KR200211792Y1

KR200211792Y1 - 태양전지모듈을 사용하는 엘이디 발광장치 시스템

Info

Publication number: KR200211792Y1
Application number: KR2020000022072U
Authority: KR
Inventors: 황우성
Original assignee: 황우성
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-01-15

Abstract

본 고안은 태양전지를 이용한 발광장치로서 전광판, 전자기기 표시등과 같은 진열장치와 교통신호등, 도로표식장치 등에 적용되는 장치이다.

본 고안은 일반적으로 광원공급 수단으로 사용되는 태양집광기 또는 통상의 할로겐 또는 백열등을 이용하는 발광체에 있어서, 광원장치를 대체하여 엘이디(LE D) (Light Emitting Diode)를 설치하되 본 엘이디(LED)의 발광에 필요한 전원은 태양전지를 이용하여 발생된 전류를 축전지에 저장하여 전원으로 공급한다.

가상적으로 무료 전원을 공급하며, 수명이 길고(태양전지의 수명: 10~15년), 환경오염을 줄이며, 유지보수 등이 백열등(또는 할로겐 전구)에 비하여 대폭의 저가로 운영되는 장치이다.

Description

태양전지모듈을 사용하는 엘이디 발광장치 시스템{Solar Powered LED Light ing System}

본 고안은 엘이디(LED)에 의한 발광장치를 갖는 조명장치, 실내외 진열(Disp lay)장치, 신호등, 도로표식장치 등에 공급되는 전원을 태양광을 이용한 태양전지로 공급하여 가상적으로 무료전원을 공급함과, 결과적으로 수반되는 전력소모의 감소로 화석연료의 절감으로 환경오염 요인을 줄이며, 태양광을 집광기로서 태양전지에 집광하도록 한 것에 관한 것이다.

엘이디(LED)는 계산기, 카메라, 컴퓨터, 시계 등에 사용되어 왔으나, 최근에는 엘이디(LED)의 높은 광도와 여러 가지의 단색광을 발광되는 제품의 출현으로 조명연출용으로 다양하게 응용되고 있으며, 신호등 옥외광고용 간판 기타 다양하게 응용이 전 세계적으로 확산되고 있다

이와 같은 엘이디를 이용한 조명장치 및 옥외광고용 간판에 전원을 일반 전기를 사용하고 있다. 따라서 신호등이나 기타 도로상에 설치된 교통정보를 제공하는 도로 표지판을 엘이디로 한 경우 전기선을 끌어와야 하였기에 그만큼 번잡하고 많은 설치비용이 소요되며 전기 사용량에 따른 전력비도 상당하여 유지 보수하는데 많은 비용이 지출되고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안이 창안되었는데, 본 고안은 수명이 길고, 소비전력이 대폭 감소되며, 환경 친화적인 엘이디(LED)장치에 태양전지를 이용하여 가상적으로 무료전원을 공급하며, 동시에 조도가 균일한 발광체를 제공하며, 또한 화석연료 사용의 절감으로 에너지 절약 및 환경오염 요소를 줄이도록 하며, 태양광을 태양전지에서 전기로 변환하여 축전함에 있어 광집속기를 사용하여 광에너지를 전기에너지로 변환되는 태양전지의 효율을 높이도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 태양전지모듈을 사용하는 엘이디 발광장치 시스템의 개략 적 구성도

도 2는 본 고안의 시스템에 있어 발광엘이디장치의 개략적 단면 및 엘이디 개체의 연결회로도

도 3은 본 고안의 시스템에 있어 태양전지모듈의 개략적 구성도

도 4는 본 고안의 다른 실시예로서 태양광 집속기를 사용한 시스템의 구성도

도 5는 도 4의 실시예에 있어 사용가능한 태양광 집속기의 종류

***도면의 주요부분에 대한 간단한 설명***

1 : 엘이디 발광장치 2 : 태양전지모듈

3 : 축전기 4 : 전류공급조절장치

5 : 타이머 6 : 일반전원단자

7 : 전류변환기

도 1은 본 고안에 따른 태양전지모듈을 사용하는 엘이디 발광장치 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

본 고안에 따른 태양전지모듈을 사용하는 엘이디 발광장치 시스템은 태양광에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈(2)과 변환된 전기를 축적하는 축전기(3) 그리고 축전기(3)에 축적된 전기를 공급받아 빛을 발하는 엘이디 발광장치( 1)로 구성되고, 엘이디발광장치(1)와 축전기(3)사이에 전류공급조절장치 (4) 및 타이머(5)를 연결하고, 축전기(3)에는 태양광 부족시 부족한 전기공급을 위한 일반전기를 공급받을 수 있는 일반전원단자(6)를 형성하면서 교류전기를 직류전기로 변환하는 전류변환기(7)를 병설한다.

