KR20220005864A - 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈에 관한 것으로,
가로등 본체의 내부를 제어부와 점등부로 분리하여 제어부는 밀폐된 상태를 유지하도록 하면서 점등부의 빛을 하향으로 비추도록 하고,
상기 가로등 본체의 내부에 내장한 GPS 센서를 통해 현재 설치된 곳의 위치정보와 시간정보를 전달받는 메인 컨트롤러에서 일출시간 및 일몰시간을 자동으로 연산하면서 가로등의 발광다이오드의 점등과 소등을 제어하도록 하고,
상기 가로등 본체의 지주에 설치된 태양광 모듈에서 전기에너지를 공급받는 배터리 컨트롤러에서 배터리의 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 차단, 단락 보호 및 셀발란스의 기능을 수행하면서 배터리를 관리하도록 하고,
상기 발광다이오드 모듈의 회로 구성을 16개씩 직렬로 배열한 발광다이오드의 결합 3열을 병렬로 배열하도록 하여 기존 발광다이오드 모듈과의 대비 밝기는 2700lm 이상 유지하면서 배터리의 소비전류를 25% 정도 절감하도록 하고,
상기의 밝기를 유지하는데 18W의 전력이 소비되므로 배터리의 방전량을 그만큼 줄일 수 있어 부조일수를 감안한 배터리의 용량에 따른 크기를 줄일 수 있어 가로등 본체에 내장할 수 있도록 구성한 것이다.

Description

배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈{LED module of solar―powered street light with built―in battery pack ang controller}

본 발명은 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 지주에 배양광 모듈을 설치하면서 가로등 본체의 내부에 배터리와 컨트롤러 및 GPS 센서의 부품들을 내장하여 도난 및 파손을 방지하도록 하고 본체를 알루미늄 재질로 형성하여 방열의 기능을 수행하는 동시에 상면의 차광판에 의해 직사광선에 의한 피해를 방지할 수 있으며 동일한 밝기에도 부조일수가 길어지도록 하여 효과적으로 사용할 수 있도록 한 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 공원 등에 설치되는 가로등은 매입된 전선을 통해 전원을 공급받아 야간 조명이 이루어지고 있으나, 근래에는 태양에너지를 전기에너지로 변환시킨 후 배터리에 충전시킨 후 충전된 전기를 이용해 야간 조명이 이루어지도록 한 태양전지모듈을 이용한 가로등이 설치되고 있다.

이와 같이 가로등에 설치된 태양전지모듈은 태양광으로부터 평면적으로 조사되어진 태양광 에너지를 받아 전기에너지를 생산하기 위해 넓은 면적을 갖는 판넬 형태로 구성되어 있다.

또한, 종래의 태양광을 이용한 가로등은 외부에 별도로 형성된 태양전지모듈로부터 전력을 공급받거나, 가로등의 상단에 수평면과 평행 또는 미리 설정된 각도를 갖는 형태로 형성된 구조로 제공되어 왔다.

그러나 이러한 태양광을 이용한 가로등은 별도의 태양전지모듈로부터 전력을 공급받으므로 자가발전적 개념이 아니며, 상단에 수평면과 평행 또는 미리 설정된 각조로 형성된 경우 구조적으로 태양전지셀에 대한 개수의 제한이 심하여 원하는 전력을 획득하지 못하는 한계점이 있어 왔다.

기존 태양광 가로등과 관련된 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1472907호 "폴 타입 태양광 가로등 구조"(등록일자 : 2014. 12. 09)에 개시된 바와 같이, 가로등 형성부, 지주부, 태양전지 모듈부, 배터리 보관부, 그리고 제어부를 포함하여 상기 태양전지 모듈부 및 상기 배터리 보관부에 의한 전력 저장 기반으로 한 마이크로 태양광 발전소 기반으로 상기 제어부에 의해 운영되는 폴 타입 태양광 가로등으로서,

상기 태양전지 모듈부는, 상기 지주부의 개구부를 통해 수직형으로 다수의 태양전지셀이 형성되며, 강화 폴리카보네이트(Polycarbonate) 보호막을 형성하며, 상기 지주부는, 알루미늄 소재로 이루어져, 상기 태양전지 모듈부와 결합 시 결합부위에 실리콘 실링(Silicone sealing) 처리하여 내외부 격리 구조를 제공하며, 상기 제어부는, 주간 발전시 상기 폴 타입 태양광 가로등에 대한 계통선 전력 공급을 수행하여 첨두 부하(Peak Load)를 저감하는 것이지만, 배터리가 지주부의 내부에 보관됨에 따라 하절기 외부 온도가 상승하게 될 경우 쉽게 열화되어 배터리 제품의 수명이 단축될 우려가 있다.

