KR20130020005A - 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계기 시스템 - Google Patents

태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템은 통신위성과 신호를 송수신하는 통신부; 및 상기 통신부와 전기적으로 접속되며, 상용전원이 아닌 자체적으로 생성한 전원을 상기 통신부에 구동 전원으로 공급하는 자체 전원생성부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 위성통신 관련 중계기에 공급되는 전원공급원으로 일반 상용전원을 사용하지 않고, 태양광 및 풍력 발전에 의한 자체 전원을 사용함으로써 지진이나 태풍 등의 자연 재해 시 발생하는 전원공급 중단 사태의 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.

Description

태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계기 시스템{Satellite communication repeater system using solar and wind power}
본 발명은 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계기 시스템에 관한 것으로서, 특히 위성통신 관련 중계기에 공급되는 전원공급원으로 일반 상용전원을 사용하지 않고, 태양광 및 풍력 발전에 의한 자체 전원을 사용하도록 구성된 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템에 관한 것이다.
위성통신은 지상에서 전파를 송출할 때 통신위성으로 전파를 송출하여 지상의 다른 사용자에게 신호가 전달되도록 한다. 통신위성은 지상에서 송출된 전파를 수신하여 주파수를 변환, 증폭하여 지상을 향해 다시 송출하는 역할을 한다.
위성을 향하여 전파를 쏘아 올려주고, 위성이 다시 쏘아 내려주는 전파를 지상에서 수신하는 역할을 하는 곳을 지구국(earth station)이라고 부른다. 실제 통신은 송신자가 우선 지구국까지 신호를 보내고, 지구국이 상기 신호를 위성까지 쏘아 올리는 방식이다. 위성은 지구국에서 발사된 전파를 수신한 후 주파수를 변환, 증폭하여 다시 지구국으로 내려 보내준다. 지구국은 위성으로부터 수신된 신호를 최종 목적지인 상대방까지 보내, 송신자의 신호가 수신자에게까지 도달하게 한다.
도 1은 통신위성과 신호를 송수신하는 지구국 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 지구국 시스템은 안테나부(101), 트랜시버(transceiver) (미도시), 직교모드 변환기(Orthomode Transducer;OMT)(104), TRF(Tx Reject Filter)(105), BUC(Block Up Converter)(107), LNB(Low Noise Block)(109) 등으로 구성되는 실외 유니트(Out-Door Unit: ODU)(100) 장비와 셋 탑 박스(Set-top-box; STB) 형태의 실내 유니트(In-Door Unit: IDU)(110) 장비를 포함하여 구성된다.
실외 유니트(ODU)(100)의 안테나부(101)는 통신위성과 데이터 신호를 송수신하는 장치로, 임의의 반경의 반사판(102)과 피드혼(103)으로 구성된다.
그리고, 실내 유니트(110)는 셋 탑 박스(Set-top-box)(112) 형태로 모뎀과 전력 공급장치(미도시)로 구성되어 있다.
그런데, 이상과 같은 위성통신의 지구국 시스템에 있어서 상기 실내 유니트 및 실외 유니트의 구성요소들에 전원을 공급하는 전력공급장치는 지진이나 태풍 등과 같은 자연 재해로 인해 고장이 발생하거나 동작에 이상이 생겨 전원을 제대로 공급하지 못하는 사태가 종종 발생한다. 그리고, 그로 인해 통신이 두절되어 위급한 상황 시 곤란을 겪게 되는 문제가 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 위성통신 관련 중계기에 공급되는 전원공급원으로 일반 상용전원을 사용하지 않고, 태양광 및 풍력 발전에 의한 자체 전원을 사용함으로써 지진이나 태풍 등의 자연 재해 시 발생하는 전원공급 중단 사태의 문제를 해결할 수 있는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 상용전원 공급이 불가능한 장소에서도 원활한 통신 서비스를 제공할 수 있는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템은,
통신위성과 신호를 송수신하는 통신부; 및
상기 통신부와 전기적으로 접속되며, 상용전원이 아닌 자체적으로 생성한 전원을 상기 통신부에 구동 전원으로 공급하는 자체 전원생성부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 통신부는 상기 통신위성으로부터의 신호를 수신하여 하위 장치로 전달하고, 하위 장치로부터의 신호를 전달받아 상기 통신위성으로 송신하는 안테나부와; 상기 안테나부를 통해 수신된 상기 통신위성으로부터의 신호를 전달받아 복조(demodulation)하여 중계기(repeater)로 전송하고, 중계기로부터의 신호를 전달받아 변조(modulation)하여 상기 안테나부로 전송하는 모뎀(modem)과; 사용자의 단말기로부터의 송신신호를 수신하여 위성통신에 적합한 형태로 1차 변환하여 상기 모뎀으로 전달하고, 상기 모뎀으로부터의 전송신호를 수신하여 사용자의 단말기와의 무선통신에 적합한 신호 형태로 변환하여 사용자의 단말기로 전송하는 중계기를 포함한다.
