KR20150121365A - 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치 및 그 채광 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광을 이용하여 전력을 발전하는 태양광 발전 시스템을 이용하여 태양광을 통한 실내에 자연 채광 및 상기 태양광 발전 시스템의 태양광 발전을 동시에 수행 가능한 채광 장치 및 그 채광 방법에 관한 것으로, 입사되는 태양광을 집광하고, 상기 집광된 태양광의 광량을 감지하고, 상기 감지된 광량과 미리 설정된 채광 임계 범위를 비교하며, 상기 비교 결과 상기 채광 임계 범위 이하이면, 상기 집광된 태양광을 고정체 또는 이동체의 실내로 채광하고, 상기 비교 결과 상기 채광 임계 범위 초과이면, 상기 집광된 태양광에서 채광 임계 범위의 태양광만을 상기 실내로 채광하고, 나머지 태양광을 태양광 발전하는 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치 및 그 채광 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 채광 장치에 관한 것으로서, 특히 태양광을 이용하여 전력을 발전하는 태양광 발전 시스템을 이용하여 태양광을 통한 실내에 자연 채광 및 상기 태양광 발전 시스템의 태양광 발전을 동시에 수행 가능한 채광 장치 및 그 채광 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동 차량은 석유 제품과 같은 연료의 연소에 의해 발생된 에너지를 동력원으로 하여 동작한다. 이러한 석유 제품의 사용에 따른 자원의 고갈 및 환경 오염 문제 등을 해결하기 위해 대체 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 가장 대표적인 대체 에너지로 태양광이 각광받고 있다. 태양광은 태양광 발전 시스템에 의해 전기 에너지로 변환되어 다양한 분야에서 이용되며, 특히 태양광 발전 시스템은 가정의 옥상이나 야외 등에 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지가 복수개 구비된 태양 전지 모듈이 고정 설치된다.
한편, 태양광 발전 시스템과 결합된 장치의 일예로 발광다이오드(LED: Lighting Emitting Diode, 이하 'LED'라 칭하기로 함) 조명 장치가 대표적이며, 이러한 LED 가로등은 태양광이 존재하는 주간에는 태양광 발전 시스템이 태양광 발전을 수행하여 전기 에너지를 충전하고, 야간에는 태양광 발전 시스템이 발전한 전기 에너지를 이용하여 빛을 조사한다.
그러나 이러한 일반적인 태양광 발전 시스템과 결합된 장치들은, 태양광 발전 시스템이 태양광 발전을 수행하여 전기 에너지를 충전하고, 상기 충전한 전기 에너지를 이용할 뿐, 실질적으로 태양광 발전 시스템과 동시에 태양광을 이용하는 장치들이 제안되지 않았다. 다시 말해, 태양광 발전 시스템과 상호 독립적인 상태에서 태양광은 태양광 발전 시스템의 태양광 발전에만 이용될 뿐, 태양광 발전 시스템과 상호 유기적으로 태양광을 이용할 수 있는 구체적인 장치가 제안되지 않았으며, 아울러, 친환경적이고 무한한 태양광의 이용을 극대화할 수 있는 장치가 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은, 태양광 발전 시스템과 유기적으로 태양광을 이용하여 태양광의 이용 효율을 극대화하는 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치 및 그 채광 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 입사되는 태양광의 광량에 따라 태양광의 이용 효율을 극대화하여 친환경적이고 무한한 태양광의 이용 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치 및 그 채광 방법을 제공함에 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 태양광 발전 시스템과 유기적으로 태양광을 이용함에 따라 태양광 발전 시스템의 이용 효율 및 경제성을 보다 향상시키는 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치 및 그 채광 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치로, 입사되는 태양광을 집광하는 집광부; 상기 집광된 태양광을 고정체 또는 이동체의 실내로 채광하는 채광부; 상기 집광된 태양광을 태양광 발전하는 발전부; 상기 집광된 태양광을 감지하여 상기 채광부 및 상기 발전부로 상기 집광된 태양광을 선택적으로 전송하는 분배부; 및 상기 분배부의 감지 결과에 상응하여 상기 채광부 및 상기 발전부로 전송되는 태양광의 광량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분배부는, 상기 집광된 태양광의 광량을 감지하는 센서 및 상기 집광된 태양광을 분배하여 전송하는 분광부를 포함하며; 상기 제어부는 상기 분광부의 분광판 각도를 변경하여 상기 분광판을 투과하는 광량과 반사되는 광량을 제어한다.