이와 같이 본 고안의 엘이디 발광장치 시스템은 발광전구(또는 조광기)를 대체하여 엘이디(LED)발광장치(1)를 설치하고 전구(또는 조광기)에 공급되는 일반전원(또는 태양광 집속장치)을 대체하여 태양전지모듈(2)을 이용하고 본 모듈에서 발생된 충분한 용량의 전력을 축전지(3)에 저장하고, 엘이디(LED)발광장치(1)는 특정한 전압과 전류를 사용하므로 전원공급 조절장치(4)를 사용하여 일정하고 조절된 특정전원을 엘이디(LED)장치에 공급한다.

엘이디(LED)발광장치(1)는 용도에 따라 동일한 색깔이거나 또는 서로 다른 색깔로 여러개의 엘이디(LED) 개체(10)의 집합으로 보통 형성되며, 각 엘이디(LED) 개체(10)는 특정한 량의 전류가 넘쳐 흐르면 타 버리므로 전류공급이 조절될 수 있는 저항(R)과 연결되어 회로를 구성하고 또한 특정한 일정한 전압이 공급되도록 함에 있어 직렬 또는 병열(도 2참조)로 연결되어야 한다. 신호등일 경우 등의 크기와 엘이디(LED)의 종류에 따라 색깔별로 20~400개 정도의 엘이디(LED)를 사용할 수 있다.

발광체로서 엘이디(LED)발광장치(1)를 구성하는 각 엘이디 개체(10)는 일반적으로 1W 미만(예: 1~4V; 10~40mA)의 직류전원을 소모하고 소형(직경: 3~5mm)이고, 발생하는 빛의 색깔에 따라 반도체 소자가 각 각 다르며, 일반적으로 적색은 AlGaAs(또는GaP:Zn), 청색은 GaN(또는 SiC), 초록색은 GaP:N, 노랑색은 GaAs 등을 사용한다. 백색은 청색 엘이디(LED)에 형광체(燐)를 부가하여 제작하기도 하며 특수한 반도체를 직접 사용하기도 한다.

엘이디(LED)발광장치(1)에 공급되는 전원장치인 태양전지모듈(2)는 [도 3]와 같이 일정한 크기의 여러 개의 반도체(Si 또는 GaAs 등)(21)가 요구되는 특정한 전압 및 전류에 따라 전기적으로 직열 및 병열로 연결하여 구성된 모듈(2)로서 본 모듈(2)은 태양광을 받으면 반도체의 특성에 의하여 전류가 발생한다. 태양광 에너지가 전기에너지로 변환되는 효율은 평면집광기를 사용하였을 때 지상에서 Si-반도체인 경우 약 12~14%이며 GaAs-반도체인 경우 약 18%이상이다. 본 전류는 축전지[예: 금 축전지(Gold Capacitor)]에 저장되고 공급전류는 조절장치(4)에서 조절된 특정한 전류와 전압이 엘이디(LED)에 공급된다. 신호등과 같이 일정한 시간간격의 점멸(ON-OFF 스위치작용)작동은 별개의 장치(5)에 의한다.

축전지(3)에 저장돤 전력은 또한 야간 또는 일사량이 낮은 기간 동안 계속하여 일정한 전원으로 공급된다. 계속된 일기 불순으로 인하여 전력축적을 할 수 없는 경우 일반 전원(6)에서 AC/DC 변환기(7)를 통하여 조절된 직류전력을 축전기(3)에 축전하여 엘이디(LED)발광장치(1)에 공급될 수 있다.

태양광을 이용한 태양전지장치(모듈)와 태양축전지는 일반화되어 있다. 사용되는 엘이디(LED)의 특성에 따라 일정한 전압과 전류를 계속적으로 공급하기 위하여 축전지(3)에 충분한 기전력을 공급할 수 있도록 태양전지의 면적을 설치장소의 일사량을 고려하여 조절하여야 한다. 축전지(3)로 금 축전지(Gold capacitor)를 사용하면 도로의 선 표식장치에 사용될 수 있는 엘이디(LED)점등장치는 한번의 충전으로 약 70시간 사용될 수 있으며, 저녘 때와 같이 약한 햇빛을 받아도 충전속도가 빠르며, 또한 본 축전지는 고온(약 70℃) 및 저온(약 -40℃)에서도 사용이 가능하다.