기존 태양광 가로등과 관련된 다른 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1458527호 "원통형 태양광 가로등"(등록일자 : 2014. 10. 24)에 개시된 바와 같이,

일정 높이를 갖으며 지면에 고정되는 원통형의 지주 파이프와,

상기 지주 파이프의 상부에 결합되고 내부공간을 갖는 투명 원통형 파이프와,

상기 투명 원통형 파이프의 내부에 삽입되어 일정한 간격으로 다수의 압출홈을 갖는 다수개의 고정바와,

상기 이웃하는 고정바에 길이 방향으로 각각 병렬로 결합되어 태양광을 입사받아 전기 에너지를 생산하는 다수개의 태양전지판과,

상기 투명 원통형 파이프 내부에 구성되고 상기 각 고정바의 압출홈에 삽입되어 고정되며 상기 태양전지판으로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 축전지모듈과,

상기 지주 파이프와 투명 원통형 파이프 사이에 결합되고 상기 축전지모듈에 저장된 전기 에너지 또는 상용전원을 공급받아 구동되는 LED 등기구를 포함하여 구성하였다.

기존 태양광 가로등에 관련된 선행기술들은 태양광전지모듈을 폴 지주에 결합시키기 위한 구조가 복잡하고, 배터리의 설치 위치가 한정될 수 밖에 없으며, 폴 지주의 내부에 배치되는 배터리의 과열을 방지하기 위한 방열구조가 요구된다.

또한, 배터리가 지주의 내부에 배치됨에 따라 하절기에는 지주의 내부가 과열되어 배터리에 전달되는 온도가 65℃를 초과할 경우 배터리의 효율이 저하되는 단점이 있다.

그리고, 기존 태양광 가로등에 부피가 큰 태양광전지모듈을 장착할 경우, 바람 저항에 의해 부품이 파손 및 변형되므로, 부피의 제약이 있었다.

그리하여 2020년 05월 08일자 특허등록 제10-2110935호(태양광 가로등)가 제안되었으며,

이는, 하부가 지면에 고정되고 수직방향으로 기립되게 배치되며, 외주 일측면에 엘이디램프가 구비되고, 상단측 외주에 형성된 수납홈에 절첩 수납되는 깃발봉이 구비된 지주부와;

상기 지주부의 상측에 착탈 가능하게 결합되고 상부에 결합통체의 하부가 착탈수단에 의해 착탈 가능하게 결합되며, 상기 결합통체의 공간부 내부와 외부를 연통시키는 적어도 하나 이상의 공기유입구가 상,하로 천공되도록 형성되고 상기 결합통체의 하부와 체결되도록 공기유입구보다 외측으로 이격된 위치에 제1 체결공이 형성된 제1 베이스판과,

상기 제1 베이스판의 상부면 테두리 둘레에 상측으로 돌출되어 상기 결합통체의 하단부가 수용되는 제1 안착홈부와,

상기 제1 베이스판의 하부에 상기 지주부의 상단부가 수용되는 제1 수용홈부로 구성된 제1 플랜지몸체와;

상기 제1 플랜지몸체의 상부에 안착되고 착탈수단에 의해 착탈 가능하게 결합되며, 내부에 상기 공기유입구와 연통되는 공간부가 형성되고 외주면에 태양광전지모듈이 부착되며, 서로간의 근접 부위가 요철 결합되고 내측면과 외측면 사이에 단열을 위한 공기층이 구비된 복수의 분할블록으로 구성된 결합통체와;

상기 결합통체의 공간부 내에 구비된 배터리와;

상기 결합통체의 상부에 착탈 가능하게 결합되며, 중앙에 상기 공간부와 연통되는 통공이 형성되고 상기 결합통체의 상부와 체결되도록 제2 수용홈부의 외주보다 외측으로 이격된 위치에 제2 체결공이 형성된 제2 베이스판과, 상기 제2 베이스판의 하부면 테두리 둘레에 하측으로 돌출되어 상기 결합통체의 상단부가 수용되는 제2 안착홈부 및 상기 제2 베이스판의 상부에 상부 몸체의 하부가 수용되고 공기유로가 형성된 제2 수용홈부로 구성된 제2 플랜지몸체와;

상기 제2 플랜지몸체의 상부에 착탈 가능하게 결합되며, 외주 일측에 붐대가 끼움 결합되는 끼움부가 형성되고, 내부에 상기 제2 수용홈부 내부의 공기유로와 연통된 중공부가 형성된 상부몸체와;

상기 상부몸체에 일단부가 결합되고, 타단부에 메인램프가 구비된 등기구가 결합된 붐대;

상기 상부몸체의 상부에 착탈 가능하게 결합되고, 내부에 상기 상부몸체의 중공부와 연통되는 내부공간이 형성되며, 하부면에 상기 내부공간의 공기를 하측 외부로 배출시키는 공기배기구가 형성된 캡부재;로 구성하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 태양광 가로등에 의하여서는 배터리의 가로등의 지주에 내장하도록 하였으나, 그 구조가 복잡하며 일부 지역에서 배터리를 분실하게 되는 단점이 있었다.