그리고, 상기 분광부는, 상기 감지된 광량이 미리 설정된 채광 임계 범위 이하이면, 상기 분광판 각도가 변경되어 상기 집광된 태양광을 상기 채광부로 전송하고; 상기 채광 임계 범위 초과이면, 상기 분광판 각도가 변경되어 상기 집광된 태양광에서 채광 임계 범위의 태양광만을 상기 채광부로 전송하고 나머지 태양광을 상기 발전부로 전송한다.
아울러, 상기 태양광 발전에 의해 발전된 전기 에너지를 이용하여 조명광을 제공하는 발광다이오드(LED: Lighting Emitting Diode) 조명부를 더 포함하며, 상기 LED 조명부는 상기 채광 임계 범위 미만이면, 상기 채광 임계 범위에서 부족한 광량을 상기 조명광으로 제공한다.
게다가, 상기 채광부는, 상기 집광된 태양광 및 상기 조명광을 상기 실내의 광범위 영역으로 채광하는 채광판을 포함한다.
뿐만 아니라, 상기 집광부는, 반구형, 원통형, 반원통형, 삼각통형, 및 마름모통형 중 적어도 하나의 형태를 갖거나, 상기 하나의 형태를 갖는 구조물이 다수개가 결합된 형태를 갖는다.
또한, 상기 집광부는, 상기 하나의 형태에 상응하여 소정의 곡면 형태를 가지며, 상기 입사되는 태양광을 공간 영역의 중심 위치로 집광 반사하는 제1집광 반사판; 상기 공간 영역의 중심 위치에 배치되며, 상기 제1집광 반사판으로부터 집광 반사된 태양광을 상기 공간 영역의 중심 위치에 대응하는 상기 제1집광 반사판의 중심부로 집광 반사하는 제2집광 반사판; 및 상기 제1집광 반사판의 중심부에 배치되며, 상기 제2집광 반사판으로부터 집광 반사된 태양광을 광 전송 라인을 통해 상기 분배부로 전송하는 전송판을 포함한다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 태양광의 위치 정보, 및 상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 상기 집광부의 집광 방향을 제어한다.
여기서, 상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보는, 상기 이동체의 GPS(Global Positioning System) 신호 또는 상기 이동체의 내비게이션(navigation)에 설정된 목적지의 경로 신호를 포함하며, 상기 태양광의 위치 정보는, 태양의 일주운동에 상응한 상기 태양광의 위치 신호를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 방법으로, 입사되는 태양광을 집광하는 단계; 상기 집광된 태양광의 광량을 감지하고, 상기 감지된 광량과 미리 설정된 채광 임계 범위를 비교하는 단계; 상기 비교 결과 상기 채광 임계 범위 이하이면, 상기 집광된 태양광을 고정체 또는 이동체의 실내로 채광하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 채광 임계 범위 초과이면, 상기 집광된 태양광에서 채광 임계 범위의 태양광만을 상기 실내로 채광하고, 나머지 태양광을 태양광 발전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은, 상기 채광 임계 범위 미만이면, 상기 채광 임계 범위에서 부족한 광량을 상기 태양광 발전에 의해 발전된 전기 에너지를 이용하여 발광다이오드(LED: Lighting Emitting Diode) 조명광으로 제공하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 집광하는 단계는, 상기 태양광의 위치 정보, 및 상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 상기 태양광의 집광 방향을 변경하는 단계를 더 포함하며, 여기서, 상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보는, 상기 이동체의 GPS(Global Positioning System) 신호 또는 상기 이동체의 내비게이션(navigation)에 설정된 목적지의 경로 신호를 포함하고, 상기 태양광의 위치 정보는, 태양의 일주운동에 상응한 상기 태양광의 위치 신호를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 입사되는 태양광의 광량에 따라 태양광 발전 시스템과 유기적으로 태양광을 이용함으로써, 태양광의 이용 효율을 극대화하여 친환경적이고 무한한 태양광의 이용 효율을 향상시키며, 태양광 발전 시스템의 이용 효율 및 경제성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 태양광을 이용한 태양광 발전 및 실내에 자연 채광을 동시에 수행함으로써, 태양광의 낭비 없이 태양광을 최대한 이용하며, 실내에 친환경적인 자연 채광을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 집광부의 일예들의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 1의 분배부의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 집광부의 일예들의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 1의 분배부의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상세한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
