KR101412457B1 - 태양광 조명 장치 - Google Patents

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KR101412457B1
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Abstract

솔라셀에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 사용 시간 및 수명을 향상시킬 수 있는 태양광 조명 장치가 개시된다. 상기 태양광 조명 장치는, 태양광으로부터 전기 에너지를 생성하는 솔라셀; 상기 솔라셀에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 복수의 에너지 저장 모듈; 상기 복수의 에너지 저장 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 점등되는 광원부; 및 상기 복수의 에너지 저장 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 제어 회로부를 포함하며, 상기 복수의 에너지 저장 모듈 각각은 울트라 캐패시터 및 2차 전지를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 복수의 에너지 저장 모듈을 사전 설정된 주기마다 하나씩 번갈아 충전 또는 방전시킨다.

Description

태양광 조명 장치{LIGHTING APPARATUS USING SOLAR MODULE}
본 발명은 태양광 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔라셀에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 사용 시간 및 수명을 향상시킬 수 있는 태양광 조명 장치에 관한 것이다.
별도의 외부전원을 구비하지 않고 태양광을 이용하여 생성된 에너지만을 이용하여 점등되는 태양광 조명 장치에 사용되는 에너지 저장 장치는 제품의 특성 상 유지 보수가 어렵기 때문에 최초 설치된 에너지 저장 장치의 수명을 가능한 오래 가져가야 하는 특성을 갖는다.
일반적으로 태양광 조명 장치에 사용되는 에너지 저장 장치는 2차 전지 또는 고용량 캐패시터(울트라 캐패시터)를 단독 사용하거나 2차 전지와 고용량 캐패시터를 함께 사용하고 있다.
그러나, 2차 전지는 충방전이 반복될수록 충전량이 감소되어 반드시 유지 보수가 필요하고, 고용량 캐패시터는 저장할 수 있는 에너지 용량에 한계가 있다. 또한, 태양광 조명 장치는 부조일(에너지 충전없이 점등할 수 있는 에너지량을 사용일수로 환산한 것)을 대비한 에너지 저장을 고려하여야 하는 특이점 등이 있다.
따라서, 태양광 조명 장치 분야에서는 에너지 저장 장치에 저장되는 한정된 저장 에너지 용량 내에서 가능한 밝게 광원(예를 들어, LED)을 점등하기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
예를 들어, 수명 특성이 좋은 고용량 캐패시터의 수량을 필요한 에너지 용량에 맞춰 다수개 사용하는 방법을 고려할 수 있으나, 제품의 생산 원가가 급격하게 증가하게 되는 문제가 발생한다. 또한, 부조일을 대비하여야 하므로 2차 전지를 사용하지 않을 수 없다.
본 발명은, 다양한 종류의 에너지 저장 장치의 특성을 고려하여 별도의 유지 보수 없이도 에너지 저장 장치의 수명을 최대화할 수 있는 태양광 조명 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
태양광으로부터 전기 에너지를 생성하는 솔라셀;
상기 솔라셀에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 복수의 에너지 저장 모듈;
상기 복수의 에너지 저장 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 점등되는 광원부; 및
상기 복수의 에너지 저장 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 제어 회로부를 포함하며,
상기 복수의 에너지 저장 모듈 각각은 울트라 캐패시터 및 2차 전지를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 복수의 에너지 저장 모듈을 사전 설정된 주기마다 하나씩 번갈아 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 하는 태양광 조명 장치를 제공한다
