KR20150000570A

KR20150000570A - 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법

Info

Publication number: KR20150000570A
Application number: KR20130072768A
Authority: KR
Inventors: 김덕용; 김근영; 유승범
Original assignee: 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-05
Also published as: JP6140894B2; JP2016524805A; EP3016481A4; WO2014209002A1; EP3016481A1; US20160113089A1

Abstract

본 발명은 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법에 관한 것으로,가로등의 디밍을 제어하는 방법으로서, 상기 가로등은 각각 디밍제어가 가능한 다수의 조명부를 포함하고, 상기 다수의 조명부 중 적어도 하나 이상의 조명부는 다른 조명부에 비해 그 전력량이 작은 것을 특징으로 한다. 본 발명은 가로등에 마련된 다수의 엘이디를 차량의 진행방향에 따라 임의로 분할하고, 분할된 엘이디들을 각각 다른 정도로 디밍 제어하여 운전자가 느끼는 도로의 휘도 저하를 최소화할 수 있어 에너지를 절감하면서도 운전자가 느끼는 불편을 해소할 수 있는 효과가 있다.

Description

소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법{Street light dimming control method for reducing power consumption}

본 발명은 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법에 관한 것으로, 교통량을 고려한 시간에 따라 디밍 제어를 수행하되 소비전력을 더욱 절감할 수 있는 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법에 관한 것이다.

최근 전력의 소비량이 증가하면서 우리 나라에도 블랙 아웃의 발생 우려가 높아지고, 전력 소모가 많은 시간에 전력 소비를 줄일 수 있는 다양한 정책들이 제안되고 있다. 예를 들어 건물마다 에너지 소비 총량제를 시행하여 기준치를 넘어선 경우에 과징금을 추징하거나, 서울시의 점심시간 변경, 근무복 규정 변경, 지하철의 운행 간격 조정 등 다양한 방법이 시행되고 있다.

현재 도로에 설치된 가로등은 에너지 사용을 줄이기 위하여 주변의 조도에 따라 자동으로 점등 또는 소등되는 방식으로 운영되며, 소비전력이 상대적으로 낮은 엘이디를 광원으로 사용하는 가로등이 제안되고 있다.

그러나 엘이디 가로등을 전면 설치한다고 해도, 야간에는 상시 동일한 조도로 조명을 하게 되면, 차량의 운행이 적은 심야시간에는 불필요한 에너지를 낭비할 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 고려하여 공개특허 10-2012-0130424호(2012년 12월 3일 공개, 절전 시스템이 구비된 엘이디 가로등 및 그 절전 시스템)에는 차량의 통행 빈도와 관련하여 시간을 구분하고, 차량의 통행 빈도가 낮은 절전시간에는 가로등의 조도를 30% 낮추는 디밍제어를 수행하여 절전을 수행하는 기술에 대하여 기재되어 있다.

그러나 이는 하나의 엘이디 가로등에 포함되는 모든 엘이디들을 동시에 동일한 조도로 디밍 제어하는 것이며, 어느 정도의 절전 효과를 거둘 수 있으나 조도를 일괄적으로 낮춰 차량의 운전자가 인지하는 도로의 휘도는 더욱 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

이는 차량의 통행 빈도가 낮은 심야시간에 운행하는 차량의 운전자는 주변의 조도가 낮은 상태에서 쉽게 졸게 되거나, 고속 주행시 주변의 사물에 대한 인지가 낮아져 사고 발생의 위험을 높일 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 시간에 따라 조도를 낮추는 디밍 제어를 수행하되, 운전자가 느끼는 도로의 휘도 저하를 최소화할 수 있는 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법을 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 운전자가 느끼는 휘도가 종래의 디밍 방법과 동일한 조건에서 소비전력를 절감할 수 있는 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법은, 가로등의 디밍을 제어하는 방법으로서, 상기 가로등은 각각 디밍제어가 가능한 다수의 조명부를 포함하고, 상기 다수의 조명부 중 적어도 하나 이상의 조명부는 다른 조명부에 비해 그 전력량이 작은 것을 특징 특징으로 한다.