본 발명은, 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치 및 그 채광 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시예에서는, 태양광 발전 시스템과 채광 장치가 태양광을 유기적으로 이용하도록 태양광을 집광하고, 집광된 태양광의 광량에 따라 태양광을 이용한 태양광 발전 및 채광을 동시에 수행하도록 한다. 다시 말해, 본 발명은, 입사된 태양광의 이용 효율을 향상시키기 위해 태양광의 집광을 극대화하고, 집광된 태양광의 광량이 채광을 위한 광량 범위 이상일 경우, 채광 및 상기 채광 후 남은 태양광을 태양광 발전을 위해 동시에 이용한다. 그리고, 집광된 태양광의 광량이 채광을 위한 광량 범위 이하일 경우, 집광된 태양광과 태양광 발전을 통해 충전된 전기 에너지를 이용하여 채광을 수행한다. 여기서, 광량 범위 이하일 경우 집광된 태양광을 태양광 발전을 위해 이용하고 충전된 전기 에너지만을 이용하여 채광을 수행할 수 있으나, 친환경적인 자연 채광을 위해 전자처럼 집광된 태양광을 채광을 위해 이용함이 바람직하다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 채광 장치를 이용하는 사용자의 설정에 따라 변경할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 집광된 태양광을 고정체(예컨대 건물, 지하철 역사 등) 또는 이동체(예컨대 차량, 선박, 기차 등) 등의 실내에 채광을 위해 이용하며, 뿐만 아니라 전술한 바와 같이 상기 집광된 태양광의 광량이 채광을 위한 광량 범위 이상일 경우, 상기 채광 후 남은 태양광을 태양광 발전을 위해 동시에 이용한다. 여기서, 본 발명의 실시예에서는, 태양광의 집광을 극대화하기 위해 태양의 위치 변화 및 이동체의 위치 변화에 대응하여 태양광을 최대로 집광하도록 집광부의 집광 방향을 제어한다. 후술할 본 발명의 실시예에서는, 집광부의 집광 반사판에 집광되는 태양광의 입사 각도, 또는 태양의 일주운동에 상응한 태양광의 위치 정보를 통해 태양의 위치를 확인하고, 상기 태양광의 위치 정보를 이용하여 집광부의 집광 방향을 제어한다. 아울러, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 이동체의 위치 정보 및 이동 방향 정보, 예컨대 GPS(Global Positioning System) 신호, 또는 이동체의 내비게이션(navigation)에 설정된 목적지의 경로 신호를 통해 이동체의 위치 및 이동 방향을 확인하고, 상기 GPS 신호 또는 경로 신호를 이용하여 집광부의 집광 방향을 제어한다. 그러면 여기서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 집광부의 일예들의 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 분배부의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양광 발전 시스템은, 입사되는 태양광을 집광하는 집광부(110)와 상기 집광부(110)에서 집광된 태양광의 광량에 따라 태양광 발전을 수행(즉, 태양광을 전기 에너지로 변환)하여 전기 에너지를 충전하는 발전부(150)를 포함함다. 그리고, 이러한 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치는, 상기 집광부(110)에서 집광된 태양광의 광양에 따라 상기 집광된 태양광을 채광을 위한 태양광과 태양광 발전을 위한 태양광으로 분배하는 분배부(130), 상기 분배부(130)로부터 전송된 태양광을 고정체 또는 이동체의 실내로 채광하는 채광부(140), 상기 발전부(150)에 충전된 전기 에너지를 이용하여 상기 채광부(140)를 통해 실내로 채광하기 위한 발광다이오드(LED: Lighting Emitting Diode, 이하 'LED'라 칭하기로 함) 조명부(160), 태양광 및 LED 조명광을 각각 전송하는 광 전송 라인(120), 태양광 발전 시스템 및 채광 장치를 제어하는 제어부(170), 및 상기 제어부(170)의 제어에 의해 집광부(110)의 태양광 집광 방향을 변경시키는 모터(180)를 포함한다.
