KR20090120704A - Repeater power supplying device using wind force and solar heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상용전원의 공급이 원활하지 않은 지역에서 태양력과 풍력을 이용하여 전원을 생성시키고 매순간 이동통신 중계기에 상기 전원을 안정적으로 공급하기 위한 전원공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply for a mobile communication repeater using wind power and solar power, and more particularly, to generate power using solar power and wind power in an area where commercial power supply is not smooth, and the power to the mobile communication repeater every moment. It relates to a power supply for stably supplying.
현대사회가 정보화사회로 돌입함에 따라 매우 신속하고 빈번한 정보 교환의 필요성이 대두되어 왔고, 이로 인해 이동통신 시스템이 매우 활발하게 개발되어 왔으며, 이의 가장 대표적인 방식이 셀룰러 통신방식이다. As the modern society enters the information society, the necessity of very rapid and frequent exchange of information has emerged. As a result, the mobile communication system has been actively developed, and the most representative method thereof is the cellular communication method.
셀룰러 통신방식은 일정 지역을 소정 갯수의 셀로 구분한 후 각 셀마다 해당 영역내의 통신중계를 위한 기지국을 설치하는 방식이다. 그러나, 상술한 셀룰러 시스템의 경우 셀의 설계 방식 및 장애물(산, 건물 등)의 존재 여부에 따라 그 통화품질의 차이가 크기 때문에 셀 설계자는 이러한 부분을 감안하여 적은 개수의 기지국을 가지면서도 통화불능지역을 최소화할 수 있도록 셀을 설계하여야 한다.The cellular communication method divides a predetermined area into a predetermined number of cells and installs a base station for communication relay in the corresponding area for each cell. However, in the case of the cellular system described above, since the call quality varies greatly depending on the design method of the cell and the presence of obstacles (mountains, buildings, etc.), the cell designer has a small number of base stations and is unable to talk in consideration of these factors. Cells should be designed to minimize the area.
더욱이, 단말기 사용자들은 언제 어디서나 누구와도 중단없이 통신하기를 희 망하는데, 기지국의 설치만으로 이러한 사용자들의 욕구를 완전하게 충족시키기에는 한계가 있다. 따라서, 상기 기지국이 커버하는 영역 내의 약신호지역 또는 통화불능 지역에 중계기를 구비시켜 통화품질의 개선을 추구하고 있는 실정이다. Moreover, terminal users hope to communicate with anyone without interruption anytime, anywhere, and there is a limit to completely satisfy these users' needs only by installing a base station. Therefore, the situation is pursued to improve the call quality by providing a repeater in the weak signal area or the area impossible to talk in the area covered by the base station.
상기 중계기는 약신호지역 또는 통화불능지역에 설치되는 장치이기 때문에 주로 지하상가, 지하철, 산간 도서지역 등에 설치된다. 상기 중계기가 지하상가나 지하철등의 지역에 설치되는 경우에는 상용전원의 공급이 원활하기 이루어질 수 있으나, 산간 도서지역에 설치되는 경우에는 중계기의 동작을 위한 구동전원의 공급이 매우 어려운 문제가 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 상기 중계기의 전원공급장치로 충전용 배터리를 이용하고는 있으나, 이러한 경우 해당 중계기를 지속적으로 관리하는 인력이 필요하기 때문에 소비자에게 부과되는 서비스요금이 상승 하게 되는 문제가 있다. The repeater is mainly installed in underground shopping malls, subways, mountain islands, etc., because the repeater is a device installed in a weak signal area or a non-talk area. When the repeater is installed in an area such as an underground shopping mall or a subway, the supply of commercial power may be smoothly provided. However, when the repeater is installed in a mountain island area, the supply of driving power for the operation of the repeater may be very difficult. In order to solve this problem, the rechargeable battery is used as a power supply of the repeater, but in this case, there is a problem in that the service fee imposed on the consumer is increased because a manpower for continuously managing the repeater is required.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치가 한국등록특허 제0283476호에 개시되어 있다.A repeater power backup device in a mobile communication system for solving such a problem is disclosed in Korean Patent No. 0283476.
