KR200468384Y1 - 지능형 신 재생 에너지 가로등 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하나의 태양광 가로등에 다수의 태양광 전지 모듈 또는 풍력 발전기와 같은 신 재생 에너지원과 대응되는 다수의 축전지를 구성하여 충전효율을 높여 전원 공급을 안정적으로 하였으며, 동시에 외부의 광량 검출 센서에서 광량을 검출하여 가로등 점등 시간과 출력을 제어하도록 함으로써 전력 소비를 최소한으로 하도록 출력을 제어함으로써 날씨에 따른 충전과 방전을 효율적으로 하고 예비적으로 한전 전원을 설치할 필요가 없도록 하는 신새생 에너지를 이용한 가로등 시스템에 관한 것이다.

Description

지능형 신 재생 에너지 가로등 시스템{New and Recycling Energy Street Lamp of Smart Type}

본 고안은 신재생 에너지 가로등 전원으로 태양광 전지 모듈 또는 풍력 발전기 등을 사용하고, 태양광 전지 모듈, 풍력 발전기의 에너지 변환 효율이 날씨에 따라 상이하고, 충전 효율이 좋은 날에 다수의 배터리를 충전하고, 외부의 광량을 검출하여 가로등 출력을 조절하는 것에 관한 것이다. 날씨가 쾌청한 날에는 태양광 전지의 충전 효율이 증가하고, 바람이 많은 날에는 풍력발전기의 발전 효율이 증가하여 배터리에 충전하는 전력량이 많고, 따라서 야간에 가로등을 점등하여 조명하는 것이 가능하나, 날씨가 흐린 날에는 태양광 전지 모듈의 충전 효율이 낮고, 바람이 적은 날에는 풍력 발전기의 발전 효율이 낮아서 야간에 가로등 조명을 할 수 없는 경우가 발생하여 한전 전력을 예비로 공급하기 위하여 예비 공급 전원을 설치하는 경우가 많다. 따라서 상기 가로등의 점등 시간과 용량을 고려하여 하루 동안 사용 가능한 전력을 충전하는 배터리#1을 구비함과 동시에 여분의 배터리#2 및 배터리#3를 구비하여 배터리#1이 충전이 완료되면 배터리#2를 충전하고 다시 배터리#3를 충전하도록 구성하는 것이다. 경우에 따라서 날씨가 흐려서 배터리#1의 충전 전력이 상기 가로등을 점등할 수 있는 양보다 적은 경우에는 배터리#1의 전력을 사용한 후 부족분을 여분의 배터리#2의 충전 전력에서 사용하는 방식으로 배터리 충전 운용을 효과적으로 하는 것에 관한 것이다. 또한 일출과 일몰에 대한 빛을 감지하여 감지된 빛을 이용하여 가로등의 조명 시간과 출력을 제어하도록 함으로써 태양광 전지 모듈을 효과적으로 충전하고 충전된 전력을 가로등 조명용으로 효과적으로 사용할 수 있는 것이다.

본 고안과 관련한 종래의 기술은 대한민국 등록 특허 등록번호 10-0868485호(2008.11.13일 공고)에 개시되어 있다. 도 1은 상기 등록 특허의 주요 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 태양광 가로등 및 그 제어 방법은 태양전지판에 입사되는 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양전지(110)와, 주변의 조명을 위해 발광되는 조명부(120)와, 주변의 광량 및 보행자를 감지하는 센서부(130)와, 상기한 태양전지(110)와 조명부(120) 및 센서부(130)를 지지하는 전주(140)로 구성되는 것이다. 상기 전주(140)는 한쪽 방향으로 테이퍼 기울기 즉, 상부측 직경보다 하부측으로 갈수록 점진적으로 넓어지는 직경으로 형성되어 이들이 지면에 수직으로 세워질 때 보다 안정감을 이루도록 지면에 고정되며, 상기 전주(140)의 최상부 측에는 태양을 바라보는 태양전지(110)와 지면을 지향하는 조명부(120) 및 센서부(130)가 설치되고, 상기 센서부(130)는 주변의 광량을 감지하는 광량감지센서(132)와 보행자를 감지하는 인체감지센서(131)로 구성되는 것이다. 이와 같은 구성된 태양광 가로등(10)은 일몰시, 상기 센서부(130)에서 주변의 광량을 감지하여 감지신호를 출력함으로써 일몰을 인지하여 조명부(120)가 발광되며, 이때 발광되는 조명부(120)는 정격발광출력의 50%이내의 범위에서 발광되고, 이후 보행자가 상기 가로등의 일정범위 내로 접근하면, 상기 센서부(130)에서 이를 감지하여 보행자 감지신호를 출력함으로써 상기 조명부(120)는 100% 발광출력하여 주변을 조명하는 것이다. 또한, 보행자가 상기 센서부(130)의 감지영역에서 이탈되면 상기 조명부(120)는 소정의 시간 동안 점차로 발광출력이 감소되고, 상기 시간이 완료되면, 다시 50%이내의 출력으로 발광하는 것이다. 여기서 정격출력은 상기 조명부(120)에서 발광된 광으로 인하여 주변의 사물이 명확하게 구분되어 질 수 있을 정도의 광출력으로써 통상 20~30Lux의 범위를 갖는 광출력에 해당하는 것이다. 따라서, 상기 조명부(120)의 정격출력이 30Lux일 경우라면, 보행자의 감지시 25Lux에서 30Lux의 광을 출력하고, 보행자의 미감지시에는 10~15Lux정도의 희미한 광을 출력하도록 상기 조명부(120)의 구동전원을 제어하도록 하는 것이다.