본 발명 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법은, 가로등에 마련된 다수의 엘이디를 차량의 진행방향에 따라 임의로 분할하고, 분할된 엘이디들을 각각 다른 정도로 디밍 제어하여 운전자가 느끼는 도로의 휘도 저하를 최소화할 수 있어 에너지를 절감하면서도 운전자가 느끼는 불편을 해소할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 차량의 진입측 엘이디들의 조도를 차량의 진출측 엘이디들의 조도에 비하여 높게 되도록 배광을 제어하여, 동일한 휘도 조건을 운전자에게 제공하면서도, 전력의 소모를 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법이 적용될 수 있는 가로등의 일부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법을 설명하기 위한 배광 모식도이다.
도 3과 도 4는 각각 모든 조명부에 24watt의 전력량을 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.
도 5와 도 6은 각각 제1 내지 제6조명부에 75.5watt의 전력량을 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.
도 7과 도 8은 각 조명부에 전력량을 차등 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.
도 9와 도 10은 제1 내지 제5조명부에 동일한 전력량을 공급하고, 제6조명부에 전력량을 차등 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법이 적용될 수 있는 가로등의 일부 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법을 설명하기 위한 배광 모식도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명은 하나의 가로등을 기준으로 차량(10)의 진행방향을 기준으로 디밍을 서로 다르게 제어할 수 있도록 분할된 제1 내지 제6조명부(1~6)를 가지는 가로등에 적용될 수 있다.

이때 조명부의 수량이나 가로등의 구조는, 이후에 설명될 본 발명의 구체적인 구성은 무관하며, 본 발명을 참조하여 당업자 수준에서 각각 디밍 제어가 가능한 조명부의 수량이나 가로등의 구체적인 구성은 변경실시 함이 가능하다.

도로의 가장자리에 설치되는 가로등은 그 설치위치에서 차량(10)의 진행방향은 항상 일정하며, 따라서 상기 제1 내지 제6조명부(1~6)는 차량(10)의 진행방향을 따라 순차적으로 도로를 조명하게 된다.

즉, 제1조명부(1)는 차량의 진입방향에서 가장 가까운 것이며, 가로등(20)이 인접하는 도로(30)를 주행하는 차량(10)은 시간의 진행에 따라 제1조명부(1)가 조명하는 영역(A1)부터 제2조명부(2)가 조명하는 영역(A2), 제3조명부(3)가 조명하는 영역(A3), 제4조명부(4)가 조명하는 영역(A4), 제5조명부(5)가 조명하는 영역(A5)을 지나 마지막으로 제6조명부(A6)가 조명하는 영역을 순차적으로 거처 지나게 된다.

이때 제1 내지 제6조명부(1~6) 각각은 그 디밍 정도를 결정하는 전력량(Wattage)가 결정되어 있으며, 통상 제1 내지 제6조명부(1~6) 모두가 동일한 전력량을 공급받아 도로(30) 면을 조명하게 된다.

상기 제1 내지 제6조명부(1~6)들 중 가장 가장자리에 위치하는 제1조명부(1)와 제6조명부(6)는 가로등(20)의 중심을 기준으로 가장 먼 영역을 조명하게 된다. 이때 가로등(20)에 의해 조명되는 도로의 면은 소정의 조도 평균값으로 조명되는 것이지만, 차량(10)의 운전자 입장에서 느끼는 도로(30)의 휘도는 제1 내지 제6조명부(1~6)의 배광에 따라 상대적으로 차이가 발생한다.

즉, 제1조명부(1)에서 발산된 광은 도로(30)에서 반사되어 차량(10)이 가로등(20)의 위치에 도착하기 전에 차량(10)의 전면측으로 반사되는 배광을 가지는 것으로, 동일한 조도인 경우라도 운전자 입장에서는 휘도가 더 높은 것으로 인식하게 된다. 반대로 제6조명부(6)에서 발산된 광은 차량(10)이 가로등(20)을 지난 상태에서 차량(10)의 후면부를 향하는 배광을 가지는 것으로, 운전자 입장에서는 해당 위치의 휘도가 더 낮은 것으로 인식하게 된다.

이와 같은 배광의 차이에 따른 운전자가 감지하는 휘도의 차이는 본 발명의 구성에 있어서 중요한 개념이 되며, 이러한 휘도 인지 특성의 차이를 이용하여 최소한의 전력량을 사용하여 법규에 만족하는 도로(30)의 휘도를 제공할 수 있다.

아래의 표 1은 상기 제1 내지 제6조명부(1~6) 각각에 공급되는 전력량이 120watt가 되도록 한 상태이며, 이는 교통량이 많은 야간시간대의 조명상태일 수 있다. 상기 제1 내지 제6조명부(1~6) 모두에 공급된 전력량, 즉 가로등(20)에 공급된 총전력량은 720watt이며, 이때 평균 휘도는 1.53cd/m²이 된다. 상기 평균 휘도라 함은 가로등(20)이 설치된 도로(30)가 3개의 차선이며 각 차선을 운행하는 운전자가 느끼는 휘도의 평균을 뜻하는 것으로 한다. 상기 수치는 구체적으로 차량(10)이 가로등(20)에 도달하기 60m 전에 운전자가 느끼는 휘도를 시뮬레이션 한 것이다.