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어 회로부는, 사전 설정된 일 주기에 서로 다른 에너지 저장 모듈에서 각각 충전 및 방전이 이루어지도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어 회로부는, 사전 설정된 일 주기에서 방전하는 에너지 저장 모듈을 출력을 감시하며, 방전하는 에너지 저장 모듈의 출력에 이상이 발생하는 경우, 이상이 발생한 에너지 저장 모듈의 방전을 중단시키고 다른 에너지 저장 모듈에서 방전이 이루어지도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어 회로부는, 상기 복수의 에너지 저장 모듈에 포함된 상기 2차 전지의 상태를 감시하고, 상기 2차 전지의 수명을 판단하는 2차 전지 감시부; 및 상기 2차 전지 감시부에서 상기 2차 전지의 수명이 종료된 것으로 판단한 경우 상기 복수의 에너지 저장 모듈에 포함된 상기 울트라 캐패시터들을 상호 병렬 연결하는 스위치부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제어 회로부는, 상기 2차 전지 감시부에서 상기 2차 전지의 수명이 종료된 것으로 판단한 경우, 상기 스위치부에 의해 병렬 연결된 울트라 캐패시터가 충전 및 방전되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 주변 밝기를 검출하는 조도 센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어 회로부는 상기 조도 센서에서 검출된 밝기 값에 따라 상기 복수의 에너지 저장 모듈의 방전 시점을 판단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 에너지 저장 모듈을 적용하여 사전 설정된 주기에 따라 번갈아 동작되게 함으로써, 하나의 에너지 저장 모듈 내의 2차 전지 충방전 주기를 에너지 저장 모듈의 개수 만큼 더 길게 연장할 수 있어 2차 전지의 수명을 현저하게 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 주기에 따라 번갈아 방전하는 에너지 저장 모듈을 감시하고 그 출력에 문제가 발생하는 경우 즉시 다른 에너지 저장 모듈에 의해 방전이 이루어지게 함으로써 조명을 지속적으로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 에너지 저장 모듈 내 2차 전지의 용량이 초기 최대 충전 용량의 70 내지 80%의 수준으로 감소되어 원하는 시간동안 정상적으로 동작하지 못하는 경우에도 복수의 에너지 저장 모듈 내 울트라 캐패시터의 병렬연결을 형성하고 울트라 캐패시터를 이용한 충방전 동작이 이루어지게 함으로써 태양광 조명 장치의 수명을 더욱 연장하면서도 비교적 충분한 충방전량을 보장하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 충전 동작을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 방전 동작을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 2차 전지 고장 시 동작을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치는, 솔라셀(11), 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b), 제어 회로부(13), 광원부(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
솔라셀(11)은 태양광을 수광하여 수광된 태양광량에 대응되는 전기 에너지를 생성하는 요소이다. 솔라셀(11)은 PN 접합면을 갖는 반도체 소자로서 구현될 수 있다. 솔라셀(11)에서, PN 접합면을 가지는 반도체 접합 영역에 금지대폭보다 큰 에너지의 빛이 조사되면 전자와 정공이 발생하여 접합영역에 형성된 내부전장이 전자는 N형 반도체로, 정공은 P형 반도체로 이동시켜 기전력이 발생한다. 이에 따라 N형 반도체, P형 반도체 각각 부착된 전극이 부전극과 정전극이 되어 솔라셀(11)에서 직류전류를 취하는 것이 가능해진다. 솔라셀(11)을 구성하는 반도체의 재료로서는 실리콘뿐만이 아니라 갈륨비소, 카드뮴텔루르, 황화카드뮴, 인듐인 또는 이 재료들 사이의 복합체를 사용하고 있으나, 일반적으로 실리콘이 주로 사용된다.
복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 각각은 솔라셀(11)에서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b)은 제어 회로부(13)의 제어에 따라 솔라셀(11)에서 생성된 전기 에너지를 제공받아 충전됨으로써 에너지를 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 각각은 하나의 울트라 캐패시터(121a, 121b)와 하나의 2차 전지(122a, 122b)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1은 두 개의 에너지 저장 모듈(12a, 12b)을 포함하는 일례를 도시하고 있으나, 당 기술 분야에서 통상의 기술자는 본 명세서에서 이루어진 설명을 통해 본 발명의 기술적 특징을 세 개 이상의 에너지 저장 모듈에 용이하게 적용할 수 있다는 점은 자명한 것이다.