상기와 같은 종래의 태양광 가로등 시스템은 광검출 센서에 의하여 가로등 출력을 제어할 수 있으나, 태양광 전지를 효율적으로 충전하여 사용할 수 없는 문제점이 있으며, 전원을 안정적으로 공급할 수 없는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 고안의 목적은 태양광 전지 또는 풍력 발전기의 발전 전력을 다수의 배터리에 효율적으로 충전하였다가 가로등 전원으로 사용하기 위한 것이다. 또한 본 고안은 배터리를 다수 설치하고 배터리의 효율적 출력을 통하여 가로등 전원을 안정적으로 공급하기 위한 것이다.

상기와 같은 종래 태양광 가로등 시스템의 문제점을 해결하기 위한 본 고안은 하나의 태양광 가로등에 다수의 태양광 전지 모듈 또는 풍력발전기와 대응되는 다수의 축전지를 구성하여 충전효율을 높여 전원 공급을 안정적으로 하였으며, 동시에 외부의 광량을 검출하여 가로등 점등 시간과 출력을 제어하도록 함으로써 전력 소비를 최소한으로 하도록 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지를 이용한 가로등 시스템인 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 지능형 태양광 가로등은 다수의 축전지를 구비하여 날씨가 쾌청한 날에는 태양광 전지 또는 풍력발전기를 통하여 다수의 축전지를 충전하고 날씨가 흐려서 충전이 어려운 날에는 여분의 축전지에 기 충전된 전력을 사용하도록 함으로써 가로등 전원공급을 보다 안정적으로 할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 외부의 광량을 검출하여 초저녁 또는 새벽에 태양광 가로등의 출력량과 출력 시간을 조절하도록 제어함으로써 축전지 전력운영을 능률적으로 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래 태양광 가로등 제어 시스템의 구성도,
도 2는 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템 전체 구성도,
도 3은 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템의 축전지 충전 흐름도,
도 4는 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템의 축전지 방전 흐름도이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 고안을 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템 전체 구성도이다. 상기도 2에서 입력 제어부(20)에는 A 태양전지모듈(10),B 태양전지모듈 등으로 구성된 태양전지 모듈부가 접속되는 것으로 상기 태양전지 모듈의 출력 전압과 축전지 충전 전압을 비교하여 충전 전압과 동일하도록 태양전지 모듈들을 병렬 또는 직렬로 접속 형태를 변경하고 DC-DC 컨버팅을 하는 것이다. 상기에서 태양전지 모듈의 수는 겨울철 날씨를 기준으로 일일 주간 충전으로 가로등의 일일 야간 점등의 1.5배 이상을 감당할 수 있는 용량으로 하는 것이다. 상기에서 태양전지 모듈을 축전지 충전전원으로 예를 들었으나 풍력발전기와 같은 신재생 에너지를 전원으로 사용 가능한 것이다. 또한, 충전 제어부(30)는 입력 제어부(20)로부터 출력된 전력을 우선 순위를 정하여 충전을 하도록 제어하는 것이다. 예를 들어 축전지 #1(41), 축전지 #2(42), 축전지 #3(43) 등으로 구성된 축전지부에서 가로등 전원의 1차 공급원인 축전지 #1(41)을 우선 충전하도록 하고 상기 축전지 #1(41)이 충전이 완료된 것으로 판단되면, 축전지 #2(42)의 충전을 시작하도록 하는 것이다. 또한 축전지 #2(42)의 충전이 완료되면 다음 순으로 축전지 #3(43)의 충전을 시작하도록 제어하는 것이다. 상기에서 축전지 #1(41)의 충전용량은 1개의 가로등을 커버할 수 있는 용량으로 선정하고 충방전 회수를 고려하여 리튬이온 축전지 또는 리튬 폴리머 축전지, 또는 니켈 수소 이온 축전지와 같은 고가의 축전지를 메인으로 사용하고, 축전지 #2(42) 및 축전지 #3(43) 등은 축전지 #1(41) 보다 적은 용량과 값이 싼 일반 납축전지를 사용하여 전체적으로 비용을 줄이고 운용을 합리적으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기에서는 축전지 #3까지에 대하여 설명하였으나 상기 축전지의 수를 가로등 출력 및 축전지 용량에 따라 가감 조절할 수 있는 것이다. 상기와 같은 입력 제어부(20)와 충전 제어부(30)에 의하여 축전지 #1(41), 축전지 #2(42), 축전지 #3(43)의 충전을 하지만 상기 충전을 일별 날씨 상황 및 축전지 용량 및 태양전지 모듈의 수에 따라서 축전지 #1(41)에서 충전이 끝날 수도 있고 축전지 #3(43)까지 충전될 수도 있는 것이다.

