KR20200092074A - 지능형 태양광 가로등 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 모듈의 발전량을 누적 기상데이터와 실제 발전량을 통해 발전량 예측 및 이를 이용해 일별 사용할 수 있는 전력량을 산출하여 전등을 구동하는데 이용하도록 함으로써 배터리의 과방전 방지에 따른 배터리 수명 증가 및 비용절감을 할 수 있는 지능형 태양광 가로등 시스템에 관한 것으로, 지주, 태양광 모듈, 전등, 배터리 및 태양광 모듈 및 배터리에 연동하여 작동하여 발전량의 예측을 통해 일별 사용할 수 있는 전력량을 산출 및 전등에 공급하는 제어부를 포함하여 이루어져 있어, 제어부에 저장된 누적 기상데이터를 이용해 산출한 일정 기간 동안의 일별 예상 발전량과, 태양광 모듈의 실제 발전량의 오차율을 이용해 보정 발전량을 산출한 후 일정 기간 동안 가용 가능한 일별 사용 전력량만큼을 전등에서 사용할 수 있도록 제어하여 배터리의 과방전을 방지하여 배터리의 수명이 길어짐과 동시에 배터리 용량을 늘리지 않아도 됨으로써 제작 비용을 낮출 수 있고, 제어부를 통한 발전량 예측 및 그로 인한 일별 사용가능한 전력량 만큼을 전등을 구동하는데 이용함으로써 배터리를 효율적으로 사용할 수 있어 배터리의 중량을 줄일 수 있음은 물론, 배터리를 충전하기 위한 태양광 모듈의 용량도 늘리 않아도 되어 제작 비용을 줄일 수 있는 지능형 태양광 가로등 시스템을 제공한다.

Description

지능형 태양광 가로등 시스템{Intelligent solar street light system}

본 발명은 태양광 모듈의 발전량을 누적 기상데이터와 실제 발전량을 통해 발전량 예측 및 이를 이용해 일별 사용할 수 있는 전력량을 산출하여 전등을 구동하는데 이용하도록 함으로써 배터리의 과방전 방지에 따른 배터리 수명 연장 및 비용절감을 할 수 있는 지능형 태양광 가로등 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 가로등은 고속도로, 시가지의 주요도로, 상업지구 도로 및 주택지구 도로 등과 같은 장소에 설치되어 일몰 후 또는 우천 시에 도로를 조명한다.

이러한 가로등의 일반적인 구조를 살펴보면 지주와 지주의 상부에 부착되는 전등으로 이루어진다. 여기서, 가로등은 그 모양의 차이가 있을 뿐, 지면으로부터 소정 높이의 위치에 전등이 설치되도록 일정 길이의 지주와 충분한 밝기를 가진 등으로 되어있다.

가로등은 발전소에서 생산한 상용전력을 전력 공급원으로 하며, 타이머, 중앙제어, 센서에 의한 작동으로 전원이 공급되어 램프를 점등하여 주위를 조명한다. 가로등은 많은 량의 전기를 소모하므로, 주간에는 태양광으로 전원을 발생시켜 이를 충전하고 야간에는 충전된 전원을 이용하여 조명을 할 수 있도록 가로등에 태양 전지를 설치하는 경우가 늘고 있다.

특히, 아프리카, 인도차이나, 남미와 같이 전기공급이 부족한 지역에서는 더욱 그 필요성이 부각되고 있는 실정이다.

한편, 태양고아 발전 가로등은 기상 조건의 영향으로 매일 발전량이 달라지게 된다.

이는, 하루종일 햇빛이 비추어지는 날도 있지만 하루종일 거의 햇빛이 비치지 않는 조건인 부조일도 존재하기 때문이다.

이러한, 이유로 인해 종래에는 기상조건이 좋지 않은 날을 감안하여 배터리 용량을 더 늘려서 사용하고 있다. 이는 배터리의 특성에 의한 것인데 배터러의 경우 일정 량의 충전량을 가지지 않는 과방전이 될 경우 재생이 불가능하여 망실되기 때문에 위와 같이 배터러의 용량을 늘릴 수 밖에 없었다.

(특허문헌 1) KR20-0320832 Y1 절전형 태양광가로등

(특허문헌 2) KR10-1240534 B1 전압조정 태양광 시스템

따라서, 종래에는 배터리의 용량 증가로 인한 제작비가 상승함은 물론, 배터리의 용량 증가로 중량이 무거워져 배터리를 장착하기 위한 공간의 제한을 많이 받는 문제가 있었다.

즉, 배터리의 중량 증가로 인해 배터리를 높은 위치에 형성할 경우 지주도 그만큼의 중량을 견딜 수 있는 직경으로 형성하여야 하며, 만약, 배터리를 낮은 위치에 배치할 경우에는 도난의 위험이 발생하기도 한다.