제어 회로부(13)는 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 충전 및 방전을 제어하기 위한 각종 전기 회로와 마이콤 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제어 회로부(13)는 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 각각의 충전 및 방전 주기를 적절하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(13)는 하루씩 번갈아 가며 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 충전 및 방전이 이루어지도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어 회로부(13)는 특정일의 주간에 제1 에너지 저장 모듈(12a)의 충전이 이루어지게 하고 그 날의 야간에 제1 에너지 저장 모듈(12a)의 방전을 통해 광원부(14)를 점등시키면, 그 다음 날 주간에는 제2 에너지 저장 모듈(12b)의 충전이 이루어지게 하고 야간에는 제2 에너지 저장 모듈(12b)의 방전을 통해 광원부(14)가 점등되게 할 수 있다.
다른 예로서, 제어 회로부(13)는 일자별 충방전 대상을 다르게 설정할 수도 있다. 제어 회로부(13) 특정일의 주간에 제1 에너지 저장 모듈(12a)의 충전이 이루어지게 하고 그 날의 야간에는 제2 에너지 저장 모듈(12b)의 방전을 통해 광원부(14)를 점등시키며, 그 다음 날 주간에는 제2 에너지 저장 모듈(12b)의 충전이 이루어지게 하고 야간에는 그 전날 충전된 제1 에너지 저장 모듈(12a)의 방전을 통해 광원부(14)를 점등되게 할 수 있다.
한편, 제어 회로부(13)는 솔라셀(11)에서 출력되는 전압의 크기에 따라 충전 및 방전을 판단할 수 있다. 즉, 주간에 주변 조도가 일정 수준 이상이 되어 솔라셀(11)에서 출력되는 전압이 사전 설정된 레벨 이상이 되면 충전을 시작하고, 야간에 주변 조도가 일정 수준 이하가 되어 솔라셀(11)에서 출력되는 전압이 사전 설정된 레벨 이하가 되면 방전이 시작되게 할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 본 발명의 일 실시형태는 주변 조도를 판단하기 위한 별도의 조도 센서를 구비할 수도 있다. 조도 센서가 구비되는 경우, 조도 센서에서 출력되는 조도값이 사전 설정된 레벨 이하인 경우 방전이 이루어지게 할 수 있으며, 솔라셀(11)에서 출력되는 전압이 에너지 저장 모듈(12a, 12b)을 충전하기에 충분하지 않는 경우에도 조도 센서에서 출력되는 조도값이 사전 설정된 레벨 이상이 되는 경우에는 방전을 중단할 수도 있다.
광원부(14)는 에너지 저장 모듈(12a, 12b)에 저장된 전기 에너지를 제공받아 빛을 생성하는 요소로서 다양한 종류의 램프들이 채용될 수 있다. 바람직하게, 상대적으로 저전력 구동이 가능한 LED로 광원부(14)가 구현될 수 있다.
이하, 전술한 것과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 동작 및 작용 효과를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 충전 동작을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 제어 회로부(13) 내에 구비된 충전 제어 회로부(131)는 솔라셀(11)에서 출력되는 전압을 감지하고 솔라셀(11)에서 출력되는 전압이 충전이 가능한 레벨 이상인 경우 솔라셀(11)에서 출력되는 전압을 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 충전을 위한 일정한 전압의 크기로 변환하여 에너지 저장 모듈(12a, 12b)로 제공한다.