상기 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치는 태양에서 방사되어 지표면에 도달하는 빛에 포함되어 있는 광량자의 충돌에 의해 내부의 전자를 방출시켜 축적하는 태양열 발전수단과, 지표면에서 발생되는 대기의 순환풍에 의해 전기를 발생시키고 이를 축적하는 풍력 발전수단과, 상기 태양열 발전수단과 풍력 발전수단에서 발생되는 전기신호의 크기를 입력받아 비교한 후 그 비교치에 따른 논리신호를 출력하는 비교수단과, 상기 비교수단에서 출력되는 논리신호의 상태에 따라 상기 태양열 발전수단과 풍력 발전수단에서 발생되는 전기중 어느 하나를 상기 중 계기측으로 전달하는 전원 공급경로 설정수단을 포함한다.The repeater power backup device in the mobile communication system includes solar power generation means for releasing and accumulating electrons internally by collision of photons contained in light emitted from the sun and reaching the earth's surface, and atmospheric wind generated from the earth's surface. Wind power generating means for generating electricity and accumulating the same, and comparing means for receiving and comparing the magnitudes of the electric signals generated by the solar power generating means and the wind power generating means, and outputting a logic signal according to the comparison value; And a power supply path setting means for transmitting any one of electricity generated from the solar power generating means and the wind power generating means to the instrument side according to the state of the logic signal output from the comparing means.
그러나, 이와 같은 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치에 의하면, 상기 풍력 발전수단에 구비되는 고정자가 전자석으로 이루어질 경우 상기 전자석을 여자시키기 위한 별도의 전원장치가 구비되어야 한다. 따라서, 상기 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치는 중계기의 전원공급장치로 충전용 배터리를 이용하였을 때 발생하는 문제를 완전하게 해소할 수 없다. However, according to the repeater power backup device in the mobile communication system, a separate power supply for exciting the electromagnet should be provided when the stator provided in the wind power generating means is made of an electromagnet. Accordingly, the repeater power backup device in the mobile communication system cannot completely solve the problem that occurs when the rechargeable battery is used as the power supply of the repeater.
또한, 상기 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치에 의하면, 태양열 발전수단과 풍력 발전수단에서 발생되어 저장된 전기에너지 중 어느 하나만이 상기 중계기측으로 전달된다. 따라서, 상기 태양열 발전수단에서 발생되어 저장된 전기에너지와 상기 풍력 발전수단에서 발생되어 저장된 전기에너지의 합은 상기 중계기를 작동시키기에 충분하나 이들 각각이 상기 중계기를 작동시키기에 부족한 경우 상기 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치는 상기 중계기를 작동시킬 수 없는 문제가 발생한다. In addition, according to the repeater power backup device in the mobile communication system, only one of the electrical energy generated and stored in the solar power generating means and the wind power generating means is transmitted to the repeater side. Therefore, the sum of the electric energy generated and stored in the solar power generating means and the electric energy generated and stored in the wind power generating means is sufficient to operate the repeater, but each of them is insufficient to operate the repeater in the mobile communication system. Repeater power backup device of the problem occurs that can not operate the repeater.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 풍력 발전수단에 구비되는 고정자가 전자석으로 이루어진 경우에도 상기 전자석을 여자시키기 위한 별도의 전원장치를 구비할 필요가 없고, 태양광 발전수단에서 발생되어 저장된 전기에너지와 풍력 발전수단에서 발생되어 저장된 전기에너지의 합이 중계기를 작동시키기에 충분하기만 하면 이들 각각이 상기 중계기를 작동시키기에 부족한 경우에도 상기 중계기를 작동시킬 수 있는 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.The present invention is to solve the problems as described above, even if the stator provided in the wind power generating means is made of an electromagnet, there is no need to provide a separate power supply for exciting the electromagnet, generated in the solar power generating means If the sum of the stored electrical energy and the generated electrical energy generated by the wind power generation means is sufficient to operate the repeater, each of them uses wind and solar power to operate the repeater even if it is insufficient to operate the repeater. It is an object of the present invention to provide a power supply for a mobile communication repeater.