KR101199235B1 - 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디자인형 울타리의 기둥 상단에 염료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell)을 장착한 조명등을 설치함으로써, 조명등 자체가 콤팩트할 뿐만 아니라 구름이 많고 날씨가 흐려서 광량이 적을 때에도 사용 가능하며 제조 단가도 저렴한 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등에 관한 것이다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등은, 상부가 개방된 육면체 형상으로, 내부에 PCB기판과 LED 및 배터리가 설치되는 본체; 태양광을 받아 전기를 생산하는 염료감응형 솔라셀; 하부가 개방된 육면체 형상이고, 상기 본체의 측벽의 외면에 끼워지는 투명캡; 상기 투명캡의 측벽 외면에 끼워지며, 상면이 개방되어 있고, 측면에 빛을 발산하기 위한 틈이 형성되어 있는 커버를 구비하는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등{Lighting apparatus for guardrail using dye-sensitized solar cell}

본 발명은 옥외 조명등에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 디자인형 울타리의 기둥 상단에 염료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell; DSSC)을 장착한 조명등을 설치함으로써, 조명등 자체가 콤팩트할 뿐만 아니라 구름이 많고 날씨가 흐려서 광량이 적을 때에도 사용 가능하며 제조 단가도 저렴한 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등에 관한 것이다.

근래 들어 등산, 트래킹, 둘레길 걷기 등과 같은 야외 활동이 많아지고 사회적으로 친자연환경 붐이 일면서 등산로나 산책로 또는 생태공원 등에 보행자나 시설물 및 자연을 보호하면서 조경효과를 높이기 위하여 각종 형태의 디자인형 울타리(보호펜스)가 설치되고 있는데, 디자인형 울타리는 일정간격을 두고 수직상태로 고정되는 기둥과, 인접한 기둥의 상부 또는 중간끼리를 연결하여 울타리 역할을 하는 난간으로 구성되며, 이러한 디자인형 울타리에는 시인성이나 설치외관, 조경효과 등을 높이기 위하여 기둥 상단에 조명등을 설치하는 경우가 있다.

이와 같이 디자인형 울타리의 기둥 상단에 설치되는 조명등은 산책로 또는 생태공원을 환하게 밝혀주기도 하지만 길을 유도 또는 안내해 주는 기능을 하는데, 조명등용 전구로는 주로 나트륨 램프, 수은 램프 또는 메탈 할라이드 램프를 많이 사용하였으나, 이들은 전력 소모가 많고 수명이 짧으며 유지보수 비용이 과다할 뿐만 아니라 환경을 오염시키는 등 많은 문제가 있어서, 최근에는 태양전지를 사용하는 조명등이 설치되고 있다.

태양전지를 사용한 조명장치의 예를 들면, 실용신안등록 제439497호 "태양전지 조명장치가 구비된 펜스 및 교각"인데, 도 1을 참조하여 간략히 설명하면, 조명장치는 기둥 상단에 결합되는 하부체(1)와, 하부체 상부에 결합되는 상부체(2)로 이루어져 기둥의 상부커버 역할을 하게 되는데, 하부체는 내부 중앙에 램프(3)가 구비된 발산관(4)이 입설되어 램프의 빛이 발산되고, 발산관 외주연의 하부체에는 투명창(5)이 구비되어 투명창을 통해 빛을 외부로 발산하며, 상부체의 상부에는 다수개의 태양전지판(6)과 광센서(7)가 구비되어 광센서에 의해 스위칭되는 램프를 점등하게 되고, 유선으로 전원을 공급하는 축전지(상부체와 하부체 사이에 위치)를 충전시키게 된다.