아울러, 상기와 같이 배터리의 용량이 증가하기 때문에 이를 충전하기 위한 태양광 모듈의 충전용량도 커져야 하기에 태양광 모듈을 설치하기 위한 전체적인 비용이 높아지는 문제 등의 문제가 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 지능형 태양광 가로등 시스템은 제어부에 저장된 누적 기상데이터를 이용해 산출한 일정 기간 동안의 일별 예상 발전량과, 태양광 모듈의 실제 발전량의 오차율을 이용해 보정 발전량을 산출한 후 일정 기간 동안 가용 가능한 일별 사용 전력량만큼을 전등에서 사용할 수 있도록 제어하여 배터리의 과방전을 방지하여 배터리의 수명이 길어짐과 동시에 배터리 용량을 늘리지 않아도 됨으로써 제작 비용을 낮출 수 있는 지능형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제어부를 통한 발전량 예측 및 그로 인한 일별 사용가능한 전력량 만큼을 전등을 구동하는데 이용함으로써 배터리를 효율적으로 사용할 수 있어 추가 배터리 용량을 최소화함으로써 배터리의 중량을 줄일 수 있음은 물론, 배터리를 충전하기 위한 태양광 모듈의 용량도 늘리 않아도 되어 제작 비용을 줄일 수 있도록 하는데 있다.

본 발명은 제어부에 저장된 누적 기상데이터를 이용해 산출한 일정 기간 동안의 일별 예상 발전량과, 태양광 모듈의 실제 발전량의 오차율을 이용해 보정 발전량을 산출한 후 일정 기간 동안 가용 가능한 일별 사용 전력량만큼을 전등에서 사용할 수 있도록 제어하여 배터리의 과방전을 방지하여 배터리의 수명이 길어짐과 동시에 배터리 용량을 늘리지 않아도 됨으로써 제작 비용을 낮출 수 있다.

또한, 제어부를 통한 발전량 예측 및 그로 인한 일별 사용가능한 전력량 만큼을 전등을 구동하는데 이용함으로써 배터리를 효율적으로 사용할 수 있어 추가 배터리 용량을 최소화함으로써 배터리의 중량을 줄일 수 있음은 물론, 배터리를 충전하기 위한 태양광 모듈의 용량도 늘리 않아도 되어 제작 비용을 줄일 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 태양광 가로등 시스템을 도시한 측면도.
도 2는 본 발명에서의 제어부의 작동과정을 도시한 순서도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선, 도 1에서 도시된 바와 같이 태양광 모듈(10)은 태양광을 이용해 발전하여 전력을 생성하는 수단으로 통상의 지주(50)에 결합되어 있는 일반적인 사항이라 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 배터리(20)는 상기 태양광 모듈(10)에서의 전력에 의해 충전되는 일반적인 구성으로, 리 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 전등(30)은 상기 배터리(20)에 충전된 전력을 이용하여 불빛이 점등되는 일반적인 구성이다.

여기서, 상술한 태양광 모듈(10), 배터(20) 및 전등(30)은 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 특히, 설치 위치는 지역의 특성이나 설치 위치를 고려하여 다양하게 변경될 수 있다.

다음으로, 제어부(40)는 상술한 태양광 모듈(10)을 통해 발전되는 양을 예측하여 배터리(20)의 과방전이 이루어지는 않는 범위에서 전등(30)에 전력을 공급하기 위한 구성이다.

이를 도 2를 통해 좀 더 구체적으로 살펴보면, 상술한 제어부(40)에는 다년간 특정 월, 일에서의 누적 기상데이터가 저장되어 있다.

즉, 1월 1일에 대한 누적 기상데이터는 본 발명이 설치되는 해당지역에서의 2019년 1월 1일 기상 데이터부터 그 이전의 수년 또는 십수년간 1월 1일까지의 기상데이터를 누적하여 평균한 값을 가지고 있다.

이러한, 누적 기상데이터는 해당 지역의 날짜별로 일조량, 습도, 온도가 모두 평균적으로 데이터화되어 있으며, 본 발명은 상기 누적 기상데이터를 통해 당일 및 당일 이후의 일정기간 동안의 일별 예상 발전량을 산출하게 된다.

예컨대, 오늘(D), 내일(D+1), 모레(D+2), 글피(D+3)에 대한 예상 발전량을 산출하도록 한다.

이는, 태양광 모듈(10)의 발전량을 통한 배터리(20)의 충전이 매일 이루어지지 않은 것을 감안하여 일정 기간동안의 예상 발전량을 산출하여 배터리(20)의 과방전을 방지하기 위한 것이다.

여기서, 예상 발전량은 누적 기상데이터 중 태양광 모듈(10)을 발전시킬 수 있는 평균 일조량을 통해 발전량을 예상할 수 있으며, 특히, 태양광 모듈(10)의 충전 효율성을 감안하여 최대한 정확한 데이터를 산출하게 된다.