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 풍력에 의해 회전하는 날개의 운동에너지를 전기에너지로 변환하고, 이를 이동통신 중계기로 공급하는 발전기; 태양으로부터 방사되는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 태양광 발전수단; 및 입/출력단을 통해 상기 발전기로 전기에너지를 공급하거나 상기 발전기로부터 전기에너지를 공급받고, 입력단을 통해 상기 태양광 발전수단으로부터 전기에너지를 공급받으며, 출력단을 통해 상기 발전기에 구비된 고정자로 상기 고정자의 여자에 필요한 전기에너지를 공급하는 전기에너지 입/출력 유니트;를 포함하되, 상기 발전기는 자신이 생성한 전기에너지가 이동통신 중계기의 작동에 소요되는 전기에너지보다 작을 경우 그 부족분을 상기 전기에너지 입/출력 유니트로부터 공급받아 상기 이동통신 중계기로 공급하고, 클 경우 그 초과분을 상기 전기에너지 입/출력 유니트로 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치를 제공한다.In order to achieve the object as described above, the present invention includes a generator for converting the kinetic energy of the blades rotated by the wind into electrical energy, and supplying it to the mobile communication repeater; Photovoltaic power generation means for converting light energy radiated from the sun into electrical energy; And supplying electrical energy to the generator through an input / output terminal or receiving electrical energy from the generator, receiving electrical energy from the solar power generation means through an input terminal, and stator provided to the generator through an output terminal. And an electrical energy input / output unit for supplying electrical energy required for excitation of the generator. The generator may include an electric energy input and output shortage when the electrical energy generated by the generator is smaller than the electrical energy required for the operation of the mobile communication repeater. It provides a power supply device for a mobile communication repeater using wind and solar power, characterized in that it is supplied from the / output unit and supplied to the mobile communication repeater, and the excess is supplied to the electric energy input / output unit.
바람직하게 상기 전기에너지 입/출력 유니트는, 상기 태양광 발전수단으로부터 입력된 직류전압의 크기를 변경하여 출력하는 제1직류/직류 컨버터; 일측은 도선을 통해 상기 제1직류/직류 컨버터와 연결되고 타측은 상기 고정자와 연결되어, 상기 제1직류/직류 컨버터의 출력전압을 상기 고정자의 여자에 적합한 교류로 변경하는 제1직류/교류 컨버터; 상기 도선과 연결되어 상기 도선의 전기에너지를 충전하거나, 충전된 전기에너지를 상기 도선으로 방전하는 배터리; 및 일측은 상기 도선과 연결되고 타측은 상기 발전기와 연결되어, 상기 발전기로부터 공급된 교류를 직류전압으로 변경하여 상기 도선에 공급하거나 상기 도선의 직류전압을 교류로 변경하여 상기 발전기로 공급하는 제2직류/교류 컨버터;를 포함한다. Preferably the electrical energy input / output unit, the first direct current / direct current converter to change the magnitude of the DC voltage input from the photovoltaic means for outputting; A first DC / AC converter connected to the first DC / DC converter through a wire and the other side of the stator through a conductive wire to change an output voltage of the first DC / DC converter to an AC suitable for the excitation of the stator. ; A battery connected to the lead to charge electric energy of the lead or to discharge the charged electric energy to the lead; And a second side connected to the conductive wire and the other side connected to the generator, the second AC supplying the alternating current supplied from the generator to a DC voltage and supplying the conductive wire or the DC voltage of the conductive wire to AC to supply the generator. DC / AC converter.