상기 집광부(110)는, 태양광의 집광 효율을 보다 높이기 위해 평판 형태가 아닌 반구형(210), 원통형(230), 반원통형(240), 삼각통형, 및 마름모통형 등의 다양한 형태를 가질 수 있으며, 집광 효율을 보다 향상시키기 위해 다수개의 반구형이 결합된 구조(220)와 같이 전술한 형태가 다수개 결합된 구조를 가질 수 있다.
그리고, 상기 집광부(110)는, 태양광의 집광 효율을 보다 향상시키기 위한 제1집광 반사판(112), 및 상기 제1집광 반사판(112)에서 집광 반사된 태양광을 광 손실 없이 광 전송 라인(120)으로 전송하기 위한 제2집광 반사판(114)을 포함하며, 상기 제2집광 반사판(114)으로부터 전송된 태양광을 최대로 집광하여 광 전송 라인(120)으로 전송하기 위해 전송판(116)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전송판(116)은, 상기 제2집광 반사판(114)이 집광 반사한 태양광을 광 손실(광 전송 손실 및 광 정합 손실)없이 광 전송 라인(120)을 통해 전송하기 위해 반볼록 렌즈판 또는 볼록 렌즈판이 될 수 있다. 이러한 구조에 의해 상기 집광부(110)는 입사되는 태양광을 최대로 집광하여 광 전송 라인(120)으로 전송한다.
또한, 상기 집광부(110)는, 태양광을 최대로 집광하여 태양광 발전 시스템의 발전 효율을 향상시키도록, 태양의 위치 변화 및 이동 차량의 위치 변화에 대응하여 집광 방향이 변경된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 집광부(110)는, 집광부(110)의 표면에 입사되는 태양광의 입사각이 최대가 되어(이상적으로는 직각이 되어) 태양광의 집광율을 최대로 하기 위해 집광 방향이 변경된다. 예컨대, 태양의 일주운동에 의해 시간에 따라 태양의 위치가 변경함으로, 태양의 일주운동에 상응한 태양광의 위치 정보를 제어부(170)가 확인하고, 상기 제어부(170)는 상기 태양광의 위치 정보를 이용하여 집광부(110)의 집광 방향을 제어(즉, 변경)한다. 여기서, 상기 집광 방향은 전술한 바와 같이 태양광의 입사각이 가능한 직각에 근접하여 태양광의 집광율이 최대가 되도록 변경된다. 상기 태양광의 위치 신호는 계절에 따른 태양의 일주운동에 대응된다.
또한, 상기 집광부(110)는, 이동체의 이동에 따라 집광부(110)의 표면에 입사되는 태양광의 입사각이 변경함으로, 상기 이동체의 위치 및 이동 방향에 따라 집광 방향이 변경된다. 이동체의 위치에 상응한 이동체의 이동체의 위치 정보 및 이동 방향 정보, 예컨대 GPS 신호 또는 이동체의 내비게이션(navigation)에 설정된 목적지에 상응한 이동체의 경로 신호를 통해 이동체의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 제어부(170)가 확인하고, 상기 제어부(170)는 GPS 신호 또는 경로 신호를 이용하여 집광부(110)의 집광 방향을 제어(즉, 변경)한다. 여기서, 상기 집광 방향은 전술한 바와 같이 태양광의 입사각이 가능한 직각에 근접하여 태양광의 집광율이 최대가 되도록 변경되며, 이동 차량의 위치 및 이동 방향의 급변경을 고려하여 일정 이상의 시간동안 이동 차량의 위치 및 이동 방향이 지속될 경우, GPS 신호 또는 경로 신호를 이용하여 집광부(110)의 집광 방향을 변경한다.
상기 광 전송 라인(120)은 입사된 광을 전반사를 통해 전송 손실없이 분배부(130), 발전부(150), 및 채광부(140)로 전송하며, 광 케이블, 광 파이퍼(fiber), 광 도파관 등이 될 수 있다.