그런데, 상기 조명장치는 실리콘 옥사이드계 태양전지를 사용한 것으로, 이는 광전변화효율(빛이 전기로 변화되는 효율)이 상대적으로 높기는 하지만 광량이 적을 때, 즉 태양 광량이 없는 밤이나 구름이 많고 흐린 날 또는 광량이 적을 때는 태양전지의 기능이 현저하게 떨어지기 때문에 조명장치가 제기능을 할 수 없어서 외부전원을 공급해 주어야 하고, 조명장치의 구조가 복잡하고 제조 단가도 높다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 디자인형 울타리의 기둥 상단에 염료감응형 솔라셀(DSSC)을 장착한 조명등을 설치함으로써, 구름이 많고 날씨가 흐려서 광량이 적을 때에도 충분히 기능을 발휘할 수 있고 제조 단가도 저렴하며 조명등의 외관이 콤팩트하고 미려한 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위하여 디자인형 울타리의 기둥 상단에 설치되는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등은, 상부가 개방된 육면체 형상으로, 내부에 PCB기판, LED, 배터리 및 광센서가 설치되는 본체; 태양광을 받아 전기를 생산하는 염료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell); 하부가 개방된 육면체 형상이고, 상기 본체의 측벽의 외면에 끼워지는 투명캡(clear cap); 상기 투명캡의 외면에 끼워지며, 빛을 발산하기 위하여 상면에 상부발산공이 형성되고, 측면에 측면발산공이 형성되어 있는 커버를 구비하는 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 염료감응형 솔라셀은 투명캡의 상면 하부에 접하여 설치되고, 커버는 알루미늄 재질이며 측면 하단에는 체결수단을 체결하여 기둥에 결합시키기 위한 체결공이 형성되어 있으며, 본체의 내부에는 조명등을 수동으로 on/off 시킬 수 있는 스위치가 설치되어 있다.

상기와 같은 구성적 특징을 갖는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등은, 염료감응형 솔라셀을 사용했기 때문에 전지의 가격이 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 20~30% 정도이며, 안정성이 매우 높아 10년 이상 사용해도 초기 효율이 거의 유지되며, 실리콘 태양전지와 비교했을 때 광량의 영향을 훨씬 적게 받기 때문에 비가 오거나 구름이 많고 날씨가 흐려서 광량이 적을 때 매우 유리하다. 또한 염료감응형 태양전지는 투명하거나 다양한 색상으로 구현 가능하고 투명캡에 필름 형태로 부착시킬 수 있어서 조명등 자체가 콤팩트하고 외관이 미려하여 다양한 디자인을 연출할 수 있다.

도 1은 종래의 옥외 조명등을 도시한 도면이다.
도 2는 디자인형 울타리의 기둥 상단에 본 발명에 따른 옥외 조명등을 설치한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 옥외 조명등의 분해도이다.
도 4는 본 발명에 따른 옥외 조명등의 조립도이다.

본 발명에 따른 옥외 조명등은 외부 전원을 사용하지 않고 태양 빛을 전기로 전환하는 태양전지를 사용한 것인데, 태양전지로 기존의 실리콘계 태양전지를 사용하지 않고 염료감응형 솔라셀을 사용한 것을 특징으로 하며, 조명등(20)은 기둥(10) 상단에 일체로 체결되는 육면체 형상인데, 내부에 각종 구성요소가 설치되는 본체(21), 빛을 전기로 전환하는 염료감응형 솔라셀(22), 빛을 발산하는 투명캡(23)과 커버(24)를 기본적인 구성으로 구비한다.

본체(21)는 투명 또는 반투명한 재질로 만들어진 상부가 개방된 육면체 형상으로, 육면체 형상의 내부에 PCB기판(21a)과 LED(21b) 및 배터리(21c)가 기본적인 구성으로 배치된다. 본체(21)의 형상은 반드시 육면체 형상으로 한정되지는 않고, 기둥(10)의 상단에 설치되기 때문에 기둥(10)의 단면 형상에 따라 본체(21)의 형상도 얼마든지 변경할 수 있으며, 본체(21)의 내부에는 수동으로 on/off시킬 수 있는 스위치(21d)를 더 설치해 둠으로써 인위적으로 스위치(21d)를 조작하여 조명등(20)을 off시킬 수도 있다.

염료감응형 솔라셀(22)에서 생성된 전기는 PCB기판(21a)에 배치된 축전회로를 거쳐 배터리(21c)에 충전되고, 태양광에 의한 광에너지를 받을 수 없거나 태양광에 의한 전기 생산량이 일정 이하로 떨어질 경우 자동으로 PCB기판(21a)에 배치된 점등회로가 작동하여 배터리(21c)에 충전된 전기에너지를 방전시켜 LED(21b)가 빛을 발하면서 조명등(20)이 점등되게 된다.