이때, 상기 전기에너지 입/출력 유니트는, 일측은 상기 도선과 연결되고 타측은 상기 배터리와 연결되어 상기 도선으로부터 공급된 직류전압의 크기를 변경하여 상기 배터리에 충전하거나 상기 배터리로부터 방전된 직류전압의 크기를 변경하여 상기 도선에 공급하는 제2직류/직류 컨버터를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. At this time, the electrical energy input / output unit, one side is connected to the conductive wire and the other side is connected to the battery to change the magnitude of the DC voltage supplied from the conductive wire to charge the battery or discharged from the battery It is further preferable to further include a second DC / DC converter for changing the size and supplying the conductive wire.
바람직하게 상기 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치는 상기 발전기로부터 공급된 교류를 직류로 변환하고 이를 다시 상기 이동통신 중계기의 작동에 적합한 교류로 변환하여 상기 이동통신 중계기로 공급하는 교류/직류/교류 컨버터를 더 포함한다. Preferably, the power supply of the mobile communication repeater using the wind and solar power is to convert the AC supplied from the generator into a direct current and converts it into an alternating current suitable for the operation of the mobile communication repeater to supply to the mobile communication repeater AC / It further comprises a DC / AC converter.
본 발명에 의하면, 태양력을 이용하여 발생시킨 전기에너지를 이용하여 고정자를 여자시키기 때문에 풍력 발전수단에 구비되는 고정자가 전자석으로 이루어진 경우에도 상기 전자석을 여자시키기 위한 별도의 전원장치를 구비할 필요가 없는 효과가 발생한다.According to the present invention, since the stator is excited using electric energy generated by solar power, even if the stator provided in the wind power generation means is made of an electromagnet, there is no need to provide a separate power supply device for exciting the electromagnet. Effect occurs.
또한, 태양력에 의해 발생된 전기에너지와 풍력에 의해 발생된 전기에너지는 동일한 공간에 저장되기 때문에 태양력에 의해 발생되어 저장된 전기에너지와 풍력에 의해 발생되어 저장된 전기에너지의 합이 이동통신 중계기를 작동시키기에 충분하기만 하면 이들 각각이 상기 이동통신 중계기를 작동시키기에 부족한 경우에도 상기 중계기를 작동시킬 수 있는 효과가 발생한다.In addition, since the electric energy generated by solar power and the electric energy generated by wind power are stored in the same space, the sum of the stored electric energy generated by solar power and the generated electric energy generated by wind power operates the mobile communication repeater. If enough, each of them has an effect of operating the repeater even if it is insufficient to operate the mobile communication repeater.
이하, 본 발명에 따른 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치의 일실시예를 도시한 개념도이다.Hereinafter, exemplary embodiments of a power supply device for a mobile communication repeater using wind and solar power according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a power supply apparatus for a mobile communication repeater using wind and solar power according to the present invention.