상기 분배부(130)는, 상기 집광부(110)에서 집광된 태양광이 광 전송 라인(120)을 통해 전송되면, 상기 집광된 태양광의 광량을 감지하는 센서(132) 및 상기 센서(132)가 감지한 광량에 상응한 제어부(170)의 제어에 의해 태양광을 선택적으로 채광부(140)와 발전부(150)로 전송하는 분광부(134)를 포함한다. 여기서, 상기 제어부(170)는, 상기 센서(132)가 감지한 태양광의 광량과 사용자가 설정한 채광 광량 범위를 비교한다. 그리고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어부(170)는 분광부(134)의 분광판 각도를 제어하여 태양광을 채광부(140) 및 발전부(150) 중 적어도 하나의 구성 요소로 전송한다. 여기서, 사용자가 실내에 채광되는 광량을 50럭스(lux)로 설정한 경우를 일예로 하여 구체적으로 설명하기로 한다.
사용자가 실내에 채광되는 광량을 50럭스(lux)로 설정한 상태에서, 상기 광 전송 라인(120)을 통해 전송되는 집광된 태양광의 광량이 70럭스이면, 즉 센서(132)가 집광된 태양광의 광량을 70럭스로 감지하면, 상기 제어부(170)는 50럭스는 실내 채광을 위해 이용하고, 나머지 20럭스는 태양광 발전을 위해 이용하도록 제어한다. 이러한 제어부(170)의 제어에 따라, 상기 분광부(134)는 분광판의 각도를 변경하여 50럭스는 채광부(140)로 전송하고, 20럭스는 발전부(150)로 전송한다. 여기서, 상기 분광판은 회전 각도에 따라 투과된 광 및 반사된 광의 광량이 변경되며, 반투과 반사판이 되거나, 전송 효율을 향상 시키기기 위해 볼록 렌즈 반투과 반사판이 될 수 있다.
또한, 50럭스로 설정한 상태에서, 상기 광 전송 라인(120)을 통해 전송되는 집광된 태양광의 광량이 50럭스이면, 즉 센서(132)가 집광된 태양광의 광량을 50럭스로 감지하면, 상기 제어부(170)는 집광된 모든 태양광 50럭스를 실내 채광을 위해 이용하도록 제어한다. 이러한 제어부(170)의 제어에 따라, 상기 분광부(134)는 분광판의 각도를 변경하여 집광된 모든 태양광 50럭스를 채광부(140)로 전송한다.
아울러, 사용자가 실내에 채광되는 광량을 50럭스(lux)로 설정한 상태에서, 상기 광 전송 라인(120)을 통해 전송되는 집광된 태양광의 광량이 20럭스이면, 즉 센서(132)가 집광된 태양광의 광량을 20럭스로 감지하면, 상기 제어부(170)는 20럭스는 실내 채광을 위해 이용하고, 채광을 위해 부족한 광량 30럭스는 발전부(150)의 태양광 발전을 통해 충전된 전기 에너지를 이용하여 LED 조명부(160)가 조사하도록 제어한다. 이러한 제어부(170)의 제어에 따라, 상기 분광부(134)는 분광판의 각도를 변경하여 집광된 모든 태양광 20럭스를 채광부(140)로 전송하고, 상기 LED 조명부(160)는 30럭스를 갖는 LED 조사광을 채광부(140)로 전송한다. 그에 따라 채광부(140)는 사용자가 설정한 50럭스의 광을 실내로 채광한다. 여기서, 상기 제어부(170)가 집광된 태양광 20럭스를 채광을 위해 이용하지 않고 태양광 발전을 위해 이용하도록 제어할 수 있으나, 친환경적인 채광 및 태양광의 이용 효율을 향상시키기 위해 전술한 바와 같이 채광을 위해 이용하도록 제어함이 바람직하다.
상기 채광부(140)는 상기 분배부(130)로부터 광 전송 라인(120)을 통해 전송된 태양광 및/또는 LED 조명부(160)로부터 광 전송 라인(120)을 통해 전송된 LED 조사광을 고정체 또는 이동체의 실내에 채광한다. 여기서, 상기 채광부(140)는, 보다 넓은 영역의 실내로 채광하도록, 다시 말해 광범위의 채광 영역을 확보하도록 채광판(142)을 더 포함할 수 있으며, 상기 채광판(142)은 반오목 렌즈판 또는 오목 렌즈판이 될 수 있다.
