KR101973243B1 - 압전 태양광 보도블록 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전소자와 태양전지판을 하나의 모듈로 결합하여 all-in-one(일체형) 제품과 각각을 분리하여 사용할 수 있도록 하며, 태양광, 진동 및 압력 모두를 통해 전기에너지를 생산함으로써 맑은 날씨가 아닌 우천 시에도 전기에너지를 생산하여 에너지 생산량을 극대화하는 친환경적인 에너지 생산 및 공급하는 압전 태양광 보도블록에 관한 것으로, 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지; 상기 태양전지 및 압력이나 진동에 의하여 전기에너지를 생산하는 압전소자가 내장된 보도블록; 역으로 흐르는 전압의 생성으로부터 상기 보도블록에 내장된 압전소자회로의 파손을 방지하는 정류회로; 상기 보도블록에서 발생된 전기에너지를 충전하는 배터리; 상기 태양전지판과 상기 보도블록에서 발생된 직류전압과 전류를 제어하는 컨트롤러 및 교류와 직류, 주파수, 상수를 변환하는 컨버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압전 태양광 보도블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지판과 압전소자를 결합하여 전기에너지 생산량을 극대화하기 위한 압전 태양광 보도블록에 관한 것이다.
최근 ‘화석자원의 고갈과 환경오염에 대처하기 위해 태양력 등의 청정에너지에 대한 관심이 고조되면서, 태양광을 이용하여 기전력을 발생시키는 친환경적인 자연에너지를 이용한 태양광 발전이 크게 주목 받고 있다.
태양광 발전장치는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지를 이용하여 이루어지며, 태양전지는 PN 접합 반도체에서 태양광으로 인해 여기된 소수캐리어에 의해 기전력을 발생시킨다.
태양전지는 단결정실리콘, 다결정실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등의 반도체 물질로 제조되며, 최종적으로는 소정 프레임에 다수 개를 탑재한 후에 서로를 전기적으로 연결하여 모듈화한 태양전지패널의 형태로 제작된다.
이러한 태양전지패널은 대규모 발전용으로 사용되거나 주택이나 건물 등의 보조전력공급을 위한 소규모발전용으로 사용된다. 최근에는 가로등, 보안등, 유도등 등의 전력공급용으로도 많이 사용되고 있다.
그러나 태양광 발전장치는 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 것으로서, 날씨가 흐리거나 우천 시에는 그 생산량이 급격히 떨어진다.
또한, 압전소자는 압전판에 압력이나 진동이 가해지면 이온의 위치가 변하여 +, - 전하가 생성된다.
압전소자는 Piezoelectric transducer(압전변환기)라고도 한다. 일반적으로 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 사용되었으며, 근래에 개발된 타이타늄산바륨, 인산이수소암모늄, 타타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다.
이러한 압전소자는 자동차의 노크센서나 각종 압력센서로 이용되고 있다.
그러나 압전소자는 단순히 전기에너지 생산; 힘을 가하면 1회성으로 전류가 생성되어 효율이 극히 낮다는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 압전소자와 태양전지판을 하나의 모듈로 결합하여 all-in-one(일체형) 제품과 각각을 분리하여 사용할 수 있도록 하며, 태양광, 진동 및 압력 모두를 통해 전기에너지를 생산함으로써 맑은 날씨가 아닌 우천 시에도 전기에너지를 생산하여 에너지 생산량을 극대화하는 친환경적인 에너지 생산 및 공급하는 압전 태양광 보도블록을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 압전 태양광 보도블록은 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지, 상기 태양전지 및 압력이나 진동에 의하여 전기에너지를 생산하는 압전소자가 내장된 보도블록, 역으로 흐르는 전압의 생성으로부터 상기 보도블록에 내장된 압전소자회로의 파손을 방지하는 정류회로, 상기 보도블록에서 발생된 전기에너지를 충전하는 배터리, 상기 태양전지판과 상기 보도블록에서 발생된 직류전압과 전류를 제어하는 컨트롤러, 교류와 직류, 주파수, 상수를 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보도 블록은 상기 태양전지 상부에 상기 태양전지의 보호를 위해 위치하여 태양광을 흡수하는 폴리카보네이트; 상기 태양전지의 하부에 위치하고 상기 태양전지를 수용하도록 상부에 홈이 구비되며 상기 태양전지와 압전소자를 분리하는 분리막; 상기 분리막의 하부에 위치하고 하측은 상측에 비해 상대적으로 폭이 감소되는 부분을 가지며, 하면은 아래로 집중하여 압력을 주기 위해 볼록한 산과 골이 형성되어 보행자의 압력 및 진동력을 상기 압전소자에 전달하는 충격층; 상기 충격층의 하부에 위치하고 상기 충격층의 폭이 감소된 하측 부분과 상기 압전소자를 수용하는 홈이 상면에 구비되는 지지층; 및 상기 충격층의 상부에 폭이 넓은 부분의 하면과 상기 지지층의 상면 사이에 설치되어 상기 충격층의 상하 작용을 하도록 하는 충격흡수층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지층은 여러 개의 폭이 좁고 길이가 긴 띠 형상으로 되고 양단에 전극이 형성된 상기 압전소자, 상기 압전소자를 연결하여 전기를 흐르게 하는 구리테이프, 상기 압전소자를 연결하여 고정하는 유리테이프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정류회로는 역전류를 방지하고, 교류전압을 직류로 변환하는 다이오드, 전압을 일정하게 평활하는 커패시터, 노이즈 제거 및 일정한 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보도블록은 각각의 보도블록을 내장하는 고정판넬을 포함할 수 있다.