충전 제어 회로부(131)는 에너지 저장 모듈(12a, 12b)에 마련된 충전 단자(미도시)를 통해 솔라셀(11)에서 생산된 전기 에너지를 일정한 전압으로 에너지 저장 모듈(12a, 12b)로 제공하며, 에너지 저장 모듈(12a, 12b)은 충전 제어 회로부(131)에서 제공되는 일정 전압의 전기 에너지를 울트라 캐패시터(121a, 121b) 및 2차 전지(122a, 122b)에 저장한다. 예를 들어, 충전 동작시 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 울트라 캐패시터(121a, 121b)가 먼저 충전되고, 그에 직렬연결된 2차 전지(122a, 122b)가 울트라 캐패시터(121a, 121b)의 충전이 완료된 후 충전될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 충전 제어 회로부(131)는 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b)을 각각 사전 설정된 주기에 따라 번갈아 충전할 수 있다. 즉, 특정일에 충전 제어 회로부(131)는 제1 에너지 저장 모듈(12a)을 충전하고 제2 에너지 저장 모듈(12b)는 충전하지 않으며, 그 다음 날에 제2 에너지 저장 모듈(12b)를 충전하고 제1 에너지 저장 모듈(12a)은 충전하지 않는 형태로 충전을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 방전 동작을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 제어 회로부(13) 내에 구비된 방전 제어 회로부(132)는 솔라셀(11)에서 출력되는 전압을 감지하고 솔라셀(11)에서 출력되는 전압이 사전 설정된 레벨 이상인 경우 광원부(14)의 점등이 필요한 것으로 판단하여 에너지 저장 모듈(12a, 12b)에 저장된 전기 에너지를 방전되게 하여 광원부(14)로 전기 에너지가 제공되게 제어할 수 있다.
한편, 주변 밝기를 검출하기 위한 별도의 조도 센서 등이 구비되는 경우, 방전 제어 회로부(132)는 조도 센서에서 출력되는 조도값이 사전 설정된 레벨 이하인 경우 광원부(14)의 점등이 필요한 것으로 판단하여 에너지 저장 모듈(12a, 12b)에 저장된 전기 에너지를 방전되게 하여 광원부(14)로 전기 에너지가 제공되게 제어할 수 있다.
방전 제어 회로부(132)는 에너지 저장 모듈(12a, 12b)에 마련된 방전 단자(미도시)를 통해 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 내에 저장된 전기 에너지를 일정한 전압으로 변환하여 광원부(14)로 제공할 수 있다. 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 내에 구비된 울트라 캐패시터(121a, 121b)는 2차 전지(122a, 122b)에 비해 전기 에너지 저장량이 상대적으로 적고 충방전에 의한 수명 감소현상이 거의 없으므로, 방전 제어 회로부(132)는 울트라 캐패시터(121a, 121b)를 먼저 방전시킨 후 울트라 캐패시터(121a, 121b)의 방전이 완료된 후 2차 전지(122a, 122b)의 방전이 이루어질 수 있도록 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서, 방전 제어 회로부(132)는 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b)을 각각 사전 설정된 주기에 따라 번갈아 방전되게 할 수 있다. 즉, 특정일에 방전 제어 회로부(132)는 제1 에너지 저장 모듈(12a)에 의해 방전이 이루어지게 하고 제2 에너지 저장 모듈(12b)은 방전이 이루어지지 않게 제어하며, 그 다음 날에 제2 에너지 저장 모듈(12b)에 의해 방전이 이루어지게 제어하고 제1 에너지 저장 모듈(12a)은 방전이 이루어지지 않게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에서, 방전 제어 회로부(132)는 각 에너지 저장 모듈(12a, 12b)에서 방전이 이루어지는 경우 방전되는 전기 에너지의 전압, 전류를 모니터링 할 수 있다. 방전 제어 회로부(132)가 에너지 저장 모듈(12a, 12b)을 주기에 따라 선택적으로 번갈아 방전 동작이 이루어지도록 제어하던 중 방전 중인 하나의 에너지 저장 모듈에서 방전되는 전압 및 전류에 이상이 발생하면, 방전 제어 회로부(132)는 방전이 이루어지지 않는 다른 에너지 저장 모듈에서 방전이 이루어지도록 방전 동작을 절환하고, 이상이 발생한 에너지 저장 모듈의 방전은 종료시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 2차 전지 고장 시 동작을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 조명 장치의 제어 회로부는 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 내의 2차 전지(122a, 122b)의 상태를 감시하는 2차 전지 감시부(133)와 2차 전지 감시부(133)의 감시 결과에 따라 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 내 울트라 캐패시터(121a, 121b) 사이의 병렬 연결을 형성하는 스위치부(134)를 포함할 수 있다.