상기 발전부(150)는, 태양광 발전에 의해 생성된 전기 에너지를 충전하는 충전부(미도시)를 포함하며, 상기 충정부는 다수의 배터리 셋 모듈로 구현될 수 있다. 그리고, 상기 다수의 배터리 셋 모듈은 제어부(170)에 의해 스위칭되며, 상기 제어부(170)는, 상기 발전된 전기 에너지가 상기 다수의 배터리 셋 모듈의 각 배터리 셋에 순차적으로 충전되도록 스위칭을 제어하며, 또한 충전된 전기 에너지를 이용할 경우 각 배터리의 전기 에너지가 순차적으로 출력되도록 스위칭 제어한다. 또한, 상기 각 배터리 셋의 탈착이 가능하며, 그에 따라 이동 차량에 설치된 태양광 발전 시스템이 아닌, 다른 외부의 시스템으로부터 각 배터리 셋을 충전하여 이동 차량에서 이용할 수 있다.
상기 제어부(170)는, 태양광 발전 시스템 및 채광 장치를 제어하며, 특히 전술한 바와 같이 태양광의 위치 정보, 이동체의 GPS 신호 또는 경로 신호를 이용하여 상기 집광부(110)의 집광 방향을 제어한다. 그리고, 상기 제어부(170)는, 전술한 바와 같이 집광된 태양광의 광량에 상응하여 태양광의 이용을 제어한다. 다시 말해, 채광을 위해 충분히 필요한 태양광이 집광되어 전송될 경우, 상기 집광된 태양광을 실내 채광을 위해 이용하고, 채광 이용 후 남은 태양광을 태양광 발전을 위해 이용하도록 제어한다. 또한, 채광을 위해 필요한 태양광이 집광되지 않을 경우, 우선 집광된 태양광을 실내 채광을 위해 이용하고, 채광에 부족한 광량을 LED 조사광으로 보충하도록 태양광 발전을 통해 충전된 전기 에너지를 이용하도록 제어한다. 그러면 여기서, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, S402단계에서 태양 발전 시스템의 집광부를 통해 태양광을 집광한다. 여기서, 상기 태양광 집광은, 태양광의 위치 정보, 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보(예컨대 GPS 신호 또는 경로 신호)를 이용하여 집광 방향을 변경하고, 이러한 집광 방향 변경에 의해 최대의 태양광이 집광되며, 전술한 바와 같은 집광부의 구조에 의해 태양광 집광율을 극대화한다.
다음으로, S404단계에서, 상기 집광된 태양광의 광량이 사용자가 채광을 위해 설정한 임계 범위 이하의 값인지를 확인한다. 상기 S404단계에서의 확인 결과, 상기 집광된 태양광의 광량이 상기 임계 범위를 초과하면, 상기 집광된 태양광을 채광 및 태양광 발전을 위해 이용하도록 분배한다. 그런 다음, S408단계에서 상기 임계 범위만큼으로 분배된 태양광으로 실내를 채광하고, 상기 채광후 나머지 태양광으로 태양광 발전을 수행한다.