또한, 상기 보도블록은 태양전지와 압전소자를 분리하여 내장할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 태양전지와 압전소자에서 발생된 전기에너지를 각각의 DC로드 또는 AC로드에 공급할 수 있다.
또한, 상기 충격층은 태양전지와 압전소자에서 발생된 전기에너지를 각각의 DC로드 또는 AC로드에 공급할 수 있다.
또한, 상기 충격층은 상기 압전소자에 집중하여 압력을 주기 위해 상기 압전소자와 닿는 면이 볼록한 산과 골이 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 태양광 보도블록에 의하면, 유동인구가 많은 곳에 설치하여, 맑은 날 뿐만 아니라 우천 시에도 어떠한 동력의 공급 없이 필요한 전기를 충분히 생산하여 에너지 생산량을 극대화하는 효과가 있다.
또한, 태양전지판과 압전소자를 하나의 모듈로 형성하여 단단한 내구성을 유지하고 청정에너지를 생산하여 경제적인 효과와 친환경적인 효과를 모두 확보할 수 있는 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 연결도[DC-DC 컨버터].
도 2는 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 연결도[AC 컨버터].
도 3은 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 결합으로 만들어진 하나의 모듈 압전 태양광 보도블록 구성도.
도 4는 압전소자의 효율 증가를 위한 단면적 감소 구성도( P = F/A ).
도 5는 본 발명의 정류회로구성도.
도 6은 본 발명의 압전 태양광 보도블록(모듈)의 그룹화 구성도.
도 7은 본 발명의 압전 태양광 보도블록(모듈)의 그룹화 구성도(윗면).
도 8은 본 발명의 태양전지와 압전소자를 분리한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 연결도[AC 컨버터].
도 3은 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 결합으로 만들어진 하나의 모듈 압전 태양광 보도블록 구성도.
도 4는 압전소자의 효율 증가를 위한 단면적 감소 구성도( P = F/A ).
도 5는 본 발명의 정류회로구성도.
도 6은 본 발명의 압전 태양광 보도블록(모듈)의 그룹화 구성도.
도 7은 본 발명의 압전 태양광 보도블록(모듈)의 그룹화 구성도(윗면).
도 8은 본 발명의 태양전지와 압전소자를 분리한 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 냉각 및 경보시스템을 상세하게 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
설명하는 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표시된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 연결도[DC-DC 컨버터], 도 2는 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 연결도[AC 컨버터], 도 3은 본 발명에 따른 태양전지와 압전소자의 결합으로 만들어진 하나의 모듈 압전 태양광 보도블록 구성도, 도 4는 압전소자의 효율 증가를 위한 단면적 감소 구성도 ( P = F/A ), 도 5는 본 발명의 정류회로구성도, 도 6은 본 발명의 압전 태양광 보도블록(모듈)의 그룹화 구성도, 도 7은 본 발명의 압전 태양광 보도블록(모듈)의 그룹화 구성도(윗면), 도 8은 본 발명의 태양전지와 압전소자를 분리한 구성도이다.
본 발명에서의 진동 및 압력을 통해 발생될 수 있는 에너지라 함은 기계적 에너지를 통해 발생될 수 있는 진동에너지를 일컬으며, 여기서 압력을 통해 발생될 수 있는 에너지라 함은 압전소자에 사람 및 기타 압력을 가할 수 있는 모든 형태의 것을 의미한다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명은 태양전지판(1), 압전소자(2), 폴리카보네이트(6), 충격흡수층(10) 등으로 구성되어 있다.
상기 태양전지판(1)은 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환시키고, 압전소자(2)는 진동 및 압력, 예로서 사람이 이동하는 힘을 전기에너지로 변환시킨다.
상기 태양전지판(1)과 압전소자(2)는 서로 간섭되지 않도록 분리막(8)이 배치된다.