2차 전지 감시부(133)는 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 내의 2차 전지(122a, 122b)의 상태를 감시한다. 예를 들어, 2차 전지 감시부(133)는 2차 전지(122a, 122b)의 수명을 판단할 수 있는 다양한 정보를 감시할 수 있다. 2차 전지 감시부(133)는 2차 전지(122a, 122b)의 최대 출력 전압, 최대 출력 전류, 충방전 회수, 2차 전지 사용시간 등을 감시할 수 있다. 2차 전지 감시부(133)는 이러한 2차 전지 수명에 관련된 파라미터들을 감시하여 2차 전지(122a, 122b)가 더 이상 필요한 전기 에너지를 충방전 할 수 없는 것으로 판단한 경우, 경고 신호를 출력할 수 있다.
2차 전지 감시부(133)에 의해 출력되는 경고 신호는 제어 회로부(13) 내의 충전/방전 제어 회로부(131, 132) 및 스위치부(134)에 제공된다. 스위치부(134)는 복수의 에너지 저장 모듈(12a, 12b) 내의 울트라 캐패시터(121a, 121b) 사이의 병렬 연결을 형성하도록 마련된 것으로, 2차 전지가 더 이상 정상 동작이 불가능한 경우, 스위치부(134)가 작동하여 울트라 캐패시터(121a, 121b) 사이의 병렬 연결을 형성한다.
이어, 충전/방전 제어 회로부(131, 132)는 각 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 선택적인 충방전 동작을 종료하고, 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 구분 없이 병렬 연결이 이루어진 울트라 캐패시터(121a, 121b)만 이용하여 충방전 동작이 이루어지게 한다.
한편, 도시하지는 않았지만, 도 4의 실시형태에서, 2차 전지 감시부(133)를 생략한 변형된 실시형태가 고려될 수 있다. 도 4의 실시형태에서, 2차 전지 감시부(133)는 2차 전지(122a, 122b)의 상태를 감시하기 위해 별도의 전력을 소모하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 도 4의 실시형태를 변형한 실시형태에서는 2차 전지 감시부(133)를 생략하고, 충전/방전 제어 회로부(131, 132)가 2차 전지(122a, 122b)의 충방전 용량 감소 추이를 미리 고려하여 제조일이나 사용 개시일로부터 사전 설정된 기간(예를 들어, 약 7년)이 경과하면 스위치부(134)를 단락 상태로 작동시켜 울트라 캐패시터(121a, 121b) 사이의 병렬 연결을 형성하게 할 수 있다. 울트라 캐패시터(121a, 121b) 사이의 병렬 연결을 형성한 이후에는, 에너지 저장 모듈(12a, 12b)의 구분 없이 병렬 연결이 이루어진 울트라 캐패시터(121a, 121b)만 이용하여 충방전 동작이 이루어지게 한다.
예를 들어, 440 F 용량의 울트라 캐패시터와 1200mAh 용량의 LiFePO4 이차전지로 이루어진 에너지 저장 모듈을 사용하고 에너지 저장 모듈에 연결되는 광원(LED)의 소비전력이 시간당 20mA 인 경우, 울트라 캐패시터는 약 7.8 시간 동안 전원을 제공할 수 있으므로 약 13시간 이상 광원이 구동되어야 하는 동절기에는 매일 이차 전지의 에너지를 사용하야 한다. 본 발명의 경우 복수의 에너지 저장 모듈을 마련하고 각 에너지 저장 모듈의 이차 전지를 날짜에 따라 번갈아 충전/방전을 진행하게 함으로써 에너지 저장 모듈의 수명을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 시간이 경과하여 복수의 에너지 저장 모듈 각각에 포함된 이차전지의 용량이 감소하여 수명이 다하는 경우 각 에너지 저장 모듈의 울트라 캐패시터가 병렬로 연결되어 충전/방전하도록 제어할 수 있다. 두 개의 에너지 저장 모듈을 채용한 경우에 각 에너지 저장 모듈 내 울트라 캐패시터가 상호 병렬연결되는 경우, 발광되는 광원(LED)의 소비전력이 20mAh를 초과하더라도 약 15시간 이상의 방전을 부담하게 되어 조명장치는 반영구적으로 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 태양광 조명 장치에 적용되는 복수의 에너지 저장 모듈은 울트라 캐패시터의 장수명 특성과 이차전지의 고용량 특성을 결합한 것으로 태양광 조명 장치와 같이 유지 보수가 어렵거나 곤란한 용도에 최적화된 것이다.