여기서, 상기 모뎀으로는 위성통신 모뎀이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 안테나부와 모뎀과 중계기를 연결하는 케이블로는 UTP (unshield twisted pair wire;비차폐연선)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 중계기에는 펨토셀(femtocell), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 기술이 사용될 수 있다.
또한, 상기 자체 전원생성부는 태양광을 이용하여 직류 전압을 생성하는 태양광 발전부와; 풍력을 이용하여 교류 전압을 생성하는 풍력 발전부와; 상기 태양광 발전부 및 풍력 발전부에 의해 생성된 전력을 저장하는 축전지(battery)와; 상기 태양광 발전부에 의해 생성된 직류 전압과 상기 풍력 발전부에 의해 생성된 교류 전압을 상기 축전지에 충전하는 동시에 상기 통신부 측으로 구동 전원을 공급하는 충전 컨트롤러(charge controller)와; 상기 충전 컨트롤러로부터 상기 통신부 측으로 공급되는 전원을 인계받아 상기 통신부의 모뎀과 중계기에 적합한 구동 전원으로 변환하여 공급하는 인버터(inverter)를 포함한다. 예를 들면, 인버터는 DC 12V의 축전지 전압을 AC 110V 또는 220V의 전압으로 변환하여 공급한다.
또한, 상기 충전 컨트롤러(charge controller)는 야간이나 일몰 후 태양광에 의한 발전이 없을 때 상기 축전지에 축전된 전류가 역류 또는 자연 소모가 되지 않도록 하는 역류 방지 회로(기능)를 갖는다.
또한, 상기 충전 컨트롤러는 상기 축전지의 수명을 보호하기 위해 축전지 전압이 종지 전압 근사치에 도달하면 과방전임을 표시하는 램프를 점등시키고, 축전지 소모를 중지시키는 과방전 방지 회로(기능)를 갖는다.
또한, 상기 충전 컨트롤러는 상기 축전지가 만충전이 되면 만충전임을 표시하는 램프가 점등되고 자동으로 과충전을 차단하고 부동전압 상태를 유지하는 만충전 회로(기능)를 갖는다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 위성통신 관련 중계기에 공급되는 전원공급원으로 일반 상용전원을 사용하지 않고, 태양광 및 풍력 발전에 의한 자체 전원을 사용함으로써 지진이나 태풍 등의 자연 재해 시 발생하는 전원공급 중단 사태의 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 통신위성과 신호를 송수신하는 지구국 시스템의 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 통신 중계 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
여기서, 본 발명에 대한 설명을 하기에 앞서 태양광 발전과 풍력 발전에 대하여 먼저 간략히 설명해 보기로 한다.
태양광 발전은 반도체 소자인 태양전지판에 햇빛을 쏘이면 광전자 효과를 일으켜 전기가 발생하는 원리를 이용하는 것으로, 무공해, 무소음, 무한 에너지로서 대표적인 대체에너지 이용 시스템의 하나이다. 태양광 발전 시스템은 일반적으로 태양전지로 구성된 모듈과, 제어기, 축전지 및 인버터로 구성되어 있으며, 시스템 의 이용방법에 따라 산간, 벽지 및 섬 등의 원격지와 주택에 설치되는 독립형 시스템과 외부의 전선에 연결하여 사용되고 남은 잉여전력을 전력회사에 판매하는 계통연계형 시스템, 태양광 발전기에 디젤발전, 풍력발전 등을 복합적으로 연결하여 발전하는 하이브리드 시스템 등으로 구분할 수 있다.
