KR20110061074A - 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템 - Google Patents

염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 태양광을 전기에너지로 전환하는 염료감응 태양전지 모듈; 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 저장되는 저장 모듈; 환풍기를 작동시키기 위한 구동모터; 외부로부터 상기 구동모터의 작동신호를 무선으로 수신하는 무선신호 수신기; 및 상기 무선신호 수신기로부터 작동신호를 전달받은 경우 상기 저장 모듈에 저장된 전기에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 작동신호의 전달 여부와 무관하게 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 상기 저장 모듈에 저장하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템을 제공한다.
염료감응 태양전지, 환기 시스템, CPU, 파워 콘트롤러, 모터 콘트롤러, 구동모터, 센서, 리모트 콘트롤러

Description

염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템{Ventilation System with Dye-Sensitized Solar Cell}
본 발명은 환기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 태양전지에 비해 다양한 장점을 보유하고 있는 염료감응 태양전지를 동력원으로 하여 탁한 실내공기를 쾌적한 공기로 환기시키는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 집이나 사무실 등의 밀폐된 실내공간에서는 사람의 호흡에 의해 시간이 지나면서 이산화탄소(CO2)의 함량이 증가하게 되고, 이러한 현상은 사람의 호흡에 지장을 주게 된다.
따라서, 집이나 사무실 등에는 밀폐된 실내공간의 탁해진 공기를 실외로 배출시키고 실외의 쾌적한 공기를 실내로 유입시킴으로써 실내공기를 환기시키는 환기 시스템이 설치된다.
환기 시스템은 크게 자연 환기 방식과 강제 환기 방식으로 분류될 수 있다. 자연 환기 방식은 환풍구의 개폐를 통해 환기를 조절하는 방식이다. 구동모터에 의해 환풍구가 개방되면 외부의 공기가 자연스럽게 실내공간으로 유입되고, 구동모터 에 의해 환풍구가 밀폐되면 외부 공기의 유입이 차단된다. 강제 환기 방식은 환기팬의 작동 여부에 의해 환기를 조절하는 방식이다. 구동모터에 의해 환기팬이 작동하면 외부의 공기가 강제적으로 실내공간으로 유입되고, 환기팬의 작동이 정지되면 외부 공기의 강제적 유입이 차단된다. 자연 환기 방식 및 강제 환기 방식은 구동모터에 전력을 공급하는 전원부를 구비한다.
한편, 근래에는 화석에너지의 고갈이 임박함에 따라 화석에너지를 대체할 수 있는 대체에너지, 예컨대 조수 간만의 차, 풍력, 태양력 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 이들 대체에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술들도 다양하게 제시되고 있다.
태양력을 이용하여 전기에너지를 생산하는 방법은 크게 태양열을 이용하여 전기에너지를 생산하는 방법과 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 방법으로 분류될 수 있는데, 통상적으로 태양전지라고 칭해지고 있는 전지는 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 방법 중 하나이다. 태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지는 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다.
종래에는 태양전지로 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양전지가 많이 사용되어 왔다. 그러나 실리콘 태양전지는 제조시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이어서 제조비용이 높고, 태양광을 전기에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.
실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기재료를 사용한 태양 전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 매우 저렴한 염료감응 태양전지가 많은 주목을 받고 있다.
염료감응 태양전지는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로서, 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물이 코팅된 반도체 전극과 전도성 금속 또는 탄소나노튜브(CNT) 등이 코팅된 상대전극, 그리고 요오드계 산화-환원 전해질로 구성된다.