본 발명의 발명자는 다음과 같이 본 발명에 따른 태양광 조명장치의 에너지 저장 모듈을 구성한 실시예와 비교예로서 종래의 에너지 저장 모듈을 갖는 태양광 조명장치를 구성하여 상호 비교하였다.
실시예
본 발명의 발명자는, 본 발명의 실시예로서, (주)코원시스템의 약 4V, 2.5W의 실리콘 단결정 태양전지와 (주)LS엠트론의 2.3V, 220F 울트라 캐패시터 2개와 1200mAh LiFePO4 이차전지를 각각 포함하는 두 개의 에너지 저장 모듈을 갖는 태양광 조명장치를 구현하였다. 충전 제어 회로부에 의해 울트라 캐패시터의 충전전압은 2.3V로 설정되었고, LiFePO4 이차전지의 충전 전압은 3.2V로 설정되었다.
비교예 1
본 발명의 발명자는 제1 비교예로서 (주)코원시스템의 약 4V, 2.5W의 실리콘 단결정 태양전지와 (주)LS엠트론의 2.3V, 220F 울트라 캐패시터 2개를 병렬연결 시킨 태양광 조명장치를 구현하였다.
비교예 2
본 발명의 발명자는 제2 비교예로서 (주)코원시스템의 약 4V, 2.5W의 실리콘 단결정 태양전지와 (주)LS엠트론의 2.3V, 220F 울트라 캐패시터 3개를 병렬연결 시킨 태양광 조명장치를 구현하였다.
상기 실시예와 제1 및 제2 비교예에 대해 소비전력 20mA로 방전 테스트를 실시한 결과 다음 표 1과 같은 결과를 얻었다.
구분 LED 발광시간
실시예 64.8 시간
비교예 1 7.8 시간
비교예 2 11.7 시간
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 소비전력 20mAh로 방전시 울트라 캐패시터만 채용한 제1 비교예 및 제2 비교예는 모두 12시간 이하의 방전시간을 나타내었다. 따라서, 울트라 캐패시터만으로 일상적인 사용을 위한 구성을 위해서는 4 개 이상 병렬 연결된 울트라 캐패시터가 요구된다.
이에 반해, 본 발명은 울트라 캐패시터의 사용을 최소화하며, 수명 특성과 안전성이 우수한 LiFePO4 이차전지를 결합한 에너지 저장 모듈을 복수개 채용함으로써 유지 보수의 필요성을 제거하였으며, 에너지 저장장치의 수명 특성 향상을 달성할 수 있다. 또한, 하나의 에너지 저장 모듈의 제어 문제 또는 울트라 캐패시터나 이차전지 자체의 문제로 충전/방전이 중지되더라도 나머지 에너지 저장 모듈을 통해 전원을 공급하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 복수의 에너지 저장 모듈을 사전 설정된 주기에 따라 번갈아 동작되게 함으로써, 하나의 에너지 저장 모듈 내의 2차 전지 충방전 주기를 에너지 저장 모듈의 개수 만큼 더 길게 연장할 수 있어 2차 전지의 수명을 현저하게 연장할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는 주기에 따라 번갈아 방전하는 에너지 저장 모듈을 감시하고 그 출력에 문제가 발생하는 경우 즉시 다른 에너지 저장 모듈에 의해 방전이 이루어지게 함으로써 조명을 지속적으로 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는 에너지 저장 모듈 내 2차 전지의 용량이 초기 최대 충전 용량의 70 내지 80%의 수준으로 감소되어 원하는 시간동안 정상적으로 동작하지 못하는 경우에도 복수의 에너지 저장 모듈 내 울트라 캐패시터의 병렬연결을 형성하고 울트라 캐패시터를 이용한 충방전 동작이 이루어지게 함으로써 태양광 조명 장치의 수명을 더욱 연장하면서도 비교적 충분한 충방전량을 보장할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 솔라셀 12a, 12b: 에너지 저장 모듈
121a, 121b: 울트라 캐패시터 122a, 122b: 2차 전지
13: 제어 회로부 131: 충전 제어 회로부
132: 방전 제어 회로부 133: 2차 전지 감시부
134: 스위치부 14: 광원부

Claims (6)

  1. 태양광으로부터 전기 에너지를 생성하는 솔라셀;
    상기 솔라셀에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 복수의 에너지 저장 모듈;