[도 4]는 본 고안의 다른 실시예로서 태양전지모듈의 에너지 변환효율을 높 이기위하여 태양전기모듈(2)에 보다 많은 태양광을 집속하도록 하기 위하여 태양광 집속기(8) 장치를 보여주는 본 고안의 시스템 개략도이다.

상술한 태양전지모듈(2)을 구성하는 반도체(21)의 에너지 변환효율은 태양광 집속기를 사용하면 집속비[=집속기의 개구면 면적/수광면(반도체) 면적의 비로 정의 함]에 따라 Si-반도체의 경우는 약 18%이상, GaAs-반도체 경우는 28%이상으로 에너지 변환효율을 높일 수 있다. [도 5]는 이러한 변환효율을 높이는 태양광 집속기(8, 8', 8')를 종류별로 도시한 것이다. 태양광 집속기는 [도 5]에 도시된 바와 같이 일반적으로 반사경이나 렌즈(Fresnel 렌즈)를 사용하는데, 여물통과 같은 2차원 반사경[도 5(a)] 또는 접시모양의 3차원 반사경[도 5(b)] 또는 렌즈[도 5(c)]로 구성될 수 있다. 집속비는 5~1,000 정도의 비율을 사용할 수 있으나 열적 및 경제적인 문제를 고려하여 150이하의 집속비를 사용하는 것이 적절하다. 태양광 집속기(8)를 사용할 경우 태양전지 모듈(2)의 반도체(21) 설치 면적을 집속비에 비례하여 줄일 수 있어 더욱 경제적이다.

그리고 장마철이나 기타 일기가 불순하여 태양전지 모듈(2) 만으로 충분한 전기를 사용할 수 없는 경우에는 단순히 AC/DC 변환기(7)를 포함한 일반 전기장치만을 사용하거나 또는 일반 축전지를 사용하여 전력을 공급 할 수 있다.

본 고안은 제반 조명장치, 진열장치 및 신호장치 등에 사용되는 엘이디(LED)장치에 태양전지로 전원을 공급하므로서 가상적으로 무료전원을 공급하거나, 또는 일반 전력소모를 최소화시킬 수 있다. 또한 균일한 광속(光束)을 공급할 수 있어 발광체의 빛의 밀도가 일정하다.

일반 전력소모의 최소화로 전기발전을 위한 화석연료 사용을 절감하므로서 환경오염을 줄일 수 있다.

태양광 집속기를 사용한 경제적인 태양전지의 응용이 다양해질 수 있다.

열광 램프 또는 광섬유를 이용하는 종래의 발광장치와는 달리 본 장치는 전력소모가 거의 없으며 수명이 길고 경제적이다. 신호등에 응용될 경우 백열등의 잦은 대치작업으로 인한 빈번한 교통혼잡 및 운전자의 불편이 대폭 줄어들며, 백열광에서 발산되는 유해 전자파로 인한 환경오염이 줄어들고 램프 교환시 교환작업자는 백열광의 영향을 받지 않는다. 또한 백열등과 같이 고열로 인한 분진이 발생하지 않아 환경 친화적이며, 본 고안에 따른 발광장치는 태양광을 전기에너지로 변환하여 구동하게되어 있어 일반전기 케이블이 배선되어 있지 않는 장소에 설치 가능하다.

집속기를 사용할 경우 반도체의 에너지 변환효율이 상승되고 동시에 반도체의 사용면적을 줄일 수 있어 더욱 경제적이다. 엘이디(LED)는 현재 빛의 3원색 및 흰색 등을 발광할 수 있으므로 각종 진열장치에 여러 광색의 조합(1,600만 가지)으로 연출할 수 있다.

Claims

발광체인 엘이디(LED)장치(1)와 태양전지 모듈(2)에서 생성되는 전력을 축전지(3)에 축적하여 조절된 특정한 전원을 엘이디(LED)에 공급하는 장치와의 합병을 구성의 특징으로 하는 발광장치.
제 1항에 있어서 태양전지모듈 장치에 태양에너지 집속기를 사용하여 태양전지의 변환효율을 높이는 전원공급장치와 엘이디(LED)장치와의 합병을 특징으로 하는 발광장치.