본 발명은 실리콘 태양전지에 비해 다양한 장점을 보유하고 있는 염료감응 태양전지와, 환풍구를 개폐할 때 또는 환풍팬을 작동시킬 때 상기 염료감응 태양전지로부터 발생된 전기에너지를 이용하여 구동하는 구동모터와, 상기 구동모터를 구동시킬 때 필요한 주변기기들을 구비하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 태양광을 전기에너지로 전환하는 염료감응 태양전지 모듈; 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 저장되는 저장 모듈; 환풍기를 작동시키기 위한 구동모터; 외부로부터 상기 구동모터의 작동신호를 무선으로 수신하는 무선신호 수신기; 및 상기 무선신호 수신기로부터 작동신호를 전달받은 경우 상기 저장 모듈에 저장된 전기에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 작동신호의 전달 여부와 무관하게 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 상기 저장 모듈에 저장하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템을 제공한다.
바람직하게 상기 저장 모듈에 저장된 전기에너지가 상기 구동모터를 구동시키기에 충분하지 않다고 판단한 경우, 상기 제어부는 별도로 마련된 보조 동력원에 저장된 전기에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동시킨다.
바람직하게 상기 환기 시스템은, 실내공간의 오염상태를 감지한 후 상기 오염상태가 미리 설정된 상태보다 악화된 경우 상기 작동신호를 상기 무선신호 수신기로 송신하는 센서를 포함한다.
바람직하게 상기 저장 모듈은 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 버려지는 현상을 방지할 수 있도록 복수의 축전기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 상기 복수의 축전기 모두에 동시 저장하며, 상기 제어부는 상기 복수의 축전기에 저장된 전기에너지를 동시에 이용하여 상기 구동모터를 구동시킨다.
바람직하게 상기 저장 모듈에 전기에너지가 더 이상 저장될 수 없다고 판단한 경우 상기 제어부는 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 전자기기의 배터리를 충전시키기 위한 충전기로 공급한다. 이때, 상기 제어부는 상기 무선신호 수신기로 신호를 전송하기 위해 구비된 리모트 콘트롤러에 신호를 송신하고 신호를 수신한 상기 리모트 콘트롤러는 알림음을 발생시키는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 의하면, 태양광이라는 자연에너지가 동력원으로 사용되기 때문에 에너지가 절약될 수 있다. 또한, 실리콘 태양전지 모듈이 사용된 경우에 비해 시스템 구축 비용이 절감되고, 시스템의 구조가 간단하며, 보다 다양한 형태의 창호에 태양전지 모듈이 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 보조 동력원이 구비되기 때문에 저장 모듈에 저장 된 전기에너지의 부족으로 인해 환기 시스템이 작동하지 못하는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 저장 모듈이 복수의 축전기를 포함하기 때문에 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 버려지는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 충전기를 통해 잉여 전기에너지가 타 전자기기 배터리의 충전에 활용될 수 있기 때문에 에너지 활용 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 실내공간의 오염상태를 감지하는 센서가 구비되기 때문에 오염상태가 미리 설정된 상태보다 악화된 경우 환기 시스템이 자동으로 작동될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템의 일실시예를 개념적으로 도시한 블럭도이다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템(100)은 염료감응 태양전지 모듈과(110)과, 저장 모듈(120)과, 구동모터(132)와, 무선신호 수신 기(140)와, 제어부(150)를 포함한다.
염료감응 태양전지 모듈(110)은 태양광을 전기에너지로 변환하기 위한 것으로, 직/병렬 연결된 복수의 단위셀로 이루어진다. 상기 단위셀은 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물이 코팅된 반도체 전극과, 전도성 금속 또는 그라파이트(graphite) 또는 탄소나노튜브(CNT) 등의 탄소화합물이 코팅된 상대전극, 그리고 요오드계 또는 아이오닉 리퀴드 등의 산화-환원 전해질을 포함한다.
저장 모듈(120)에는 염료감응 태양전지 모듈(110)에서 발생한 전기에너지가 저장되고, 구동모터(132)는 저장 모듈(120)에 저장된 전기에너지를 이용하여 환풍기(130)를 작동시킨다. 여기서, 환풍기(130)는 자연 환기 시 개폐되는 환풍구를 구비하는 장치와 강제 환기 시 작동하는 환풍팬을 구비하는 장치를 모두 포함하는 상위 개념을 의미한다.