한편, 상기 S404단계에서의 확인 결과, 상기 집광된 태양광의 광량이 상기 임계 범위 이하의 값이면, S410단계에서 상기 집광된 태양광의 광량이 상기 임계 범위 이내의 값인지를 확인한다. 상기 S410단계에서의 확인 결과, 상기 임계 범위 이내의 값이 아니면, S412단계에서 상기 집광된 태양광과 LED 조명광으로 실내를 채광한다. 여기서, LED 조명광은 태양광 발전을 통해 충전되 전기 에너지를 이용하여 생성된다. 또한, 상기 S410단계에서의 확인 결과, 상기 임계 범위 이내의 값이면, S414단계에서 상기 집광된 태양광만으로 실내를 채광한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (8)
- 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 장치에 있어서,
반구형, 원통형, 반원통형, 삼각통형, 및 마름모통형 중 적어도 하나의 형태를 갖거나, 상기 하나의 형태를 갖는 구조물이 다수개가 결합된 형태로서, 입사되는 태양광을 집광하는 집광부;
상기 집광된 태양광을 고정체 또는 이동체의 실내로 채광하는 채광부;
상기 집광된 태양광을 태양광 발전하는 발전부;
상기 집광된 태양광의 광량을 감지하는 센서 및 상기 집광된 태양광을 분배하여 전송하는 분광부를 포함하며, 상기 집광된 태양광을 감지하여 상기 채광부 및 상기 발전부로 상기 집광된 태양광을 선택적으로 전송하는 분배부; 및
상기 태양광의 위치 정보, 및 상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 상기 집광부의 집광 방향을 제어하고, 상기 분배부의 감지 결과에 따라 상기 분광부의 분광판 각도를 변경하여 상기 분광판을 투과하는 광량과 반사되는 광량을 제어하여, 상기 채광부 및 상기 발전부로 전송되는 태양광의 광량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채광 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분광부는,
상기 감지된 광량이 미리 설정된 채광 임계 범위 이하이면, 상기 분광판 각도가 변경되어 상기 집광된 태양광을 상기 채광부로 전송하고;
상기 채광 임계 범위 초과이면, 상기 분광판 각도가 변경되어 상기 집광된 태양광에서 채광 임계 범위의 태양광만을 상기 채광부로 전송하고 나머지 태양광을 상기 발전부로 전송하는 것을 특징으로 하는 채광 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 태양광 발전에 의해 발전된 전기 에너지를 이용하여 조명광을 제공하는 발광다이오드(LED: Lighting Emitting Diode) 조명부를 더 포함하며;
상기 LED 조명부는, 상기 채광 임계 범위 미만이면, 상기 채광 임계 범위에서 부족한 광량을 상기 조명광으로 제공하는 것을 특징으로 하는 채광 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 채광부는, 상기 집광된 태양광 및 상기 조명광을 상기 실내의 광범위 영역으로 채광하는 채광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 채광 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 집광부는,
상기 하나의 형태에 상응하여 소정의 곡면 형태를 가지며, 상기 입사되는 태양광을 공간 영역의 중심 위치로 집광 반사하는 제1집광 반사판;
상기 공간 영역의 중심 위치에 배치되며, 상기 제1집광 반사판으로부터 집광 반사된 태양광을 상기 공간 영역의 중심 위치에 대응하는 상기 제1집광 반사판의 중심부로 집광 반사하는 제2집광 반사판; 및
상기 제1집광 반사판의 중심부에 배치되며, 상기 제2집광 반사판으로부터 집광 반사된 태양광을 광 전송 라인을 통해 상기 분배부로 전송하는 전송판을 포함하는 것을 특징으로 하는 채광 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보는, 상기 이동체의 GPS(Global Positioning System) 신호 또는 상기 이동체의 내비게이션(navigation)에 설정된 목적지의 경로 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 채광 장치.
- 태양광 발전 시스템을 이용한 채광 방법에 있어서,
태양광의 위치 정보, 및 상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 상기 태양광의 집광 방향을 변경하고, 입사되는 태양광을 집광하는 단계;
상기 집광된 태양광의 광량을 감지하고, 상기 감지된 광량과 미리 설정된 채광 임계 범위를 비교하는 단계;
상기 비교 결과 상기 채광 임계 범위이면, 상기 집광된 태양광을 고정체 또는 이동체의 실내로 채광하는 단계;
상기 비교 결과 상기 채광 임계 범위 초과이면, 상기 집광된 태양광에서 채광 임계 범위의 태양광만을 상기 실내로 채광하고, 나머지 태양광을 태양광 발전하는 단계;
상기 채광 임계 범위 미만이면, 상기 채광 임계 범위에서 부족한 광량을 상기 태양광 발전에 의해 발전된 전기 에너지를 이용하여 LED(Lighting Emitting Diode) 조명광으로 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채광 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 이동체의 위치 정보 또는 이동 방향 정보는, 상기 이동체의 GPS(Global Positioning System) 신호 또는 상기 이동체의 내비게이션(navigation)에 설정된 목적지의 경로 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 채광 방법.
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