주간 동안에 상기와 같이 충전된 축전지 #1(41), 축전지 #2(42), 축전지 #3(43) 등은 가로등 부하(50)를 조명하는데 가로등에 부착된 외부 광량 검출 센서(80)에서 검출된 광량을 광출력 제어부(70)로 전송하고 상기 광출력 제어부(70)는 상기 수신된 광량을 기준으로 초저녁 또는 새벽인지 여부를 판단하고 가로등 점등 시간과 가로등 출력을 결정하고 제어하는 것이다. 상기와 같이 광출력 제어부(70)에서 가로등 점등 시간과 출력이 결정되면 방전 제어부(60)는 먼저 축전지 #1(41)으로부터 가로등에 전력을 공급하도록 제어하고, 상기 축전지 #1(41)의 충전 전력량이 부족하면 축전지 #1(41)의 전력 공급을 중지하고 축전지 #2(42)로 가로등에 전력을 공급하도록 제어하는 것이다. 상기에서 축전지 #1(41)의 충전 전력량의 부족 여부는 출력 전압을 기준으로 하여 판단하도록 구성할 수 있는 것이다. 상기에서 가로등 점등 시간은 계절에 따라서 설정하며, 출력은 초저녁을 최대 출력의 30%, 초저녁과 야간 사이에는 최대 출력의 50%, 야간에는 최대 출력의 100% 등으로 설정할 수 있는 것이다.

도 3은 본 고안의 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템의 축전지 충전 흐름도이다. 상기도 3에서 태양광 전지 모듈에서 생산되는 전력 전압이 설정된 축전지 충전 전압과 일치하도록 태양광 전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 조합하고 DC-DC로 변경하여(S10) 축전지 #1에 충전을 시작하는 것이다. 축전지#1에 충전이 완료된 것으로 판단되면(S11) 축전지#2에 충전을 시작하고(S12), 축전지#1에 충전이 완료되지 아니하였으면 충전을 계속하도록 하는 것이다. 다음에는 축전지 #2의 충전완료 여부를 판단하고 충전이 완료되었으면(S13) 축전지 #3의 충전을 시작하고(S14), 축전지 #2의 충전이 완료되지 아니하였으면 충전을 계속하는 것이다. 다음에는 축전지 #3의 충전이 완료되면 종료되는 것이다(S15).

