KR101790765B1 - 하이브리드 태양광 led 투광 시스템 - Google Patents

하이브리드 태양광 led 투광 시스템 Download PDF

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Abstract

하이브리드 태양광 LED 투광 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 LED 투광 시스템은 배터리; LED 투광장치; 태양광을 공급받아 전기를 생산하는 태양광 모듈; 및 상기 태양광 모듈로부터 생산된 전기에 기초하여 상기 배터리를 충전시키고, 시간 또는 조도센서값에 기초하여 상기 배터리로부터 공급되는 전력인 배터리전력 및 외부의 전원으로부터 공급되는 전력인 외부전력 중 하나를 선택적으로 공급하여 상기 LED 투광장치를 점등시키는 컨트롤러를 포함한다.

Description

하이브리드 태양광 LED 투광 시스템{HYBRID SOLAR LIGHT SYSTEM WITH LED}
본 발명의 태양광 모듈을 이용하여 저장된 전력을 이용하는 하이브리드 LED 투광 시스템에 관한 것이다.
우리 나라는 세계 유일의 분단국가로 아직 전쟁이 끝난 것이 아니고 휴전상태이다. 그러므로, 매일 밤마다 GOP라인을 밝히고 있으며, GOP라인을 밝히기 위해 지출되는 전기요금이 각 소대별로(25개 투광등 기준) 연간 약 2000만원에 이르는 것으로 알려져 있다.
이에 따라, 투광등에 LED, 태양광 패널 및 배터리를 접목하여 주간에 태양광 패널을 이용하여 배터리를 충전시키고, 야간에 그 충전된 배터리를 이용하여 LED 투광등을 가동함으로써 에너지 비용을 절감할 필요성이 대두되고 있다.
관련 선행기술로는 한국등록특허 제10-0943749호(발명의 명칭: 태양광 발전 가로등, 공개일자: 2008년 10월 21일)가 있다.
본 발명은 태양광 모듈을 이용하여 배터리에 저장된 전력 또는 외부로부터 공급되는 전력을 컨트롤러가 선택적으로 제어하여 LED 투광장치를 점등시키는 하이브리드 태양광 LED 투광 시스템을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 태양광 LED 투광 시스템은 배터리; LED 투광장치; 태양광을 공급받아 전기를 생산하는 태양광 모듈; 및 상기 태양광 모듈로부터 생산된 전기에 기초하여 상기 배터리를 충전시키고, 시간 또는 조도센서값에 기초하여 상기 배터리로부터 공급되는 전력인 배터리전력 및 외부의 전원으로부터 공급되는 전력인 외부전력 중 하나를 선택적으로 공급하여 상기 LED 투광장치를 점등시키는 컨트롤러를 포함한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 배터리전력을 상기 외부전력보다 우선하여 상기 LED 투광장치에 공급하되, 상기 배터리전력이 소정의 임계치 이하인 경우 상기 외부전력을 상기 LED 투광장치에 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 시간이 평균일몰시간을 지나거나 상기 조도센서값이 소정의 주간임계치보다 낮은 경우에 상기 LED 투광장치를 점등하고, 시간이 평균일출시간을 지나거나 상기 조도센서값이 소정의 야간임계치보다 높은 경우에 상기 LED 투광장치를 소등할 수 있다.
바람직하게는, 무선 통신을 통해 서버와 연결되는 통신부를 더 포함하고, 상기 컨트롤러가 상기 LED 투광장치의 누적된 점등시간에 기초하여 광원잔여수명을 더 산출하고, 상기 배터리의 최대 충전 용량에 기초하여 배터리잔여수명을 더 산출할 때, 상기 통신부는 상기 서버에게 고유한 식별번호와 함께 상기 광원잔여수명 및 상기 배터리잔여수명 중 적어도 하나에 대한 잔여수명정보를 전송할 수 있다.