풍력 발전은 자연 상태의 무공해 에너지원으로 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술로서, 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템이다.
그러면, 이상과 같은 태양광 발전 및 풍력 발전을 이용하는 본원 발명의 통신 중계 시스템에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 통신 중계 시스템의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템은, 크게 통신부(210)와 자체 전원생성부(220)를 포함한다.
상기 통신부(210)는 통신위성(190)과 신호를 송수신한다.
상기 자체 전원생성부(220)는 상기 통신부(210)와 전기적으로 접속되며, 상용전원이 아닌 자체적으로 생성한 전원을 상기 통신부(210)에 구동 전원으로 공급한다.
여기서, 상기 통신부(210)는, 상기 통신위성(190)으로부터의 신호를 수신하여 하위 장치로 전달하고, 하위 장치로부터의 신호를 전달받아 상기 통신위성(190)으로 송신하는 안테나부(211)와; 상기 안테나부(211)를 통해 수신된 상기 통신위성(190)으로부터의 신호를 전달받아 복조(demodulation)하여 중계기(repeater) (213)로 전송하고, 중계기(213)로부터의 신호를 전달받아 변조(modulation)하여 상기 안테나부(211)로 전송하는 모뎀(modem)(212)과; 사용자의 단말기(191)로부터의 송신신호를 수신하여 위성통신에 적합한 형태로 1차 변환하여 상기 모뎀(212)으로 전달하고, 상기 모뎀(212)으로부터의 전송신호를 수신하여 사용자의 단말기 (191)와의 무선통신에 적합한 신호 형태로 변환하여 사용자의 단말기(191)(예를 들면, 3G phone)로 전송하는 중계기(213)를 포함한다.
여기서, 상기 모뎀(212)으로는 위성통신 모뎀이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 안테나부(211)와 모뎀(212)과 중계기(213)를 연결하는 케이블로는 UTP(unshield twisted pair wire;비차폐연선)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 중계기(213)에는 펨토셀(femtocell), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 기술이 사용될 수 있다. 여기서, 또한 이와 같은 중계기(213)와 사용자의 단말기(191) 간의 무선통신용 주파수로는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)나 GSM(Global System for Mobile communication) 기반 대역의 주파수가 사용될 수 있다.
또한, 상기 자체 전원생성부(220)는 태양광을 이용하여 직류 전압을 생성하는 태양광 발전부(221)와; 풍력을 이용하여 교류 전압을 생성하는 풍력 발전부 (222)와; 상기 태양광 발전부(221) 및 풍력 발전부(222)에 의해 생성된 전력을 저장하는 축전지(battery)(223)와; 상기 태양광 발전부(221)에 의해 생성된 직류 전압과 상기 풍력 발전부(222)에 의해 생성된 교류 전압을 상기 축전지(223)에 충전하는 동시에 상기 통신부(210) 측으로 구동 전원을 공급하는 충전 컨트롤러(charge controller)(224)와; 상기 충전 컨트롤러(224)로부터 상기 통신부(210) 측으로 공급되는 전원을 인계받아 상기 통신부(210)의 모뎀(212)과 중계기(213)에 적합한 구동 전원으로 변환하여 공급하는 인버터(inverter)(225)를 포함한다. 여기서, 인버터(225)는 예를 들면, DC 12V의 축전지 전압을 AC 110V 또는 220V의 전압으로 변환하여 공급한다.
또한, 상기 충전 컨트롤러(224)는 야간이나 일몰 후 태양광에 의한 발전이 없을 때 상기 축전지(223)에 축전된 전류가 역류 또는 자연 소모가 되지 않도록 하는 역류 방지 회로(기능)를 갖는다.