상기 분리막(8)은 합성수지, 세라믹 등으로 제작될 수 있다.
또한, 태양광 흡수에 영향을 주지 않고 충격으로 인한 손상을 막을 수 있는 폴리카보네이트(6) 등의 투명한 재료로 상기 태양전지판(1) 위에 오버코팅(overcoating)하여 구성될 수 있다.
잘 알려진 바와 같이, 압전소자란 piezoelectric transducer(압전변환기)로 간단하게 PZT라고 하며, 압력을 받으면 압력의 크기에 따라 전류를 발생시킨다.
일반적으로 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 사용되었으며, 근래에 개발된 타이타늄산바륨, 인산이수소암모늄, 타타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나 사용되고 있다.
압전기란, 어떤 종류의 결정판에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양·음의 전하가 나타나는 현상인데 1880년 프랑스의 자크 퀴리(Jacque Curie)와 피에르 퀴리(Pierre Curie:1859~1906) 형제가 처음 발견하였다. 이후 한 장의 결정판에 나타나는 압전기는 미약하지만 금속박을 삽입하면서 여러 장을 겹칠 경우 그 양이 크게 증대된다는 것이 알려졌다.
또한, 결정판에는 고유의 진동이 있고 탄성진동과 전기진동이 일치하면 압전기와 결합되어 더욱 강한 진동이 일어난다는 사실도 발견되었다. 그리고 이들 현상을 이용하는 여러 가지 발명이 뒤따랐다.
이에 따라, 마이크로폰이나 전축의 픽업에는 로셸염, 전화기나 라디오의 스피커, 초음파 타지기, 수정시계의 진동자, 방송기기, 원거리 통신회로 등에는 수정과 타이타늄산바륨 등이 압전소자로서 많이 사용되고 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명에서의 압전소자(2)는 폭이 좁고 길이가 긴 띠 형상으로 여러 개를 붙힌 연결고리형태이기에 개수에 영향을 받게 되며, 그 양단의 끝에 전극(14)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 태양전지판(1)은 잘 알려진 바와 같이, 태양에너지(빛)를 반도체로 구성된 태양전지를 이용해 전기에너지로 변환하는 것이다. 모듈이 빛을 흡수하면 표면에서 전자가 생겨 전기가 발생하도록 하는 광전자효과를 기본원리로 한다.
이를 위하여, 태양전지판(1)은 통상의 반사방지막, 상면전극, 전극접점, N층, p-type세미콘덕터, 후면전극으로 이루어지며, 이러한 구성요소들은 일반적인 태양전지판들의 구성요소와 대동소이하다.
도 1과 도 2를 참조하면, 태양광 컨트롤러(15)는 상기 태양전지판(1) 또는 압전소자(2)에서 발생된 전기에너지를 배터리에 충전시키거나 각각의 DC로드 또는 AC로드에 공급시켜 부하전원의 공급을 제어한다. 여기서, 컨트롤러는 기계, 전기, 계장 등을 제어하는 제어기기를 지칭한다.
이때, AC로드에 부하전원을 공급할 경우에는 별도의 DC/AC 컨버터를 구비하여 DC를 AC로 변환시킨다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 태양전지판(1)은 햇볕이 좋은 아침부터 저녁 되기 전까지 발전이 가능하여 전기를 생성해낸다.
상기 태양전지판(1)은 전술한 바와 같이, 태양에너지(빛)를 반도체로 구성된 태양전지를 이용해 전기 에너지로 변환하는 것으로, 모듈이 빛을 흡수하면 표면에서 전자가 생겨 전기가 발생하도록 하는 광전자효과를 기본원리로 한다.
이렇게 변환된 전기에너지는 태양광 컨트롤러에서 제어되어 배터리에 충전되거나 각각의 DC로드 또는 AC로드에 공급시켜 부하전원으로 공급; 도로의 보조전력으로 사용된다.
한편, 상기 압전소자는 보행자가 많은 출근 시간 및 점심시간. 퇴근시간 등 이동이 많은 시간에 상당히 많은 전기가 발생된다.
한편, 우천 시에는 상기 태양전지판(1)에 빛이 공급되지 못하므로 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 없으나, 본 발명에서는 압전소자(2)를 이용하여 우천 시에도 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
즉, 상기 압전소자는 날씨와 관계없이 보행자가 있다면 보행자의 압력에 의하여 압전소자가 눌려 진동 및 압력에너지가 전기에너지로 변환된다.
태양광 컨트롤러는 상기 태양전지판(1)과 압전소자(2)에서 발생한 전기에너지를 전송받아 도로의 보조전력으로 친환경적인 에너지를 생산하여 공급하도록 한다.