또한. 종래에는 발광다이오드를 10개씩 직렬로 배열하여 발광다이오드 모듈을 결합하도록 하였으나, 하나의 직렬 라인에 30V의 전압을 공급하면서 2500lm의 밝기를 유지하도록 하였으므로 배터리의 전원이 그만큼 방전되어 부조일수가 3일 동안 지속될 경우에도 발광다이오드가 점등되도록 하기 위한 배터리의 용량이 커지게 되었다.

그러므로 배터리의 용량이 커지면 가로등 본체에 내장하기가 어려워지고, 배터리의 크기가 작아지면 부조일수가 상대적으로 줄어들게 되어 장마철과 같은 경우에는 가로등이 점등되지 않는 날도 발생할 수 있게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 지주에 배양광 모듈을 설치하면서 가로등 본체의 내부에 배터리와 컨트롤러 및 GPS 센서의 부품들을 내장하여 도난 및 파손을 방지하도록 하고 본체를 알루미늄 재질로 형성하여 방열의 기능을 수행하는 동시에 상면의 차광판에 의해 직사광선에 의한 피해를 방지할 수 있으며 동일한 밝기에도 부조일수가 길어지도록 하여 효과적으로 사용할 수 있도록 한 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈은 가로등 본체의 내부를 제어부와 점등부로 분리하여 제어부는 격벽에 의해 밀폐된 상태를 유지하도록 하면서 점등부의 하부를 개구부위로 형성하여 빛을 하향으로 비출 수 있도록 하되,

상기 가로등 본체의 내부에 내장한 GPS 센서를 통해 현재 설치된 곳의 위치정보와 시간정보를 수신하도록 하고,

상기 GPS 센서로부터 시간정보를 전달받는 메인 컨트롤러에서 일출시간 및 일몰시간을 자동으로 연산하면서 가로등의 점등과 소등을 제어하도록 하고,

상기 메인 컨트롤러의 제어를 받는 발광다이오드 모듈에서 결합된 발광다이오드를 점등 및 소등하도록 하고,

상기 가로등 본체의 지주에 설치된 태양광 모듈(photovoltaic)에서 배양광 발전에 의한 전기에너지를 발생하도록 하고,

상기의 배터리에 접속된 배터리 컨트롤러에서 태양광 모듈로부터 공급되는 전기에너지를 배터리에 충전하였다가 필요할 때 방전시켜 사용하며 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 차단, 단락 보호 및 셀발란스의 기능을 수행하면서 배터리를 관리하도록 하고,

가로등 본체를 알루미늄 재질로 형성하여 내부의 매터리 등에서 발생하는 열을 외부로 전달하면서 방열의 기능을 하도록 하고,

상기 가로등 본체의 상면에 부착되어 사이의 공간으로 공기에 의한 냉각이 가능하도록 하면서 직사 광선을 차단하면서 과열을 방지하는 차광판으로 구성하고,

상기의 발광다이오드 모듈의 회로 구성을 16개씩 직렬로 배열한 발광다이오드 결합 3열을 병렬로 배열하도록 하여 기존 발광다이오드 모듈과의 대비 밝기는 2700lm 이상 유지하면서 배터리의 소비전류를 25% 정도 절감하도록 하고,

상기의 밝기를 유지하는데 18W의 전력이 소비되므로 배터리의 방전량을 그만큼 줄일 수 있어 부조일수를 감안한 배터리의 용량 및 태양전지 용량에 따른 크기를 줄일 수 있어 가로등 본체에 내장할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

상기의 본 발명에 따른 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈에 의하여서는 가로등 본체의 내부를 제어부와 점등부로 분리하여 제어부는 격벽에 의해 밀폐된 상태를 유지하도록 하면서 점등부의 하부를 개구부위로 형성하여 빛을 하향으로 비출 수 있도록 하고,