염료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell, 22)은 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 태양전지인데, 염료감응형 태양전지는 투명 전극과 금속 전극 사이에 염료가 흡착된 산화티타늄(TiO₂)과 같은 무기 산화물층에 전해질을 삽입하여 광전기화학 반응을 이용하는 태양전지로, 환경적으로 무해한 물질/재료를 사용하기 때문에 환경친화적이고, 기존의 비정질 실리콘 계열의 태양전지에 버금가는 10% 정도의 높은 광전변화효율을 갖고 있으며, 제조단가는 실리콘 태양전지의 20~30% 정도에 불과하다는 장점이 있다. 본 발명은 염료감응형 솔라셀 자체가 발명의 대상이 아니고 공지되어 있는 염료감응형 솔라셀을 사용하므로 염료감응형 솔라셀에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

기존의 실리콘 태양전지는 불투명하기 때문에 지붕이나 옥상 등에 밖에 사용할 수 없었고 조명등에 사용할 경우에는 태양전지를 조명등의 상면에 부착해야 하기 때문에 조명등의 상부로는 조명 빛을 발산할 수 없고 측면으로만 빛을 발산할 수 있었으나, 본 발명에서 사용하는 염료감응형 솔라셀은 투명하기 때문에 조명등 내부인 투명캡(23) 하부에 설치되고, 또한 염료감응형 솔라셀을 여러 가지 칼라로 연출할 수 있으며 투명하기 때문에 염료감응형 솔라셀이 부착된 투명캡의 측면뿐만 아니라 상부를 통해서도 조명 빛을 발산하게 되므로 조명등이 훨씬 밝고 조명에 의한 분위기도 아름답다.

투명캡(clear cap, 23)은 하부가 개방된 육면체 형상(물론 본체의 형상에 따라 그 형상은 변경됨)이고, 본체(21) 측벽의 외면에 끼워지는 구성으로, 본체(21) 내부에 배치된 LED(21b)에서 발광한 빛이 투명캡(23)을 통해서 발산되게 되며, 투명캡(23)은 투명 또는 반투명의 수지와 같은 재질로 제작되며 색상을 가미하여 조명 빛을 다양한 색상으로 연출할 수도 있다.

커버(24)는 알루미늄과 같은 가벼운 금속 재질로 제작되어 투명캡(23)의 외면에 끼워지는 구성으로, 빛을 발산하기 위하여 상면에는 가장자리의 테두리를 제외한 부분에 사각 형상의 상부발산공(24a)이 형성되고, 측면에는 측면발산공(24b)이 형성되어 있다(도 3 참조). 상부발산공(24a)이나 측면발산공(24b)은 빛을 발산하기 위한 구멍으로 다양한 형상으로 형성되는데, 발산공이 넓을수록 빛이 발산되는 부분이 많아지기 때문에 디자인 등을 고려하여 되도록 이면 넓게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 커버(24)는 알루미늄의 외면에 색상을 가미하여 다양한 디자인을 연출할 수도 있고, 커버(24)의 측면 하단에는 볼트와 같은 체결수단을 체결하여 기둥(10)에 조명등(20)을 결합시키기 위한 체결공이 형성되어 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 기둥
20 : 조명등 21 : 본체
21a : PCB기판 21b : LED
21c : 배터리 21d : 스위치
22 : 염료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell)
23 : 투명캡(clear cap) 24 : 커버
24a : 상부발산공 24b : 측면발산공

Claims (4)

1. 디자인형 울타리의 기둥 상단에 설치되는 옥외 조명등에 있어서,
   상기 조명등은,
   상부가 개방된 육면체 형상으로, 내부에 PCB기판, LED, 배터리가 설치되는 본체;
   태양광을 받아 전기를 생산하는 염료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell);
   하부가 개방된 육면체 형상이고, 상기 본체의 측벽 외면에 끼워지는 투명캡(clear cap);
   상기 투명캡의 외면에 끼워지며, 빛을 발산하기 위하여 상면에는 상부발산공이 형성되고, 측면에는 측면발산공이 형성되어 있는 커버;
   를 구비하여 구성되고, 상기 커버는 알루미늄 재질이고, 측면 하단에는 체결수단을 체결하기 위한 체결공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 염료감응형 솔라셀은, 상기 투명캡의 상면 하부에 접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 본체의 내부에는 조명등을 수동으로 on/off 시킬 수 있는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 이용한 옥외 조명등.

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