상기 도 1을 참조할 때 제1 내지 제6조명부(1~6)는 각각 5개의 엘이디조명을 포함하고 있으며, 상기 엘이디조명 각각에 공급되는 전력량은 24watt로 하는 것으로 이해될 수 있다.

상기 평균 휘도는 차선의 수에 따라 차이가 날 수 있으나, 동일한 조건 하에서 종래와 같이 가로등에 속한 모든 엘이디를 동일한 정도로 디밍제어하는 것과 본 발명과 같이 가로등을 제1 내지 제6조명부(1~6)로 나누어 제1 내지 제6조명부(1~6)를 차등 제어하는 방법의 결과 차이를 확인하기 위하여, 이하의 설명에서 평균 휘도는 세 개 차선을 주행하는 차량(10)의 운전자가 인지하는 휘도의 평균인 것으로 한다.

조명부1	조명부2	조명부3	조명부4	조명부5	조명부6	총전력량	평균휘도
120watt	120watt	120watt	120watt	120watt	120watt	720watt	1.53cd/m²

상기 표 1에서 평균휘도는 1.53cd/m²로, 상기 교통량이 많을 때의 기준 휘도인 1.50d/m²을 초과하는 것으로 볼 수 있다. 이때 교통량이 많은 야간 시간대는 가로등의 점등 필요성이 있는 때를 기준으로 18시에서 22시 정도가 될 수 있다. 이와 같은 교통량에 따른 시간의 구분은 도로의 위치나 주변 여건을 고려하고, 계절의 요인도 고려되어야 하는 것으로, 위의 시간의 예는 어디까지나 본 발명을 설명하기 위한 구분으로 이해되어야 한다.

상기 조명부(1~6)들에 공급된 전력량에 따른 도로의 휘도는 컴퓨터 프로그램을 이용한 시뮬레이션 결과이며, 이때의 시뮬레이션 결과를 도 3과 도 4에 각각 도시하였다.

도 3과 도 4는 각각 모든 조명부(1~6)에 24watt의 전력량을 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.

이와 같은 상태에서 차량의 운행이 감소하는 심야시간에는 상기 조명부(1~6)에 공급되는 전력량을 줄이는 디밍 제어를 수행한다. 이러한 시간대는 22시부터 05시 등으로 설정될 수 있으며, 이때의 법규는 평균휘도가 적어도 1cd/m²이상이 되어야 한다.

아래의 표 1은 종래와 같은 방식으로 모든 조명부(1~6)를 동일한 정도로 디밍 제어하여 휘도를 법규에 충족하는 최소값이 되도록 제어한 상태를 나타낸다.

조명부1	조명부2	조명부3	조명부4	조명부5	조명부6	총전력량	휘도평균
75.5watt	75.5watt	75.5watt	75.5watt	75.5watt	75.5watt	453watt	1.04cd/m²

상기 표 2에서는 모든 조명부(1~6) 각각에 75.5watt의 전력량을 공급한 상태이며, 이때의 휘도 평균은 1.04cd/m²로 법규에 부합하는 최소한의 휘도를 나타낸다. 이때 총전력량은 453watt로서, 상기 차량(10)의 운행이 많은 시간대에 요구되는 총전력량(720watt)에 비하여 현저하게 전력량이 감소된 것을 알 수 있다.

표 2의 결과는 앞서 설명한 표 1의 결과에 비하여 37.1% 디밍 된 것으로, 표 1의 결과를 가로등(20)의 100% 출력(0% 디밍)이라고 할 때, 표 2의 결과는 62.9%의 출력 상태로 차량의 통행이 적은 심야시간의 휘도 기준을 만족하는 결과를 나타낼 수 있다. 즉, 에너지의 소비를 37.1% 절감할 수 있음을 뜻한다.

도 5와 도 6은 각각 표 2와 같이 제1 내지 제6조명부(1~6)에 75.5watt의 전력량을 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.

그러나 표 2와 같이 디밍하는 방법은 앞서 설명한 바와 같이 가로등 전체를 디밍하는 것과 동일하며, 본 발명은 앞서 설명한 조명부(1~6)의 위치와 배광에 따라 운전자가 느끼는 휘도의 차이를 이용하여 표 2의 결과에 비하여 총전력량을 더 줄일 수 있는 방법을 다음과 같이 제안한다.

아래의 표 3은 휘도 평균을 법규상 제한인 1cd/m²보다 큰 값이 되도록 하면서, 제1 내지 제6조명부(1~6)에 각기 다른 전력량을 공급한다.