상기 가로등 본체의 내부에 내장한 GPS 센서를 통해 현재 설치된 곳의 위치정보와 시간정보를 수신하는 메인 컨트롤러에서 일출시간 및 일몰시간을 자동으로 연산하면서 가로등의 발광다이오드 모듈을 통해 발광다이오드의 점등과 소등을 제어하도록 하고,

상기 가로등 본체의 지주에 설치된 태양광 모듈에서 배양광 발전에 의한 전기에너지를 발생하면 배터리 컨트롤러에서 배터리에 충전하였다가 필요할 때 방전시켜 사용하며 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 차단, 단락 보호 및 셀발란스의 기능을 수행하면서 배터리를 관리하도록 하고,

상기 가로등 본체의 재질인 알루미늄에 의한 방열과 상면에 부착된 차광판과 본체 사이의 공간으로 공기에 의한 냉각이 가능하도록 하면서 직사 광선을 차단하여 과열을 방지하도록 하고,

상기의 발광다이오드 모듈의 회로 구성을 16개씩 직렬로 배열한 발광다이오드 결합 3열을 병렬로 배열하도록 하여 기존 발광다이오드 모듈과의 대비 밝기는 2700lm 이상 유지하면서 배터리의 소비전류를 25% 정도 절감하도록 하고,

상기의 밝기를 유지하는데 18W의 전력이 소비되므로 배터리의 방전량을 그만큼 줄일 수 있어 부조일수를 감안한 배터리의 용량에 따른 크기를 줄일 수 있어 가로등 본체에 내장할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 전체 구성을 도시한 측면도.
도 3은 본 발명의 주요 구성을 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 작동을 위한 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 설치 상태를 도시한 개략도.
도 6은 본 발명 발광다이오드 모듈의 구성을 도시한 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈은,

가로등 본체(1)의 내부를 제어부(10)와 점등부(20)로 분리하여 제어부(10)는 격벽(11)에 의해 밀폐된 상태를 유지하도록 하면서 점등부(20)의 하부를 개구부위(21)로 형성하여 빛을 하향으로 비출 수 있도록 하되,

상기 가로등 본체(1)의 점등부(20)에 내장되어 현재 설치된 곳의 위치정보와 시간정보를 수신하는 GPS 센서(22)와,

상기 GPS 센서(22)로부터 시간정보를 전달받아 일출시간 및 일몰시간을 자동으로 연산하면서 가로등의 점등과 소등을 제어하는 메인 컨트롤러(12)와,

상기 메인 컨트롤러(12)의 제어를 받으면서 결합된 발광다이오드(24)를 점등 및 소등하는 점등부(20)의 발광다이오드 모듈(23)과,

상기 가로등 본체(1)의 지주(2)에 설치되어 배양광 발전에 의한 전기에너지를 발생하는 태양광 모듈(photovoltaic)(3)과,

상기의 태양광 모듈(3)로부터 공급되는 전기에너지를 배터리(14)에 충전하였다가 필요할 때 방전시켜 사용하며 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 차단, 단락 보호 및 셀발란스의 기능을 수행하면서 배터리(14)를 관리하는 배터리 컨트롤러(13)와,

알루미늄 재질로 방열을 하는 상기 가로등 본체(1)의 상면에 부착되어 사이의 공간(5)으로 공기에 의한 냉각이 가능하도록 하면서 직사 광선을 차단하면서 과열을 방지하는 차광판(4)으로 구성하고,

상기의 발광다이오드 모듈(23)의 회로 구성을 16개씩 직렬로 배열한 발광다이오드(24)의 결합 3열을 병렬로 배열하도록 하여 기존 발광다이오드 모듈과의 대비 밝기는 2700lm 이상 유지하면서 배터리의 소비전류를 25% 정도 절감하도록 하고,

상기의 밝기를 유지하는데 18W의 전력이 소비되므로 배터리(14)의 방전량을 그만큼 줄일 수 있어 부조일수를 감안한 배터리(14)의 용량에 따른 크기를 줄일 수 있어 가로등 본체에 내장할 수 있도록 구성한 것이다.

상기와 같이 구성한 본 발명의 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈은,

가로등 본체(1)의 내부를 제어부(10)와 점등부(20)로 분리하여 제어부(10)는 격벽(11)에 의해 밀폐된 상태를 유지하도록 하면서 점등부(20)의 하부를 개구부위(21)로 형성하여 빛을 하향으로 비출 수 있도록 한다.

상기 가로등 본체(1)의 점등부(20)에 내장된 GPS 센서(22)에서 현재 설치된 곳의 위치정보와 시간정보를 수신하도록 한다.

상기 GPS 센서(22)로부터 시간정보를 전달받는 메인 컨트롤러(12)는 일출시간 및 일몰시간을 자동으로 연산하면서 가로등의 점등과 소등을 제어하도록 한다.