본 발명에 따른 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치는 발전기(120)와, 태양광 발전수단(140)과, 전기에너지 입/출력 유니트(200)를 포함한다. Power supply device for a mobile communication repeater using wind and solar power according to the present invention includes a
상기 발전기(120)는 풍력에 의해 회전하는 날개(110)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 이동통신 중계기(160)로 공급한다. 구체적 으로 상기 날개(110)의 회전은 기어(130)에 의해 회전수가 변환되고, 상기 기어(130)는 변환된 회전수로 상기 발전기(120)에 구비된 회전자(124)를 회전시키며, 상기 발전기(120)에 구비된 고정자(122)는 회전하는 상기 회전자(124)와 상호작용하여 전기에너지를 발생시킨 후 이를 상기 이동통신 중계기(160)로 공급한다. The
이때, 상기 발전기(120)에서 발생한 전기에너지가 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지보다 클 경우, 즉, 상기 회전자(124)의 회전속도가 동기속도보다 클 경우 상기 회전자(124)의 회전속도와 상기 동기속도의 차에 상응하는 전기에너지는 상기 전기에너지 입/출력 유니트(200)로 공급된다. 반면, 상기 발전기(120)에서 발생한 전기에너지가 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지보다 작을 경우, 즉, 상기 회전자(124)의 회전속도가 동기속도보다 작을 경우 상기 회전자(124)의 회전속도와 상기 동기속도의 차에 상응하는 전기에너지가 상기 전기에너지 입/출력 유니트(200)로부터 상기 발전기(120)로 공급되어 상기 회전자(124)의 회전에 사용된다. 따라서, 상기 이동통신 중계기(160)에는 항상 일정한 크기의 전기에너지가 공급될 수 있다. At this time, when the electrical energy generated by the
상기 고정자(122)에서 발생된 전기에너지는 교류이나 상기 이동통신 중계기(160)를 작동시키기에 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 고정자(122)와 상기 이동통신 중계기(160) 사이에는 상기 고정자(122)에서 발생한 교류를 직류로 변환한 후 이를 다시 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 적합한 정격전압과 주파수를 갖는 교류로 변환하는 교류/직류/교류 컨버터(150)가 장착되는 것이 바람직하다.The electrical energy generated by the
상기 태양광 발전수단(140)은 태양으로부터 방사되는 빛에너지를 직류형태의 전기에너지로 변환한다. The photovoltaic
상기 전기에너지 입/출력 유니트(200)는 입/출력단(252)을 통해 상기 발전기(120)로 전기에너지를 공급하거나 상기 발전기(120)로부터 전기에너지를 공급받는다. 상기 발전기(120)로의 전기에너지 공급은 상기 발전기(120)에서 발생한 전기에너지가 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지보다 작을 경우 (회전자(124)의 회전속도가 동기속도보다 작을 경우)발생하고, 상기 발전기(120)로부터의 전기에너지 공급은 상기 발전기(120)에서 발생한 전기에너지가 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지보다 클 경우(상기 회전자(124)의 회전속도가 동기속도보다 클 경우) 발생한다. 상기 전기에너지 입/출력 유니트(200)가 공급하거나 공급받는 전기에너지의 양은 상기 발전기(120)에서 발생한 전기에너지와 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지의 차와 같다.The electrical energy input /
또한, 상기 전기에너지 입/출력 유니트(200)는 입력단(121)을 통해 상기 태양광 발전수단(140)으로부터 전기에너지를 공급받으며, 출력단(222)을 통해 상기 고정자(122)로 상기 고정자(122)의 여자에 필요한 전기에너지를 공급한다. 이때, 상기 출력단(222)을 통해 상기 고정자(122)로 공급되는 전기에너지의 크기는 항상 일정하다.In addition, the electric energy input /
위와 같은 기능을 수행하기 위해 상기 전기에너지 입/출력 유니트(200)는 제1직류/직류 컨버터(210)와, 제1직류/교류 컨버터(220)와, 배터리(240)와, 제2직류/교류 컨버터(250)를 포함한다.In order to perform the above function, the electric energy input /