충격흡수층(10)은 충격층(9)의 상하작용을 돕기 위하여 스펀지, 스프링 등 탄성수단으로 되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 윗면에 태양전지판을 형성하여 밑면에 압전소자를 배치함으로써, 태양이 떠있는 주간 시간 이외의 출근시간, 점심시간, 퇴근시간 등 보행자만 있다면 언제든지 날씨, 지형, 환경 등 상관없이 환경적인 요건에 의해 효율적으로 전기를 생성할 수 있는 방안이 완성된다. 태양전지만을 부착했을 때와 다르게 압전 소자를 배치함으로 최대 효율을 낼 수 있는 압전 태양전지 보도블록이 완성된다.
따라서, 태양전지판 밑에 압전 소자를 배치함으로 맑은 날씨가 아닌 우천 시에도 전기에너지를 생산하여 에너지 생산량을 극대화하고 태양광 발전장치의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 도시된 바와 같이 분리가 가능하기에 압전 소자만 자동차 전용 도로 등에 적용을 하여 전기를 생산 할 수도 있다.
도 3과 같은 구조의 보도블록에서 도 4와 같이 충격층(9)의 단면적을 줄여 압전소자에 가해지는 압력을 증가시켜 생산되는 전기의 효율을 증가시킨다.( P= F/A의 원리)
본 발명은 상술한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 용이하게 변형실시 가능한 것은 물론이고, 이와 같은 변경은 청구항의 청구범위 기재범위 내에 있게 된다.
1 : 태양전지 10 : 충격흡수층
2 : 압전소자 11 : 지지층
3 : 다이오드 12 : 고정판넬
4 : 커패시터 13 : 모듈
5 : 레귤레이터 14 : 전극
6 : 폴리카보네이트 17 : 구리테이프(압전소자 전도체)
7 : 컨트롤러 18 : 유리테이프(압전소자 고정체)
8 : 분리막
9 : 충격층
2 : 압전소자 11 : 지지층
3 : 다이오드 12 : 고정판넬
4 : 커패시터 13 : 모듈
5 : 레귤레이터 14 : 전극
6 : 폴리카보네이트 17 : 구리테이프(압전소자 전도체)
7 : 컨트롤러 18 : 유리테이프(압전소자 고정체)
8 : 분리막
9 : 충격층
Claims (1)
- 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지;
상기 태양전지 및 압력이나 진동에 의하여 전기에너지를 생산하는 압전소자가 내장된 보도블록;
역으로 흐르는 전압의 생성으로부터 상기 보도블록에 내장된 압전소자회로의 파손을 방지하는 정류회로;
상기 보도블록에서 발생된 전기에너지를 충전하는 배터리;
상기 태양전지과 상기 보도블록에서 발생된 직류전압과 전류를 제어하는 컨트롤러 및
교류와 직류, 주파수, 상수를 변환하는 컨버터를 포함하여 구성되며,
상기 보도 블록은;
상기 태양전지 상부에 상기 태양전지의 보호를 위해 위치하여 태양광을 흡수하는 폴리카보네이트;
상기 태양전지의 하부에 위치하고 상기 태양전지를 수용하도록 상부에 홈이 구비되며 상기 태양전지와 압전소자를 분리하는 분리막;
상기 분리막의 하부에 위치하고 하측은 상측에 비해 상대적으로 폭이 감소되는 부분을 가지며, 하면은 아래로 집중하여 압력을 주기 위해 볼록한 산과 골이 형성되어 보행자의 압력 및 진동력을 상기 압전소자에 전달하는 충격층;
상기 충격층의 하부에 위치하고 상기 충격층의 폭이 감소된 하측 부분과 상기 압전소자를 수용하는 홈이 상면에 구비되는 지지층; 및
상기 충격층의 상부에 폭이 넓은 부분의 하면과 상기 지지층의 상면 사이에 설치되어 상기 충격층의 상하 작용을 하도록 하는 충격흡수층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
압전 태양광 보도블록
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|---|---|---|---|
| KR1020160161485A KR101973243B1 (ko) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 압전 태양광 보도블록 |
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| KR20180062512A KR20180062512A (ko) | 2018-06-11 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101973243B1 (ko) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR102297309B1 (ko) | 2020-07-15 | 2021-09-02 | 경민수 | 스마트 보도블록 기반의 도로 제어 방법, 장치 및 시스템 |
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| CN114855525A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-08-05 | 张淼 | 一种用于风景园林的光压联合发电多功能铺砖 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101279777B1 (ko) * | 2012-01-19 | 2013-06-28 | (주)로드원 | 시각장애인용 점자보도블럭 |
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-
2016
- 2016-11-30 KR KR1020160161485A patent/KR101973243B1/ko active IP Right Grant
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