본 발명은 태양광 모듈을 이용하여 배터리에 충전시킨 전력으로 태양광 LED 투광 시스템을 가동하므로, LED 투광 시스템을 운영하는데 발생되는 전기요금을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 외부의 전력 및 배터리에 저장된 전력을 선택적으로 공급할 수 있어, 어떤 상황에서도 안정적으로 LED 투광 시스템을 운영할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 통신부를 더 구비할 때 LED 투광장치 및 배터리의 잔여수명 정보를 관리 서버에 제공할 수 있어, 관리자가 복수의 LED 투광장치 시스템을 동시에 안정적으로 유지보수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 LED 투광 시스템을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 배터리의 충방전 횟수에 따른 충전 용량의 감소를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 LED 투광 시스템을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 LED 투광 시스템(100)은 태양광 모듈(105), 배터리(110), LED 투광장치(115) 및 컨트롤러(120)를 포함한다. 또한, 선택적으로 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 1의 하이브리드 LED 투광 시스템(100)에서 컨트롤러(120)가 외부의 전원과 연결되는 부분은 별도로 표시되지 않았으며, 이는 통상의 기술자가 자명하게 이해할 수 있기 때문이다.
태양광 모듈(105)은 복수의 태양전지가 연결되어 결합된 형태의 모듈이며, 각 태양전지가 태양광의 빛에너지를 공급받아 전기에너지로 변환하여 전기를 생산한다.
태양광 모듈(105)은 태양이 떠 있는 주간 동안에 가능한 많은 전기를 생산할 수 있도록, 태양의 고도가 가장 높아 발전량도 가장 많은 남쪽 방향을 향하여 설치될 수 있다.
배터리(110)는 태양광 모듈(105)로부터 생산된 전기에 기초하여 충전된다.
이때, 배터리(110)의 충전은 컨트롤러(120)의 제어에 의하여, 태양광 모듈(105)에서 발전이 이루어지는 시점에 수행될 수 있다. 한편, 배터리(110)는 충전의 효과를 극대화하기 위하여 충전과 방전이 동시에 이루어질 수 있도록 설계될 수 있다.
LED 투광장치(115)는 전력이 공급되면 LED 투광등을 점등시킨다.
LED조명은 기존의 백열등, 형광등과 비교할 때, 가격이 2배 이상 비싸지만 전력소보량이 50%이하이며 수명이 2~3배 이상 더 길어서 총 유지비용 면에서는 이점을 가질 수 있다.
특히, LED조명의 수명이 기존의 조명장치보다 2~3배 이상 더 길기 때문에, 하이브리드 LED 투광 시스템(100)이 군사적 목적으로 산악지역, 도서지역 및 험지를 포함하는 국내의 여러 장소에 설치될 경우 조명을 유지보수(교체)하는데 필요한 노력을 상당부분 줄일 수 있는 효과가 있다.
한편, LED 투광장치(115)가 교류 전류를 필요로 하는 경우, 배터리(110)는 직류 전류만을 출력하므로 이를 교류로 변환하기 위한 인버터 장치가 추가로 필요할 수 있다.
컨트롤러(120)는 배터리(110)가 태양광 모듈(105)로부터 생산된 전기를 이용하여 충전되도록 제어하고, 시간 또는 조도센서값에 기초하여 배터리(110)로부터 공급되는 전력인 배터리전력 및 외부의 전원(미도시)으로부터 공급되는 전력인 외부전력 중 하나를 선택적으로 공급하여 LED 투광장치(115)가 점등되도록 제어한다.
컨트롤러(120)는 하이브리드 LED 투광 시스템(100)에 포함된 각 구성요소를 목적에 따라 제어하는 기능을 담당한다.
예컨대, 컨트롤러(120)는 해가 떠 있는 주간에는 LED 투광장치(115)에게 공급되는 전력을 차단하여 LED투광등을 소등할 수 있다. 또, 주간에 태양광 모듈(105)이 전기를 생산할 때, 이 생산된 전기가 배터리(110)에 충전되도록 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)는 해가 지거나 혹은 주변이 어두워진 상황(예, 야간)이 되면, 배터리(110)에 저장된 전력을 LED 투광장치(115)에 공급하여 LED투광등을 점등할 수 있다.
한편, 컨트롤러(120)는 흐리거나 비오는 날씨, 배터리(110)의 노후화 등으로 인해 배터리(110)가 충분하게 충전되지 못하여 배터리(110)로부터 공급되는 배터리전력이 충분하지 않은 경우에는 외부의 전원으로부터 공급되는 전력인 외부전력을 LED 투광장치(115)에 공급하여 LED투광등을 점등시킬 수 있다.