상기 제1직류/직류 컨버터(210)는 상기 태양광 발전수단(140)으로부터 입력 된 직류전압의 크기를 변경하여 출력하기 위한 것으로, 일측은 상기 입력단(212)과 연결되고 타측은 한 쌍의 도선(214, 216)과 연결되도록 구비된다. The first direct current /
상기 제1직류/교류 컨버터(220)는 상기 제1직류/직류 컨버터(210)로부터 출력된 직류전압을 상기 고정자(122)의 여자에 적합한 교류로 변경하기 위한 것으로, 일측은 상기 한 쌍의 도선(21, 216)과 연결되고 타측은 상기 출력단(222)과 연결되도록 구비된다.The first DC /
상기 배터리(240)는 상기 한 쌍의 도선(214, 216)과 연결되어 상기 도선의 전기에너지를 충전하거나, 충전된 전기에너지를 상기 한 쌍의 도선(214, 216)으로 방전한다. 이때, 상기 한 쌍의 도선(214, 216)과 상기 배터리(240) 사이에는 제2직류/직류 컨버터(230)가 장착되는 것이 바람직하다. 상기 제2직류/직류 컨버터(230)는 상기 한 쌍의 도선(214, 216)으로부터 공급된 직류전압의 크기를 변경하여 상기 배터리(240)에 충전하거나 상기 배터리(240)로부터 방전된 직류전압의 크기를 변경하여 상기 한 쌍의 도선(214, 216)에 공급한다. 상기 한 쌍의 도선(214, 216)과 상기 배터리(240) 사이에 상기 제2직류/직류 컨버터(230)를 장착할 경우, 상기 배터리(240)의 선택폭을 넓힐 수 있는 장점이 있다.The
상기 제2직류/교류 컨버터(250)는 상기 발전기(120)로부터 공급된 교류를 직류전압으로 변경하여 상기 한 쌍의 도선(216, 214)에 공급하거나 상기 한 쌍의 도선(214, 216)의 직류전압을 교류로 변경하여 상기 발전기(120)로 공급하기 위한 것으로, 일측은 상기 한 쌍의 도선(214, 216)과 연결되고 타측은 상기 입/출력단(252)과 연결된다.The second DC /
이하, 상기 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치의 작동과정을 설명한다.Hereinafter, an operation process of the power supply device of the mobile communication repeater using the wind and solar power.
상기 태양광 발전수단(140)에 의해 발생된 전기에너지는 상기 제1직류/직류 컨버터(210)를 통해 상기 한 쌍의 도선(214, 216)으로 공급된다. 상기 한 쌍의 도선(214, 216)으로 공급된 전기에너지의 일부는 상기 제1직류/교류 컨버터(220)로 공급되어 상기 고정자(122)의 여자에 사용되고 나머지는 상기 제2직류/직류 컨버터(230)를 통해 배터리(240)에 저장된다. Electrical energy generated by the photovoltaic
이와 같은 상태에서 풍력에 의해 상기 날개(110)가 회전하면 상기 회전자(124)가 회전하여 상기 발전기(120)로부터 전기에너지가 발생된다. 이때, 상기 발전기(120)로부터 발생한 전기에너지가 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지보다 클 경우 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 만큼의 전기에너지는 이동통신 중계기(160)로 공급되고 나머지는 상기 제2직류/교류 컨버터(250)를 거쳐 상기 한 상의 도선(214, 216)으로 공급된다. 상기 한 쌍의 도선(214, 216)으로 공급된 전기에너지는 상기 고정자(122)의 여자에 사용되거나 상기 배터리(240)에 저장된다.In this state, when the
반면, 상기 발전기(120)로부터 발생한 전기에너지가 상기 이동통신 중계기(160)의 작동에 필요한 전기에너지보다 작을 경우, 그 부족분이 상기 한 쌍의 도선(214, 216)으로부터 제2직류/교류 컨버터(250)를 거쳐 상기 발전기(120)에 공급된다. 그리고, 상기 발전기(120)로 공급된 부족분은 상기 발전기(120)로부터 발생한 전기에너지와 함께 상기 이동통신 중계기(160)로 공급된다. 상기 한 쌍의 도 선(214, 216)으로부터 유출된 상기 부족분은 상기 배터리(240)로부터 방전되는 전기에너지 또는 상기 태양광 발전수단(140)으로부터 발생하는 전기에너지에 의해 실시간으로 보충된다.On the other hand, when the electrical energy generated from the
도 1은 본 발명에 따른 풍력과 태양력을 이용한 이동통신 중계기의 전원공급장치의 일실시예를 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a power supply apparatus for a mobile communication repeater using wind and solar power according to the present invention.
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