    상기 복수의 에너지 저장 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 점등되는 광원부; 및
    상기 복수의 에너지 저장 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 제어 회로부를 포함하며,
    상기 복수의 에너지 저장 모듈 각각은 울트라 캐패시터 및 2차 전지를 포함하고,
    상기 제어 회로부는 상기 복수의 에너지 저장 모듈을 사전 설정된 주기마다 하나씩 번갈아 충전 또는 방전시키며,
    상기 제어 회로부는, 상기 복수의 에너지 저장 모듈에 포함된 상기 2차 전지의 상태를 감시하고, 상기 2차 전지의 수명을 판단하는 2차 전지 감시부; 및 상기 2차 전지 감시부에서 상기 2차 전지의 수명이 종료된 것으로 판단한 경우 상기 복수의 에너지 저장 모듈에 포함된 상기 울트라 캐패시터들을 상호 병렬 연결하는 스위치부를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 2차 전지 감시부에서 상기 2차 전지의 수명이 종료된 것으로 판단한 경우 상기 2차 전지의 충전 및 방전 제어를 종료하고 상기 스위치부에 의해 병렬 연결된 울트라 캐패시터가 충전 및 방전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    사전 설정된 일 주기에 서로 다른 에너지 저장 모듈에서 각각 충전 및 방전이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    사전 설정된 일 주기에서 방전하는 에너지 저장 모듈을 출력을 감시하며, 방전하는 에너지 저장 모듈의 출력에 이상이 발생하는 경우, 이상이 발생한 에너지 저장 모듈의 방전을 중단시키고 다른 에너지 저장 모듈에서 방전이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 조명 장치.
  4. 삭제
  5. 태양광으로부터 전기 에너지를 생성하는 솔라셀;
    상기 솔라셀에서 생성된 전기 에너지를 저장하는 복수의 에너지 저장 모듈;
    상기 복수의 에너지 저장 모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 점등되는 광원부; 및
    상기 복수의 에너지 저장 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 제어 회로부를 포함하며,
    상기 복수의 에너지 저장 모듈 각각은 울트라 캐패시터 및 2차 전지를 포함하고,
    상기 제어 회로부는 상기 복수의 에너지 저장 모듈을 사전 설정된 주기마다 하나씩 번갈아 충전 또는 방전시키며,
    상기 제어 회로부는 상기 복수의 에너지 저장 모듈에 포함된 상기 울트라 캐패시터들을 상호 병렬 연결하는 스위치부를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 2차 전지의 제조일 또는 사용 개시일로부터 사전 설정된 기간이 경과하면 상기 스위치부를 단락 상태로 작동시켜 상기 울트라 캐패시터 사이의 병렬 연결을 형성함으로써 상기 2차 전지의 충전 및 방전 제어를 종료하고 상기 스위치부에 의해 병렬 연결된 울트라 캐패시터가 충전 및 방전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 조명 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    주변 밝기를 검출하는 조도 센서를 더 포함하며,
    상기 제어 회로부는 상기 조도 센서에서 검출된 밝기 값에 따라 상기 복수의 에너지 저장 모듈의 방전 시점을 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 조명 장치.
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CN104768308A (zh) * 2015-04-23 2015-07-08 南通理工学院 一种用于公共洗手间的安全型光伏智能照明系统
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