KR101599002B1 - 태양광 가로등 - Google Patents

Abstract

태양 위치에 의한 영향을 최소화하여 집광효율을 향상시킨 태양광 가로등이 개시된다. 상기 태양광 가로등은, 일단이 지면에 고정 설치되어 높이방향으로 연장하는 지주; 상기 지주의 외측 둘레면을 따라 부착되고 다수의 솔라셀을 구비하여 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지유닛; 상기 태양전지유닛을 보호하도록 감싸 설치되는 투명 재질의 커버; 및 상기 지주에 고정되고 상기 태양전지유닛과 상기 커버의 양단을 고정하는 조인트를 포함하며, 상기 커버의 내주면을 따라 상기 높이방향으로 연장하는 다수의 렌즈부가 연접하여 설치된다.

Description

태양광 가로등{Street lamp using photovoltaic cell}

본 발명은 태양광 가로등에 관한 것으로, 특히 태양 위치에 의한 영향을 최소화하여 집광효율을 향상시킨 기술에 관련한다.

일반적으로, 가로등은 야간이나 날씨가 흐린 날에 거리의 조명이나 차량의 안전한 주행, 보행자의 시야확보 등을 위하여 도로나 보도의 가장자리에 일렬로 설치되고 케이블을 연결하여 전력을 공급받도록 되어 있는데, 가로등이 설치되는 장소와 전력공급 설비와의 거리에 따라 전력공급에 어려움이 있는데다가 케이블이 단락될 경우에도 전력공급에 차질이 생길 우려가 있었다.

이런 추세에 맞추어 최근에는 태양에너지를 가로등에 적용하는, 즉, 기존의 가로등에 태양광 집광판을 설치하여 일조량이 많은 주간에는 태양광을 전기 에너지로 변환하여 축전하고 야간이나 흐린 날에는 축전된 전기를 이용하여 램프를 점등시키는 태양광 가로등이 사용되고 있다.

이러한 태양광 가로등은 무공해이고 무한한 태양에너지를 이용함에 따라 에너지 절약을 도모할 수 있을 뿐 아니라 전력공급이 어려운 산악지역이나 해안가, 시골과 같은 외진 곳에도 설치하기가 용이하며, 또한 별도의 선로 매설작업이 필요 없고 유지비가 거의 들지 않는다는 등의 이유로 사용이 계속적으로 증가하고 있다.

그런데, 태양의 위치는 계절에 따라 주기적으로 변하는 것에 반하여 종래의 태양광 가로등은 평판형인 집광판이 한쪽 방향으로만 고정되어 있어 집광율이 떨어진다는 단점이 있어 이를 해결하기 위하여 국내 특허출원 제2007-0033054호의 "계절별로 각도변환이 가능한 자가발전용 태양전지판이 구비된 가로등", 국내 실용신안등록 제421799호의 "발광다이오드 및 태양광을 이용한 가로등 기구" 등과 같은 선행기술들이 공지되어 있다.

이들에 의하면, 집광판을 경사조절판에 회동가능하게 고정하여 계절별로 최대의 태양광을 조사받을 수 있도록 각도를 변경시키거나, 집광판에 태양의 위치를 추적하는 태양광 추적센서부와 추적된 태양의 위치에 따라 집광판을 움직이는 회전기어부에 의해 태양의 위치를 추적하여 집광판을 이동하도록 하고 있다.

그러나 이러한 선행기술들은 집광판의 각도를 조절하고 태양의 위치를 추적하기 위하여 별도의 조절판과 센서부를 설치해야 하므로 설비가 복잡할 뿐 아니라 이를 위한 에너지 소비가 필요하고 비용도 추가로 소요되며, 만일 센서부가 고장날 경우에는 태양의 위치추적이 불가능하거나 정확하지 않을 뿐 아니라 집광판이 대부분 평판형상으로 이루어져 형태가 극히 제한적인데다가 이로 인해 집광에도 한계가 있으며, 만일 집광판을 크게 할 경우에는 바람에 의해 영향을 받는 등의 문제점이 남아 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 국내 등록특허 제1362447호는, 태양광을 전기 에너지로 변환하여 축전지에 저장하고 야간에 램프부를 점등하는 태양광 가로등에 있어서, 지면에 고정 설치되는 지주베이스; 상기 지주베이스의 상부에 수직으로 설치되는 폴 형상의 지주; 상기 지주의 외측 둘레면을 따라 부착되고 다수의 솔라셀모듈로 이루어져 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지부; 상기 태양전지부를 보호함과 아울러 렌즈 역할을 하도록 태양전지부의 외측에 삽입 설치되는 원통 형상의 커버부재; 및 상기 커버부재를 지지하도록 그 외측에 수직으로 다수 설치되고 하단부가 상기 지주베이스에 삽입되는 막대 형상의 지지프레임을 포함함을 특징으로 하는 풍력 발전기가 구비된 태양광 가로등을 개시하고 있다.

