배열될 엘이디 모듈이 될 수 있다. 위에서 이미 설명을 한 것처럼, 인공광원장치(16)는 축전지로부터 필요한 전원을 공급받아 작동될 수 있다. 주광원장치(141) 또는 인공광원장치(16)의 수, 배열 형태 또는 작동 방법은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있고 본 발명은 특정한 형태에 제한되지 않는다.

주광원장치(141)와 인공광원장치(16)의 앞쪽에 조리게 형태의 출력조절장치(145)가 설치될 수 있다. 예를 들어 출력조절장치(145)는 개방 정도가 조절될 수 있는 볼록 또는 오목 렌즈가 될 수 있다. 출력조절장치(145)의 개방 정도는 조도센서(146)로부터 탐지되는 조도가 메인제어부(도 1a 참조)로 전송되고 메인전송부에서 미리 결정된 조도와 비교하여 결정되는 방식으로 제어될 수 있다.

주광원장치(141)와 인공광원장치(16)는 천정 고정핀과 같은 적절한 고정수단(147)에 의하여 천정에 고정될 수 있다. 주광원장치(141)는 주로 집광이 가능한 시간대에 작동하고 인공광원장치(16)는 예를 들어 야간 또는 우천시와 같이 집광이 불가능한 시간에 작동하지만 주광원장치(141)와 인공광원장치(16)가 동시에 작동할 수 있다. 예를 들어 주광원장치(141)에 의한 조명이 충분하지 않는 것으로 조도센서(146)에 의하여 판단되면 인공광원장치(16)가 작동될 수 있다. 다만 인공광원장치(16)의 출력은 요구되는 조사 지역(illumination area)의 조도를 고려하여 조절될 수 있다. 그러므로 인공광원장치(16)의 출력은 엘이디 모듈에서 각각의 모듈의 작동 여부를 결정하는 방법으로 조절될 수 있는 것이 유리하다. 이와 같은 다수 개의 엘이디 모듈의 배열에서 특정 엘이디의 작동 여부를 선택하는 방법은 메인제어부에 설치된 프로그램에 의하여 자동으로 결정될 수 있다. 예를 들어 인공광원장치(16)가 엘이디 모듈이 되는 경우 적색, 녹색, 청색 또는 이들이 합해진 백색광을 발광할 수 있고 용도에 따라 적절하게 발광 파장이 선택될 수 있다. 예를 들어 조명을 위하여 백색광을 발광하는 엘이디가 그리고 식물 성장 촉진을 위하여 적색광을 발광하는 엘이디가 선택될 수 있다. 위에서 이미 설명을 한 것처럼 인공광원장치(16)는 모듈 형태가 될 수 있고 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 될 수 있다.

위와 같이 본 발명에 따른 태양광 융합형 집광시스템은 자연광이 그대로 이용될 수 있도록 하면서 이와 동시에 자연광이 이용될 수 없는 상황인 경우에도 인공광원장치(16)가 보조 광원으로 기능을 하여 조명 기능이 유지될 수 있도록 한다.

아래에서 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템이 적용된 실시 예에 대하여 설명한다.

아래에 표 1로 제시된 시험결과는 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템 의 실시 예가 적용된 조사 면적에 따른 조도의 변화를 나타낸 것이다.

입사되는 태양광이 98,000 lux가 되고 15 m의 광섬유가 사용되어 전달된 자연광의 조명 영역에서 조도는 188 lux가 된다는 것을 알 수 있다. 산광부의 끝 부분에서 조명 지역 사이의 거리는 3 미터가 되고 일반 조명 기기가 설치되는 곳의 높이에 유사하다는 것을 알 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 일반 조명 기기의 기능을 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 예를 들어 식물 성장 촉진을 위하여 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

거리(m)	평균조도(lux)	중심조도(lux)	조사경(m)	조사면적(㎡)
0.5	6,775	9,456	0.554	0.241
1.0	1,689	2,264	1.109	0.965
1.5	751	1,051	1.663	2.172
2.0	422	591	2.217	3.861
2.5	270	378	2.772	6.033
3.0	188	263	3.326	8.688
Fiber Core	지름 1.0 mm, 6 core
Fiber 길이 (m)	15 m
광속/1개당	1,636 m

<조사 면적에 따른 조도의 변화>

※ 산광부에 사용한 Fiber Cable 출력광 데이터(태양광 98,000 lux 기준)

본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 태양광으로부터 유해한 파장대가 제거된 자연광이 조명으로 이용될 수 있도록 하면서 이와 동시에 태양광이 직접 이용될 수 없는 경우에도 보조 광원을 이용하여 조명 기능이 유지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 광섬유를 이용하여 광을 전달하는 것에 의하여 광 손실이 없이 자연광이 조명 수단으로 이용될 수 있어 예를 들어 수십 미터의 지하에 위치하는 시설의 조명에 적용될 수 있다는 장점을 가진다. 아울러 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 식물 생장 촉진과 같이 특정 파장 범위가 요구되는 경우에도 별도의 추가적인 장치가 없이 용이하게 적용될 수 있다는 이점을 가진다. 다른 한편으로 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 조명 시스템은 자체적으로 전력이 공급이 되어 구동이 되므로 독립된 발전 설비를 가진 조명 시스템이 될 수 있다는 장점을 가진다.

위에서 본 발명의 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11: 집광부 12a: 추적제어부
12b: 태양추적센서 12c: 추적제어구동부
13: 전송부 14: 산광부
C: 메인제어부 15: 축전기
16: 인공광원장치
111: 집광광학기기 111a: 집광렌즈
112: 태양전지모듈 113: 제어케이블
114: 충격 보호 케이스 115: 외함
13a: 광전송케이블 21: 고정몸체
23: 고정브래킷
131: 포트 132: 고정서포터
22: 제어필터 141: 주광원장치
143: 반사판 146:조도센서
144: 방열 패드 145: 출력조절장치
147: 고정수단 133: 광전송입사단
P: 인공전원분전반 L: 전력케이블

Claims

시스템의 제어를 위한 메인제어부(C);
태양의 움직임을 탐지하기 위한 태양위치 검출센서 및 태양위치 검출센서로부터 전달되는 신호를 메인제어부(C)에 전달하는 추적제어부(12a);
집광렌즈(111a)를 포함하는 집광 광학기기(111) 및 태양전지 모듈(112)이 부착된 고정 브래킷(23);
집광렌즈(111a)의 한쪽 끝이 고정되고 다른 끝에 포트(131)가 설치된 고정 몸체21);
포터(131)에 한쪽 끝이 고정되는 광전송케이블(13a);
포터(131)에 결합되어 집광렌즈(111a)에 대한 상대적인 위치 조절이 가능한 광전송입사단(133);
광전송케이블(13a)의 다른 끝에 고정된 주광원장치(141);
주광원장치(141)의 주위에 배열되면서 방열 패드(114)에 배열된 엘이디 모듈; 및
주광원장치와 인공광원장치의 앞쪽에 설치되는 출력조절장치(145)를 더 포함하는 하이브리드 태양광 조명시스템.
청구항 1에 있어서, 집광렌즈(111a)의 앞쪽 또는 뒤쪽에 설치되는 제어필터(22)를 더 포함하는 하이브리드 태양광 조명시스템.
청구항 1에 있어서. 집광광학기기의 보호를 하여 개폐 가능하도록 설치되는 충격보호케이스(114)를 더 포함하는 하이브리드 태양광 조명시스템.
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