조명부1	조명부2	조명부3	조명부4	조명부5	조명부6	총전력량	평균휘도
110watt	90watt	84watt	72watt	60watt	48watt	420watt	1.06cd/m²

상기 표 3에서는 제1 내지 제6조명부(1~6) 마다 서로 다른 전력량을 공급하여 법규 기준을 만족하는 최소한의 평균휘도 값을 시뮬레이션 한 결과이다.

이때 앞서 설명한 바와 같이 제1조명부(1)가 조명하는 영역(A1)의 휘도는 운전자의 정면을 향하여 광이 반사되기 때문에 동일 조건에서 다른 영역들의 휘도에 비해 더 밝게 느껴지게 되는 것으로, 제1조명부(1)에 공급되는 전력량을 가장 높게 설정하고, 제2조명부(2)부터 마지막 제6조명부(6)까지 순차적으로 감소하는 전력량을 공급하도록 구성된다.

구체적으로 제1조명부(1)에는 110watt, 제2조명부(2)에는 90watt, 제3조명부(3)에는 84watt, 제4조명부(4)에는 72watt, 제5조명부(5)에는 60watt, 제조명부(6)에는 48watt의 전력량을 공급한다. 이와 같은 구체적인 수치는 가변될 수 있으며, 중요한 점은 제1조명부(1)에 공급되는 전력량에 비해 제6조명부(6)에 공급되는 전력량은 반드시 더 적은 것으로 하고, 제1조명부(1)로부터 제6조명부(6)까지의 공급전력량이 순차적으로 감소하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 표 3의 예와 같이 총전력량이 420watt가 되도록 제1 내지 제6조명부(1~6)들 각각에 공급되는 전력량을 조절하여도 평균휘도가 법규기준치를 만족하도록 할 수 있으며, 이때 디밍은 상기 표 1의 결과에 대하여 41.7%가 되며, 출력량은 58.3%가 된다.

이는 앞서 모든 조명부(1~6)에 동일한 전력량을 공급한 경우에 비하여 더 적은 전력량을 공급하고도 평균휘도는 더 높일 수 있는 것으로, 상기 표 2를 참고하여 설명한 예에 비하여 4.6%의 추가적인 전력량을 절감할 수 있게 된다.

도 7과 도 8은 표 3과 같이 각 조명부(1~6)에 전력량을 차등 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.

이처럼 본 발명은 엘이디 가로등(20)을 차량(10)의 진행방향을 따라 디밍의 제어가 가능한 다수의 조명부(1~6)로 분할하고, 차량(10)이 가로등을 향하는 방향에서부터 순차적으로 조명부(1~6)에 공급되는 전력량을 감소시켜 공급하여 엘이디 가로등의 모든 엘이디를 균일하게 디밍하는 경우에 비하여 소비전력을 더 절감할 수 있게 된다.

아래의 표 4는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 것으로, 제1 내지 제5조명부(1~5)의 전력량을 동일하게 하고, 제6조명부(6)에 공급되는 전력량을 차등적용한 것이다.

조명부1	조명부2	조명부3	조명부4	조명부5	조명부6	총전력량	평균휘도
120watt	120watt	120watt	120watt	120watt	60watt	660watt	1.45cd/m²

상기 표 4에 기재한 바와 같이 제1조명부(1)부터 제5조명부(5)까지는 모두 동일한 120watt의 전력량을 공급하고, 제6조명부(6)는 다른 조명부들에 공급되는 전력량의 절반인 60watt의 전력량을 공급한 것이다.

이때 평균휘도는 관련 법규의 규정인 1cd/m²을 초과하는 것이며, 앞선 실시예와 같이 제1 내지 제6조명부(1~6) 모두에 각각 다른 전력량을 공급할 필요는 없으며, 적어도 제1조명부(1)에 공급되는 전력량이 제6조명부(6)에 공급되는 전력량보다 크게 되도록 디밍 제어하여 총전력량을 줄일 수 있다.

도 9와 도 10은 표 4와 같이 제1 내지 제6조명부(1~6)에 전력량을 공급한 상태에서 극좌표 배광 시뮬레이션과 도로면의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

1~6:조명부 10:차량
20:가로등 30:도로

Claims

가로등의 디밍을 제어하는 방법으로서,
상기 가로등은 각각 디밍제어가 가능한 다수의 조명부를 포함하고,
상기 다수의 조명부 중 적어도 하나 이상의 조명부는 다른 조명부에 비해 그 전력량이 작은 것을 특징으로 하는 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 다수의 조명부는 일측에서 타측으로 향할수록 공급되는 전력량이 더 적어지도록 각각 디밍 제어하는 것을 특징으로 하는 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 가로등이 차량 주행도로에 설치된 경우,
상기 일측에서 타측 방향은 차량의 주행방향과 동일한 것을 특징으로 하는 소비전력 절감을 위한 가로등의 디밍 제어방법.