무선신호 수신기(140)는 외부로부터 구동모터(132)의 작동신호를 무선으로 수신하여 제어부(150)로 전달한다. 상기 무선신호 수신기(140)는 상기 작동신호를 사용자의 조작이 가능하도록 구비된 리모트 콘트롤러(170)로부터 수신하거나, 소정의 공간에 구비된 센서(160)로부터 수신한다. 여기서, 상기 센서(160)는 실내공간의 오염상태를 감지한 후, 상기 오염상태가 미리 설정된 상태보다 악화된 경우 상기 작동신호를 무선신호 수신기(140)로 송신한다.
제어부(150)는 CPU(152)와, 파워 콘트롤러(154)와, 모터 콘트롤러(156)를 포함한다. CPU(152)는 무선신호 수신기(140)로부터 상기 작동신호를 전달받아 파워 콘트롤러(154)로 전달한다. 파워 콘트롤러(154)는 CPU(152)로부터 전달받은 작동신 호를 모터 콘트롤러(156)로 전달하고, 상기 작동신호를 전달받았는지 여부와 무관하게 염료감응 태양전지 모듈(110)에서 발생된 전기에너지를 저장 모듈(120)에 저장한다. 모터 콘트롤러(156)는 파워 콘트롤러(154)로부터 작동신호가 전달되면 저장 모듈(120)에 저장된 전기에너지를 구동모터(132)로 공급한다.
이상과 같이 이루어진 환기 시스템(100)에 의하면, 태양광이라는 자연에너지가 동력원으로 사용되기 때문에 에너지가 절약될 수 있다. 또한, 실리콘 태양전지 모듈이 사용된 경우에 비해 시스템 구축 비용이 절감될 수 있을 뿐만 아니라, 보다 다양한 형태의 창호에 태양전지 모듈이 설치될 수 있다. 또한, 태양을 추종하기 위한 설비가 구비될 필요가 없기 때문에 실리콘 태양전지 모듈이 사용된 경우에 비해 시스템의 구조가 간단할 뿐만 아니라 시스템 구축 비용이 절감될 수 있다.
한편, 상기 환기 시스템(100)은 독립적으로 구비된 보조 동력원(180)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 보조 동력원(180)이 구비된 경우, 파워 콘트롤러(154)는 CPU(152)로부터 작동신호를 전달받은 후 우선 저장 모듈(120)에 저장된 전기에너지가 구동모터(132)를 구동시키기에 충분한지 여부를 판단하고, 그 결과를 모터 콘트롤러(156)에 전달한다. 모터 콘트롤러(156)는 전달받은 결과에 따라 저장 모듈(120) 또는 보조 동력원(180)에 저장된 전기에너지를 구동모터(132)로 공급한다. 즉, 파워 콘트롤러(154)에서 저장 모듈(120)에 저장된 전기에너지가 구동모터(132)를 구동시키기에 충분하다고 판단된 경우에는 저장 모듈(120)에 저장된 전기에너지를 구동모터(132)로 공급하고, 그렇지 않은 경우에는 보조 동력원(180)에 저장된 전기에너지를 구동모터(132)로 공급한다. 이와 같이 환기 시스템(100)이 보조 동력 원(180)을 구비하게 되면, 저장 모듈(120)에 저장된 전기에너지의 부족으로 인해 환기 시스템(100)이 작동하지 못하는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 상기 저장 모듈(120)은 복수의 축전기(122)를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 파워 콘트롤러(154)는 염료감응 태양전지 모듈(110)에서 발생된 전기에너지를 복수의 축전기(122) 모두에 동시 저장하며, 모터 콘트롤러(156)는 복수의 축전기(122)에 저장된 전기에너지를 동시에 이용하여 구동모터(132)를 구동시킬 수 있다. 그리고, 이의 대안으로, 파워 콘트롤러(154)는 염료감응 태양전지 모듈(110)에서 발생된 전기에너지를 복수의 축전기(122)에 순차적으로 저장하며, 모터 콘트롤러(156)는 전기에너지를 저장이 완료된 축전기(122)로부터 순차적으로 이용하여 구동모터(132)를 구동시킬 수도 있다. 위와 같이 저장 모듈(120)이 복수의 축전기(122)를 포함하게 되면, 염료감응 태양전지 모듈(110)에서 발생된 전기에너지가 버려지는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 상기 환기 시스템(100)은 타 전자기기의 배터리를 충전할 수 있도록 구비된 충전기(190)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 충전기(190)가 구비된 경우, 파워 콘트롤러(154)는 저장 모듈(120)에 전기에너지가 계속하여 저장될 수 있는지 여부를 판단하고, 만일 더 이상 저장될 수 없다고 판단하면 염료감응 태양전지 모듈(110)에서 발생된 전기에너지를 충전기(190)로 공급한다. 