이 가로등에 의하면, 태양의 고도에 따라 집광판의 경사도나 위치를 변경할 필요 없이 모든 방향에서 집광이 가능할 뿐 아니라 집광상태를 최적으로 유지할 수 있다는 이점을 갖는다.

그러나, 솔라셀모듈이 지주의 외측 둘레면을 따라 부착된 구조이기 때문에 태양이 어느 특정 위치에 있는 경우 태양과 대향하는 측면에 설치된 솔라셀모듈은 집광을 수행하지만 그 반대측면에 설치되는 솔라셀모듈은 집광을 수행하지 못하므로 결과적으로 집광효율이 떨어진다는 문제점이 여전히 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 태양과 직접 대향하는 측면과 대향하지 않는 측면에서 동시에 집광이 수행될 수 있도록 하는 태양광 가로등을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 일단이 지면에 고정 설치되어 높이방향으로 연장하는 지주; 상기 지주의 외측 둘레면을 따라 부착되고 다수의 솔라셀을 구비하여 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지유닛; 상기 태양전지유닛을 보호하도록 감싸 설치되는 투명 재질의 커버; 및 상기 지주에 고정되고 상기 태양전지유닛과 상기 커버의 양단을 고정하는 조인트를 포함하며, 상기 커버의 내주면을 따라 상기 높이방향으로 연장하는 다수의 렌즈부가 연접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 가로등에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 렌즈부는 반원형 또는 반타원형의 수평단면 형상을 갖는다.

바람직하게, 상기 조인트는 다수 개 설치되며, 상기 태양전지유닛과 상기 커버는 상기 조인트 사이의 길이에 대응하는 길이로 분할되어 설치될 수 있다.

바람직하게, 상기 조인트는 상기 커버의 직경보다 큰 직경을 갖는 링 형상으로, 상면과 하면에 각각 상기 태양전지유닛의 단부와 상기 커버의 단부가 끼워지는 삽입 홈이 형성된다.

바람직하게, 상기 태양전지유닛과 상기 커버 사이에는 일정 간격이 형성되어 상기 간격을 통하여 공기 흐름이 발생하여 상기 솔라셀로부터 방출되는 열을 방출한다.

바람직하게, 상기 솔라셀은 지지시트 상에 매트릭스 형태로 부착되어 서로 전기적으로 연결되며, 상기 지지시트의 양단은 상기 조인트에 고정된다.

상기한 구성에 의하면, 태양광이 입사하는 면에 대향하는 솔라셀로만 집광하던 것을 입사 반대 면에 위치한 솔라셀을 이용하여 집광함으로써 집광효율을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 에너지 변환효율도 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 가로등의 외관을 나타낸다.
도 2는 도 1의 태양광 가로등의 분해 사시도이다.
도 3은 조인트에 결합한 커버와 태양전지유닛을 보여준다.
도 4는 도 3의 4-4를 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 태양전지유닛을 상세하게 보여주는 사시도이다.
도 6은 렌즈부의 역할을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 가로등의 외관을 나타내고, 도 2는 도 1의 태양광 가로등의 분해 사시도이고, 도 3은 조인트에 결합한 커버와 태양전지유닛을 보여주고, 도 4는 도 3의 4-4를 따라 절단한 단면도이며, 도 5는 태양전지유닛을 상세하게 보여주는 사시도이다.

태양광 가로등은 베이스(100), 지주(200), 태양전지유닛(300), 커버(400), 및 조인트(500)로 구성되며, 지주(200)로부터 연장되는 지지대에는 램프(10)가 설치된다.

베이스(100)는 일단이 지면에 고정 설치되는데, 가령 지면에 콘크리트에 의해 고정된 앵커를 이용하여 설치할 수 있다.

지주(200)는 내부가 빈 통 형상이거나 기둥 형상일 수 있으며, 베이스(100)에 끼워져 볼트 등에 의해 분리가능하게 결합될 수 있다.