또한, 제어부(40)에서는 태양광 모듈(10)을 통해 배터리(20)에 충전되는 실제 발전량을 산출하게 된다.

상기 실제 발전량은 해당 일자(오늘)의 새벽에 전등(30)이 점멸한 후 점등되기 전인 저녁까지의 일조량에 의해 실제 발전량을 측정할 수 있게 된다.

한편, 제어부(40)에서는 당일의 예상 발전량과 실제 발전량을 비교하여 발생한 오차율을 산출하고, 이 오차율을 통해 당일 이후의 일정 기간 동안의 일별 예상 발전량에도 이 오차율을 적용하여 보정 발전량을 산출하게 된다.

예컨대, 당일(D) 예상 발전량이 100, 실제 발전량이 80일 경우 오차율을 20%가 되며, 예상 발전량이 내일(D+1)이 110, 모레(D+2)가 120, 글피(D+3)가 90라 가정하면 보정 발전량은 내일(D+1) 88, 모레(D+2) 96, 글피(D+3) 72가 산출된다.

상기와 같이 일별로 산출된 일별 보정 발전량에 대해 제어부(40)에서는 평균을 내어 일별로 가용 가능한 일별 사용 전력량을 산출한다.

위의 예에서 계산하여 보면 (80 + 88 + 96 + 72)/4 = 84이다.

그러면 제어부(40)에서는 전등(30)으로 일별 최대 84의 전력량만을 공급하도록 구동하여 배터리(20)가 과방전되는 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.

상기와 같은 제어부(40)는 이러한 과정을 일별로 반복적으로 수행하여 배터리(20)의 과방전을 미연에 예방하여 배터리(20)의 수명을 향상시킬 수 있음은 물론, 배터리(20)의 과방전으로 인한 파손을 줄여 비용 절감 및 배터리(20)의 유지보수도 쉬워지는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 종래에는 태양광 모듈(10)의 발전량과 무관하게 일정 전력량을 전등에 공급하기 때문에 배터리(20)의 과방전 방지를 위해 배터리(20)의 용량을 늘리게 되고, 이로 인해 이를 발전시키기 위한 태양광 모듈(10)의 충전량을 높이기 위해 크기 태양광 모듈(10)의 크기를 크게 형성하였던 것을 본 발명은 발전량 예측을 매일 실시함으로써 배터리(20)의 과방전으로 인한 파손을 줄임이게 되어 추가 배터리(20)의 용량을 최소화시킴과 동시에 이를 충전하기 위한 태양광 모듈(10)의 용량도 줄일 수 있어 이 또한 비용을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 종래에는 배터리(20)의 용량 증가로 인하여 배터리(20)의 중량이 무거워져 전등(30)이 형성되는 높은 위치에 설치가 어려웠지만 본 발명을 통해 배터리(20)의 용량이 줄어든 만큼 배터리(20)의 중량도 가벼워져서 지주(50) 등의 상단에 배치가 가능하여 배터리의 도난 방지 및 지주(50)를 미려한 형상으로 제작 가능한 효과도 얻을 수 있게 되는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 있어 명백한 것이다.

10 : 태양광 모듈
20 : 배터리
30 : 전등
40 : 제어부
50 : 지주
1000 : 지능형 태양광 가로등 시스템

Claims (3)

1. 지주;
   상기 지주에 결합되는 태양광 모듈;
   상기 태양광 모듈에 의해 전류가 충전되는 배터리;
   상기 배터리에 충전되어 있는 전기를 통해 발광되는 전등;
   상기 전등이 점등되는 해당 지역의 월, 일의 당일 및 당일 이후의 일정 기간동안의 일별 예상 발전량을 다년간 누적하여 평균낸 누적 기상데이터를 통해 예측하여 예상 발전량을 산출하고,
   당일의 태양광 모듈을 통해 발전된 실제 발전량을 통해 산출한 후,
   상기 당일의 예상 발전량과 실제 발전량의 비교를 통해 발생한 오차율을 당일 이후의 일정 기간들에도 적용하여 일별로 각각의 보정 발전량을 산출하고,
   상기 일별로 산출된 보정 발전량을 당일 및 일정 기간동안에 배터리의 과방전 없이 사용할 수 있는 사용할 수 있도록 평균내어 일별 사용 전력량을 산출한 후,
   상기 일별 사용 전력량 만큼만을 전등에 공급하는 과정을 반복적으로 실시하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있는 지능형 태양광 가로등 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 예상 발전량을 산출하기 위한 누적 기상데이터는 다년간 해당 지역의 월, 일에서의 일조량, 습도, 온도를 평균낸 데이터인 것에 특징이 있는 지능형 태양광 가로등 시스템.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부에서 산출하는 예상 발전량은 누적 기상데이터 중 해당 월, 일에서의 다년간 평균 내어진 평균 일조량과 태양광 모듈의 충전 효율성을 포함하여 산출하는 것에 특징이 있는 지능형 태양광 가로등 시스템.

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