상기 메인 컨트롤러(12)의 제어를 받는 점등부(20)의 발광다이오드 모듈(23)에서 결합된 발광다이오드(24)를 일몰 시간에 맞춰 점등하거나 일출 시간에 맞춰 소등하도록 한다.

상기 가로등 본체(1)의 지주(2)에 설치된 태양광 모듈(photovoltaic)(3)에서 배양광 발전에 의한 전기에너지를 생성하도록 한다.

상기의 태양광 모듈(3)로부터 공급되는 전기에너지를 배터리 컨트롤러(13)에서 배터리(14)에 충전하였다가 필요할 때 방전시켜 사용하며, 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 차단, 단락 보호 및 셀발란스의 기능을 수행하면서 배터리(14)를 관리하도록 한다.

알루미늄 재질로 형성하여 내부의 매터리(14)와 발광다이오드(24)에서 발생하는 열을 외부로 전달하면서 방열의 기능을 수행하는 상기 가로등 본체(1)의 상면에 부착된 차광판(4)은 사이의 공간(5)을 통한 공기의 흐름에 의해 냉각이 가능하도록 하면서 직사 광선을 차단하여 과열을 방지하도록 한다.

상기 발광다이오드 모듈(23)의 회로 구성을 16개씩 직렬로 배열한 발광다이오드(24)의 결합 3열을 병렬로 배열하도록 하여 기존 발광다이오드 모듈과의 대비 밝기는 2700lm 이상 유지하면서 배터리의 소비전류를 25% 정도 절감하도록 한다.

상기의 밝기를 유지하는데 18W의 전력이 소비되므로 배터리(14)의 방전량을 그만큼 줄일 수 있어 부조일수를 감안한 배터리(14)의 용량에 따른 크기를 줄일 수 있어 가로등 본체에 내장할 수 있도록 한다.

물론 태양광 모듈(3)의 용령에 따른 크기도 줄일 수 있어 경제적인 효과도 있도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

1 : 가로등 본체 3 : 태양광 모듈
4 : 차광판 10 : 제어부
11 : 격벽 12 : 메인 컨트롤러
13 : 배터리 컨트롤러 14 : 배터리
20 : 점등부 22 : GPS 센서
23 : 발광다이오드 모듈

Claims (1)

1. 가로등 본체(1)의 내부를 제어부(10)와 점등부(20)로 분리하여 제어부(10)는 격벽(11)에 의해 밀폐된 상태를 유지하도록 하되,
   상기 가로등 본체(1)의 점등부(20)에 내장되어 현재 설치된 곳의 위치정보와 시간정보를 수신하는 GPS 센서(22)와,
   상기 GPS 센서(22)로부터 시간정보를 전달받아 일출시간 및 일몰시간을 자동으로 연산하면서 가로등의 점등과 소등을 제어하는 메인 컨트롤러(12)와,
   상기 메인 컨트롤러(12)의 제어를 받으면서 결합된 발광다이오드(24)를 점등 및 소등하는 점등부(20)의 발광다이오드 모듈(23)과,
   상기 가로등 본체(1)의 지주(2)에 설치되어 배양광 발전에 의한 전기에너지를 발생하는 태양광 모듈(photovoltaic)(3)과,
   상기의 태양광 모듈(3)로부터 공급되는 전기에너지를 배터리(14)에 충전하였다가 필요할 때 방전시켜 사용하며 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 차단, 단락 보호 및 셀발란스의 기능을 수행하면서 배터리(14)를 관리하는 배터리 컨트롤러(13)와,
   알루미늄 재질로 방열을 하는 상기 가로등 본체(1)의 상면에 부착되어 사이의 공간(5)으로 공기에 의한 냉각이 가능하도록 하면서 직사 광선을 차단하면서 과열을 방지하는 차광판(4)로 구성한 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈에 있어서,
   상기 발광다이오드 모듈(23)의 회로 구성을 16개씩 직렬로 배열한 발광다이오드(24)의 결합 3열을 병렬로 배열하도록 하여 기존 발광다이오드 모듈과의 대비 밝기는 2700lm 이상 유지하면서 배터리의 소비전류를 25% 정도 절감하도록 하고,
   상기의 밝기를 유지하는데 18W의 전력이 소비되므로 배터리(14)의 방전량을 그만큼 줄일 수 있어 부조일수를 감안한 배터리(14)의 용량에 따른 크기를 줄일 수 있어 가로등 본체에 내장할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 배터리 내장형 태양광 발전식 가로등의 발광다이오드 모듈.

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