이 실시 예와 달리, 베이스(100)를 생략하고 지주(200)의 일단을 직접 지면에 고정하여 설치할 수도 있다.

지주(200)의 하단부에는 측면을 따라 다수의 볼트구멍(204)이 형성되어 베이스(100)와 볼트 결합을 할 수 있으며, 높이방향을 따라 다수의 볼트구멍(202)이 형성되어 후술하는 것처럼 조인트(500)가 지주(200)에 고정되도록 한다.

태양전지유닛(300)은 지주(200)를 둘러싸는 다수의 솔라셀(Solar cell)(310)로 이루어져 커버(400)를 통해 들어오는 태양광을 집속하여 광전효과에 의해 전기 에너지로 변환시킨다.

태양전지유닛(300)은 지주(200)의 외주면을 감싸도록 설치되는데, 이 실시 예에서는 지지시트(320) 위에 솔라셀(310)을 매트릭스 형태로 부착하고 서로 전기적으로 연결하여 구성한 다음, 지지시트(320)가 지주(200)를 감싸도록 설치할 수 있다.

이때, 후술하는 것처럼, 지지시트(320)의 양단은 조인트(500)에 고정될 수 있으며, 지지시트(320)와 지주(200)의 외주면은 일정 간격으로 떨어지거나 밀착될 수 있다.

커버(400)는 태양전지유닛(300)을 보호하도록 감싸 설치되며, 폴리카보네이트(PC)와 같은 투명 재질로 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 커버(400)의 내주면을 따라 다수의 렌즈부(410)가 연접하여 형성되는데, 각 렌즈부(410)는 높이방향으로 연장되고, 가령 반원형 또는 반타원형의 수평단면 형상을 가질 수 있다.

렌즈부(410)는 커버(400)에 일체로 형성될 수 있으며, 렌즈부(410)의 구분을 위해 각 렌즈부(410) 사이에는 경계부가 형성될 수 있다.

일 예로, 각 렌즈부(410)의 폭을 솔라셀(310)의 폭과 대략 동일하게 형성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

조인트(500)는 지주(200)에 고정되는데, 상기한 것처럼, 태양전지유닛(300)과 커버(400)의 양단을 고정한다.

도 1과 같이, 조인트(500)는 지주(200)의 높이방향을 따라 일정 간격으로 다수 개 설치되며, 그 결과 태양전지유닛(300)과 커버(400)는 조인트(500) 사이의 길이에 대응하는 길이로 분할되어 설치될 수 있다.

도 3과 4를 참조하면, 조인트(500)는 커버(400)의 직경보다 큰 직경을 갖는 링 형상으로, 상면과 하면에 각각 태양전지유닛(300)의 단부와 커버(400)의 단부가 끼워지는 삽입 홈(512, 514)(522, 524)이 형성된다.

태양전지유닛(300)와 커버(400)의 양단이 조인트(500)의 삽입 홈(512, 514)(522, 524)에 강제 압입되어 고정되기 때문에 이들 사이에는 항상 일정한 간격이 유지될 수 있으며, 그 결과 솔라셀(310)과 커버(400) 사이를 통하여 공기 흐름이 발생함으로써 발전시 솔라셀(310)에 의해 방출되는 열을 공기 흐름에 의해 외부로 방출하여 솔라셀(310)을 냉각시킬 수 있다.

또한, 종래와 달리 별도의 지지프레임을 사용하지 않으므로 재료비를 줄일 수 있으며, 지지프레임에 의해 태양광이 차단되는 면적을 없애 집광효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 태양전지유닛(300)와 커버(400)의 단부와 삽입 홈(512, 514)(522, 524)의 경계에 실리콘 접착제를 적용함으로써 밀폐력을 향상시켜 이물질이나 물이 스며들지 않도록 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 조인트(500)의 대향하는 위치에 각각 볼트구멍(530)이 형성되고, 볼트구멍(530)에 볼트(532)가 결합하고 지주(200)의 볼트구멍(202)까지 연장하여 조인트(500)를 지주(200)에 고정시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 태양광 가로등의 동작에 대해 도 1 내지 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 렌즈부의 역할을 설명하는 도면이다.

태양광 가로등은 차도나 인도 또는 공원이나 산책로에 설치하거나 또는 전력공급이 어려운 해양도서 지역이나 산악지역에 설치될 수 있다.

본 발명의 태양광 가로등은 새로 제작되어 설치되거나 기존에 설치된 일반 가로등을 이용할 수 있다.