또한, 상기 충전 컨트롤러(224)는 상기 축전지(223))의 수명을 보호하기 위해 축전지(223) 전압이 종지전압 근사치에 도달하면 과방전임을 표시하는 램프를 점등시키고, 축전지 소모를 중지시키는 과방전 방지 회로(기능)를 갖는다.
또한, 상기 충전 컨트롤러(224)는 상기 축전지(223)가 만충전이 되면 만충전임을 표시하는 램프가 점등되고 자동으로 과충전을 차단하고 부동전압 상태를 유지하는 만충전 회로(기능)를 갖는다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 통신 중계 시스템에 있어서, 사용자의 단말기(191)로부터 무선 송출된 신호는 중계기(213)에 의해 수신되고, 중계기(213)는 사용자의 단말기(191)로부터의 수신신호를 위성통신에 적합한 형태로 1차 변환하여 상기 모뎀(212)으로 전달한다. 그러면, 모뎀(212)은 중계기(213)로부터의 신호를 전달받아 변조(modulation)하여 상기 안테나부(211)로 전송한다. 안테나부(211)는 모뎀(212)으로부터의 신호를 전달받아 통신위성(190)으로 송신한다. 그러면, 통신위성(190)은 지상의 다른 안테나부로 수신 신호(전파)의 주파수를 변환하여 전송한다.
한편, 통신위성(190)은 지상의 다른 안테나부로부터의 송신 신호를 수신하여, 수신 신호(전파)의 주파수를 변환하여 상기 안테나부(211)로 전송하고, 그 신호를 수신한 안테나부(211)는 그것을 상기 모뎀(212)으로 전달한다. 그러면, 모뎀 (212)은 수신 신호를 복조하여 중계기(213)로 전송하고, 중계기(213)는 모뎀(212)으로부터의 전송신호를 수신하여 사용자의 단말기(191)와의 무선통신에 적합한 신호 형태로 변환하여 사용자의 단말기(191)로 전송한다.
이상과 같은 일련의 통신 과정에 있어서, 상기 자체 전원생성부(220)는 상용전원이 아닌 자체적으로 생성한 전원을 상기 통신부(210)에 구동 전원으로 공급한다. 즉, 자체 전원생성부(220)는 태양광 발전부(221)에 의해 태양광을 이용하여 직류 전압을 생성하고, 풍력 발전부(222)에 의해 풍력을 이용하여 교류 전압을 생성한다. 그러면, 충전 컨트롤러(224)는 상기 태양광 발전부(221)에 의해 생성된 직류 전압과 상기 풍력 발전부(222)에 의해 생성된 교류 전압을 축전지(223)에 충전하는 동시에 상기 통신부(210) 측으로 구동 전원을 공급한다. 이때, 인버터(225)는 상기 충전 컨트롤러(224)로부터 상기 통신부(210) 측으로 공급되는 전원을 인계받아 상기 통신부(210)의 모뎀(212)과 중계기(213)에 적합한 구동 전원으로 변환하여 공급한다. 예를 들면, 인버터(225)는 DC 12V의 축전지 전압을 AC 110V 또는 220V의 전압으로 변환하여 공급한다. 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 또한 상기 충전 컨트롤러(224)는 역류 방지 회로(기능)를 작동시켜 야간이나 일몰 후 태양광에 의한 발전이 없을 때 축전지(223)에 축전된 전류가 역류 또는 자연 소모가 되지 않도록 한다.
또한, 상기 충전 컨트롤러(224)는 과방전 방지 회로(기능)를 작동시켜 축전지(223)의 수명을 보호하기 위해 축전지(223) 전압이 종지전압 근사치에 도달하면 과방전임을 표시하는 램프를 점등시키고, 축전지 소모를 중지시킨다.