이처럼, 배터리전력 및 외부전력 중 하나에 의하여 중단없이 동작할 수 있는 하이브리드 LED 투광 시스템(100)은 언제나 안정적인 운용이 가능하기 때문에, 안정성에 대한 엄격한 기준이 요구되는 군사적 용도(예, 적의 침투를 감시하기 위하여 GOP에서 사용)로 사용될 수 있는 장점을 가진다.
한편, 컨트롤러(120)에 의한 배터리전력 및 외부전력의 선택적 공급 방법 및 시간 또는 조도센서값에 기초하여 결정되는 LED 투광장치(115)의 점등과 소등 방법에 대한 설명은 아래에서 구체적으로 후술한다.
다른 실시예서는, 컨트롤러(120)가 배터리전력을 외부전력보다 우선하여 LED 투광장치(115)에 공급하되, 배터리전력이 소정의 임계치 이하인 경우 외부전력을 LED 투광장치(115)에 공급할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 LED 투광 시스템(100)은 태양광을 이용하여 전기요금을 절약하는 것이 그 목적 중 하나이므로, 컨트롤러(120)는 전기요금이 발생하지 않는 배터리전력을 전기요금이 발생하는 외부전력보다 우선하여 LED 투광장치(115)에 공급할 수 있다.
그러나, 배터리전력이 소정의 임계치 이하인 경우, 즉, 배터리(110)로부터 공급되는 전력이 LED 투광장치(115)를 점등시키기에 충분하지 않은 임계치 이하인 경우에는 하이브리드 LED 투광 시스템(100)의 정상 동작을 담보할 수 없으므로, 컨트롤러(120)는 안정적인 시스템의 운영을 위하여 전기요금이 발생하는 외부전력을 LED 투광장치(115)에 공급할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 컨트롤러(120)가 시간이 평균일몰시간을 지나거나 조도센서값이 주간임계치보다 낮은 경우에 LED 투광장치(115)를 점등하고, 시간이 평균일출시간을 지나거나 조도센서값이 야간임계치보다 높은 경우에 LED 투광장치(115)를 소등할 수 있다.
예컨대, 컨트롤러(120)는 저장된 해당일 또는 해당월의 표준일몰시간 정보를 이용하여 현재시각이 그 표준일몰시간을 지난 경우 또는 측정된 조도센서값이 LED 투광장치(115)가 점등되지 않고서는 그 주변을 식별할 수 없는 주간임계치보다 낮은 경우, LED 투광장치(115)를 점등할 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)는 저장된 해당일 또는 해당월의 표준일출시간 정보를 이용하여 현재시각이 그 표준일출시간을 지난 경우 또는 측정된 조도센서값이 LED 투광장치(115)가 점등되지 않고도 그 주변을 식별할 수 있는 야간임계치보다 높은 경우, LED 투광장치(115)를 소등할 수 있다.
한편, 조도센서값은 일반적으로 주위가 어두울수록 그 값이 낮아지고, 주위가 밝아질수록 그 값이 높아질 수 있다. 그러나, 이러한 전제는 조도센서의 종류나 설정에 의하여 그 반대가 될 수도 있으며, 이는 당업자에게 자명하게 이해될 수 있다.
마지막으로, 통신부(미도시)는 무선 통신을 통해 서버와 연결된다.
여기서, 서버는 복수의 하이브리드 LED 투광 시스템(100)을 유지관리하기 위한 서버로 원격지(예, 사령부)에 위치할 수 있으며, 서버와 각 하이브리드 LED 투광 시스템(100)과는 3G 또는 LTE 망 등과 같은 무선 통신망을 이용하여 연결될 수 있다.
다른 실시예에서는, 컨트롤러(120)가 LED 투광장치(115)의 누적된 점등시간에 기초하여 광원잔여수명을 더 산출하고, 배터리(110)의 최대 충전 용량에 기초하여 배터리잔여수명을 더 산출하고, 통신부는 서버에게 고유한 식별번호와 함께 그 광원잔여수명 및 그 배터리잔여수명 중 적어도 하나에 대한 잔여수명정보를 전송할 수 있다.