태양광 가로등을 새로 제작하는 경우, 지주(200)에 조인트(500)를 고정하고 태양전지유닛(300)과 커버(400)의 일단을 조인트(500)의 삽입 홈(512, 514)에 끼워 고정한다.

이어 일전 간격으로 다른 조인트(500)를 설치하여 태양전지유닛(300)과 커버(400)의 타단을 고정함과 동시에 다른 태양전지유닛(300)과 커버(400)의 일단을 고정한다.

이러한 방식으로 다수 개의 조인트(500), 태양전지유닛(300)과 커버(400)를 설치한다.

이어, 지지대를 지주(200)에 고정하고 그 끝에 램프(10)를 결합하고 전기적인 결선을 완료한 후 지주(200)를 지면에 고정된 베이스(100)에 결합하여 설치를 완료할 수 있다.

한편, 기존의 일반 가로등에 설치하는 경우에는, 분할된 조인트를 가로등 지주를 감싸도록 맞춘 다음 볼트를 이용하여 결합하는 방식으로 가로등 지주에 설치하면서 태양전지유닛(300)과 커버(400)를 설치한다.

이때, 태양전지유닛(300)은 유연성을 갖는 지지시트(320)를 구비하고 있으므로 가로등 지주를 감싸도록 하고, 태양전지유닛(300)을 분할된 상태에서 가로등 지주를 감싸도록 맞춘 다음 볼트 등으로 결합할 수 있다.

이와 같이 설치된 태양광 가로등에 의하면, 태양전지유닛(300)에 의해 집속된 태양광은 전기 에너지로 변환되어 축전기에 저장되거나 계통 출하되며, 날씨가 흐리거나 야간에는 태양광 가로등이 축전기에 저장된 전력을 공급받아 램프를 점등시키게 된다.

도 6을 참조하면, 태양광이 커버(400)의 한쪽 면으로만 입사되는 경우, 입사된 태양광은 커버(400)의 렌즈부(410) 표면으로부터 난반사되거나 렌즈부(410)의 내부에서 전반사를 일으켜 렌즈부(410)를 통하여 입사되는 면의 반대 면으로 전달된다.

그 결과, 입사면으로부터 렌즈부(410)로부터 반사되거나 렌즈부(410)를 통하여 진행함으로써 테양광은 입사 반대 면으로 전달되어 입사 반대 면에 위치한 솔라셀(410)로 전달됨으로써 전기 에너지로 변환된다.

따라서, 종래 태양광이 입사하는 면에 대향하는 솔라셀로만 집광하던 것을 입사 반대 면에 위치한 솔라셀을 이용하여 집광함으로써 집광효율을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 에너지 변환효율도 향상된다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

100: 베이스
200: 지주
300: 태양전지유닛
400: 커버
500: 조인트

Claims (6)

1. 일단이 지면에 고정 설치되어 높이방향으로 연장하는 지주;
   상기 지주를 감싸는 지지시트와, 상기 지지시트의 외측 둘레면을 따라 부착된 다수의 솔라셀을 구비하여 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지유닛;
   상기 태양전지유닛을 보호하도록 감싸 설치되는 투명 재질의 커버; 및
   상기 지주에 고정되고 상기 태양전지유닛과 상기 커버의 양단을 고정하는 조인트를 포함하며,
   상기 커버의 내주면을 따라 상기 높이방향으로 연장하고, 반원형 또는 반타원형의 수평단면 형상으로 돌출되는 다수의 렌즈부가 연접하여 설치되고,
   상기 조인트는 상기 커버의 직경보다 큰 직경을 갖는 링 형상으로, 상면과 하면에 각각 상기 태양전지유닛의 단부와 상기 커버의 단부가 끼워지는 삽입 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 가로등.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 조인트는 다수 개 설치되며, 상기 태양전지유닛과 상기 커버는 상기 조인트 사이의 길이에 대응하는 길이로 분할되어 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 가로등.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양전지유닛과 상기 커버 사이에는 일정 간격이 형성되어 상기 간격을 통하여 공기 흐름이 발생하여 상기 솔라셀로부터 방출되는 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 태양광 가로등.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 솔라셀은 지지시트 상에 매트릭스 형태로 부착되어 서로 전기적으로 연결되며, 상기 지지시트의 양단은 상기 조인트에 고정되는 것을 특징으로 하는 태양광 가로등.
   

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