그리고, 이와 동시에 파워 콘트롤러(154)는 충전기(190)로 전기에너지가 공급되고 있다는 사실을 알리기 위한 신호를 CPU(152)를 통해 무선신호 수신기(140)로 전달한다. 이후, 무선신호 수신기(140)는 상기 신호를 리모트 콘트롤러(170)로 전송하고, 리모트 콘트롤 러(170)는 신호를 수신하여 알림음을 발생시킨다. 상기 알림음이 울린 경우, 사용자는 타 전자기기의 배터리를 충전기(190)에 결합하여 충전할 수 있다. 이와 같이 환기 시스템(100)에 충전기(190)가 구비될 경우, 잉여 전기에너지가 타 전자기기 배터리의 충전에 활용될 수 있기 때문에 에너지 활용 효율이 향상될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템의 일실시예를 개념적으로 도시한 블럭도이다.

Claims (6)

  1. 태양광을 전기에너지로 전환하는 염료감응 태양전지 모듈;
    상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 저장되는 저장 모듈;
    환풍기를 작동시키기 위한 구동모터;
    외부로부터 상기 구동모터의 작동신호를 무선으로 수신하는 무선신호 수신기; 및
    상기 무선신호 수신기로부터 작동신호를 전달받은 경우 상기 저장 모듈에 저장된 전기에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동시키고, 상기 작동신호의 전달 여부와 무관하게 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 상기 저장 모듈에 저장하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저장 모듈에 저장된 전기에너지가 상기 구동모터를 구동시키기에 충분하지 않다고 판단한 경우, 상기 제어부는 별도로 마련된 보조 동력원에 저장된 전기에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    실내공간의 오염상태를 감지한 후, 상기 오염상태가 미리 설정된 상태보다 악화된 경우 상기 작동신호를 상기 무선신호 수신기로 송신하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저장 모듈은 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 버려지는 현상을 방지할 수 있도록 복수의 축전기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 상기 복수의 축전기 모두에 동시 저장하며, 상기 제어부는 상기 복수의 축전기에 저장된 전기에너지를 동시에 이용하여 상기 구동모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저장 모듈에 전기에너지가 더 이상 저장될 수 없다고 판단한 경우 상기 제어부는 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지를 전자기기의 배터리를 충전시키기 위한 충전기로 공급하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 염료감응 태양전지 모듈에서 발생된 전기에너지가 상기 충전기로 공급 될 경우, 상기 제어부는 상기 무선신호 수신기로 신호를 전송하기 위해 구비된 리모트 콘트롤러에 신호를 송신하고 신호를 수신한 상기 리모트 콘트롤러는 알림음을 발생시키는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 이용한 환기 시스템.
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WO2017131306A1 (ko) * 2016-01-26 2017-08-03 엘지전자 주식회사 플렉서블 센서 모듈 및 이의 제조 방법

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