도 4는 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템의 축전지 방전 흐름도이다. 상기도 4에서 본 고안은 가로등 일측에 설치된 광량 검출 센서(80)에 의하여 외부의 광량을 검출하고(S20), 상기 검출된 광량과 설정된 기준 광량(상기에서 설정된 기준 광량은 새벽, 또는 초저녁의 평균 광량으로 설정할 수 있음)을 비교하여 가로등 조명 시간과 가로등 출력을 판단하고(S21), 먼저 축전지 #1에서 방전을 시작하는 것이고(S22), 다음에는 축전지 #1의 방전 가능성을 판단하여 축전지 #1의 방전이 과방전되어 수명이 단축되지 않도록 하는 것이다(S23). 축전지 #1의 방전이 완료되면 다음에는 축전지 #2의 방전을 시작하는 것이다(S25). 다음에는 축전지 #2의 방전 지속 가능 여부를 판단하고 과방전으로 판단되면(S26) 축전지 #3의 방전을 시작하고(S28) 축전지 #3의 방전이 완료되면 종료하는 것이다(S29). 상기 S23에서 축전지 #1에 의하여 지속 방전이 가능하면(S24) 야간 동안 점등하고 종료하는 것이다. 또한, 상기 S26에서 축전지 #2에 의하여 야간동안 방전을 지속할 수 있으면(S27) 방전하고 종료하는 것이다. 또한, 상기에서 광량에 따른 가로등 출력 제어는 가로등 점등 램프 수를 조절하는 방법과 소비 전력이 상이한 램프를 구비하고 스위칭하는 방법으로도 가능한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템은 하나의 가로등에 다수의 축전지를 구비함으로써 주간 날씨에 따른 충전을 충분히 하여 전력 공급의 안정성을 확보할 수 있으며, 또한 충전 후에는 야간에 주변 광량에 따라서 축전지 소모 전력을 조절할 수 있도록 하는 것이다. 따라서 본 고안 지능형 태양광 가로등 시스템은 도로변 가로등에 태양광 전지 모듈과 일반 배선을 통한 한전전력 공급라인을 이중으로 구축하는 이중화 시스템을 구축할 필요가 없도록 하는 장점이 있는 것이다.

10 :A 태양전지 모듈, 11 : B 태양전지 모듈,
20 : 입력 제어부, 30 : 충전 제어부,
41 : 축전지 #1, 42 : 축전지 #2,
50 : 가로등, 60 : 방전 제어부,
70 : 광출력 제어부, 80 : 광량 검출 센서,
110 : 태양전지, 120 : 조명부,
130 : 센서부, 140 : 전주

Claims (2)

1. 삭제
2. 신 재생 에너지원을 이용한 가로등 시스템에 있어서,
   상기 가로등 시스템은,
   가로등 1일 야간 점등 용량의 1.5배 이상의 1일 주간 충전 용량을 가지는 것으로 2개 이상의 태양전지 모듈로 구성된 신 재생 모듈부와;
   상기 신 재생 에너지 모듈부의 출력 전압과 축전지 충전 전압을 비교하여 충전 전압과 동일하도록 태양 전지 모듈들을 병렬 또는 직결로 접속 형태를 변경하고 DC-DC 컨버팅을 하는 입력 제어부와;
   상기 입력 제어부(20)에서 출력된 전력을 리튬계열 축전지 #1(41), 납 축전지 #2(42), 납 축전지 #3(43)로 구성된 축전지부에서 우선 순위를 정하여 충전을 하도록 제어하는 충전 제어부와;
   1개의 가로 등을 커버 할 수 있는 용량의 리튬계열 축전지 #1(41), 상기 리튬계열 축전지 #1(41)보다 적은 용량의 납 축전지 #2(42) 및 납 축전지 #3(43)로 구성된 축전지부와;
   가로등에 부착된 외부 광량 검출 센서(80)와;
   상기 광량 검출 센서에서 검출된 광량을 수신받고 상기 검출된 광량을 기초로 하여 초저녁 또는 새벽인지 여부를 판단하고 가로등 출력 및 가로등 점등시간을 결정하고 제어하는 광출력 제어부와;
   상기 광출력 제어부(70)에서 가로등 출력이 결정되면 먼저 리튬계열 축전지 #1(41)으로부터 가로등에 전력을 공급하도록 제어하고, 상기 리튬계열 축전지 #1(41)의 충전 전력량이 부족하면 리튬계열 축전지 #1(41)의 전력 공급을 중지하고 납 축전지 #2(42)로 가로등에 전력을 공급하도록 하되 초저녁인 것으로 판단되면 최대 출력의 30%, 초저녁과 야간 사이에는 최대 출력의 50% 및 야간에는 최대 출력의 100%를 공급하도록 제어하는 방전 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 신재생 에너지원을 이용한 가로등 시스템.

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