LED 투광장치(115)에 포함된 LED 투광등의 수명은 하루 8시간 동작 시 대략 7년내지 10년 정도로 알려져 있다. 이러한 LED 투광등의 수명을 가정할 때, 컨트롤러(120)가 LED 투광장치(115)를 점등 시간을 누적하여 계산하면 LED 투광등의 잔여 수명인 광원잔여수명을 산출할 수 있다.
또한, 배터리(110)는 소모품의 성질을 가지며, 오래 사용할수록 그 충전용량이 점차 줄어드는 특징을 가지고 있다. 예컨대, 도 2를 참조하면, 배터리(110)의 충방전 횟수(number of cycles)가 많아질수록, 배터리(110)의 충전 용량(capacity, mAh)이 점점 더 작아지며 이러한 특성을 이용하여 배터리(110)의 잔여 수명인 배터리잔여수명을 산출할 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)에는 하이브리드 LED 투광 시스템(100)을 관리하기 위한 목적의 고유한 식별번호가 내장될 수 있다. 즉, 서버 또는 서버의 관리자는 하이브리드 LED 투광 시스템(100)에 저장된 고유의 식별번호를 이용하여 그 하이브리드 LED 투광 시스템(100)에 대한 정보(예, 설치 시기, 설치 장소, 소모품 교체 일지)를 파악할 수 있다.
예컨대, 통신부는 서버에게 고유한 식별번호와 함께 광원잔여수명 및 배터리잔여수명 중 적어도 하나에 대한 잔여수명정보를 생성하여 전송할 수 있다. 그러면, 서버의 관리자는 수신된 고유한 식별번호 및 잔여수명정보를 검토하여, LED 투광등의 수명이 곧 다할 것으로 예상되는 경우에 그 고유한 식별번호를 가지는 하이브리드 LED 투광 시스템(100)의 LED 투광등을 교체하도록 지시할 수 있다.
한편, 하이브리드 LED 투광 시스템(100)이 군사적 목적으로 사용되는 경우, LED 투광등의 수명이 다하는 것은 적에게 도움이 되는 정보이므로, 통신부는 보안성을 높이기 위하여 식별번호 및 잔여수명정보를 암호화하여 전송할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 LED 투광 시스템(100)은 군사적인 목적으로 이용되기 위하여 야외에 설치될 수 있으므로, 하이브리드 LED 투광 시스템(100)에 포함되는 각 구성요소들은 극한의 고온과 저온에서도 항상 안정적으로 동작하도록 설계될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 배터리;
    LED 투광장치;
    태양광을 공급받아 전기를 생산하는 태양광 모듈;
    상기 태양광 모듈로부터 생산된 전기에 기초하여 상기 배터리를 충전시키고, 시간 또는 조도센서값에 기초하여 상기 배터리로부터 공급되는 전력인 배터리전력 및 외부의 전원으로부터 공급되는 전력인 외부전력 중 하나를 선택적으로 공급하여 상기 LED 투광장치를 점등시키는 컨트롤러; 및
    무선 통신을 통해 서버와 연결되는 통신부
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는
    상기 배터리전력을 상기 외부전력보다 우선하여 상기 LED 투광장치에 공급하되, 상기 배터리전력이 소정의 임계치 이하인 경우 상기 외부전력을 상기 LED 투광장치에 공급하며,
    시간이 평균일몰시간을 지나거나 상기 조도센서값이 소정의 주간임계치보다 낮은 경우에 상기 LED 투광장치를 점등하고, 시간이 평균일출시간을 지나거나 상기 조도센서값이 소정의 야간임계치보다 높은 경우에 상기 LED 투광장치를 소등하며,
    상기 컨트롤러가 상기 LED 투광장치의 누적된 점등시간에 기초하여 광원잔여수명을 산출하고, 상기 배터리의 충방전 횟수에 따른 최대 충전 용량에 기초하여 배터리잔여수명을 산출할 때,
    상기 통신부는
    상기 서버에게 고유한 식별번호와 함께 상기 광원잔여수명 및 상기 배터리잔여수명 중 적어도 하나에 대한 잔여수명정보를 전송하되,
    상기 고유한 식별번호 및 잔여수명정보를 암호화하여 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양광 LED 투광 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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