또한, 상기 충전 컨트롤러(224)는 만충전 회로(기능)를 작동시켜 축전지 (223)가 만충전이 되면 만충전임을 표시하는 램프를 점등하고, 자동으로 과충전을 차단하고 부동전압 상태를 유지한다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 태양광 및 풍력 발전을 이용한 통신 중계 시스템은 위성통신 관련 중계기에 공급되는 전원공급원으로 일반 상용전원을 사용하지 않고, 태양광 및 풍력 발전에 의한 자체 전원을 사용함으로써 지진이나 태풍 등의 자연 재해 시 발생하는 전원공급 중단 사태의 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 실외 유니트 101: 안테나부(101),
102: 반사판 103: 피드혼
104: 직교모드 변환기(Orthomode Transducer;OMT)
105: TRF(Tx Reject Filter) 107: BUC(Block Up Converter)
109: LNB(Low Noise Block) 110: 실내 유니트
112: 셋 탑 박스(Set-top-box; STB)
190: 통신 위성 191: 사용자 단말기
210: 통신부 211: 안테나부
212: 모뎀 213: 중계기
220: 자체 전원생성부 221: 태양광 발전부
222: 풍력 발전부 223: 축전지
224: 충전 컨트롤러 225: 인버터

Claims (9)

  1. 통신위성과 신호를 송수신하는 통신부; 및
    상기 통신부와 전기적으로 접속되며, 상용전원이 아닌 자체적으로 생성한 전원을 상기 통신부에 구동 전원으로 공급하는 자체 전원생성부를 포함하는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 통신위성으로부터의 신호를 수신하여 하위 장치로 전달하고, 하위 장치로부터의 신호를 전달받아 상기 통신위성으로 송신하는 안테나부;
    상기 안테나부를 통해 수신된 상기 통신위성으로부터의 신호를 전달받아 복조(demodulation)하여 중계기(repeater)로 전송하고, 중계기로부터의 신호를 전달받아 변조(modulation)하여 상기 안테나부로 전송하는 모뎀(modem); 및
    사용자의 단말기로부터의 송신신호를 수신하여 위성통신에 적합한 형태로 1차 변환하여 상기 모뎀으로 전달하고, 상기 모뎀으로부터의 전송신호를 수신하여 사용자의 단말기와의 무선통신에 적합한 신호 형태로 변환하여 사용자의 단말기로 전송하는 중계기를 포함하는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모뎀은 위성통신 모뎀인, 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 안테나부와 모뎀과 중계기를 연결하는 케이블은 UTP(unshield twisted pair wire;비차폐연선)인, 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 중계기에는 펨토셀(femtocell), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 중의 어느 하나의 기술이 사용되는,태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자체 전원생성부는,
    태양광을 이용하여 직류 전압을 생성하는 태양광 발전부와; 풍력을 이용하여 교류 전압을 생성하는 풍력 발전부;
    상기 태양광 발전부 및 풍력 발전부에 의해 생성된 전력을 저장하는 축전지(battery);
    상기 태양광 발전부에 의해 생성된 직류 전압과 상기 풍력 발전부에 의해 생성된 교류 전압을 상기 축전지에 충전하는 동시에 상기 통신부 측으로 구동 전원을 공급하는 충전 컨트롤러(charge controller); 및
    상기 충전 컨트롤러로부터 상기 통신부 측으로 공급되는 전원을 인계받아 상기 통신부의 모뎀과 중계기에 적합한 구동 전원으로 변환하여 공급하는 인버터(inverter)를 포함하는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전 컨트롤러(charge controller)는 야간이나 일몰 후 태양광에 의한 발전이 없을 때 상기 축전지에 축전된 전류가 역류 또는 자연 소모가 되지 않도록 하는 역류 방지 회로(기능)를 갖는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 충전 컨트롤러는 상기 축전지의 수명을 보호하기 위해 축전지 전압이 종지 전압 근사치에 도달하면 과방전임을 표시하는 램프를 점등시키고, 축전지 소모를 중지시키는 과방전 방지 회로(기능)를 갖는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 충전 컨트롤러는 상기 축전지가 만충전이 되면 만충전임을 표시하는 램프가 점등되고 자동으로 과충전을 차단하고 부동전압 상태를 유지하는 만충전 회로(기능)를 갖는 태양광 및 풍력 발전을 이용한 위성 통신 중계 시스템.
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