KR20220064491A

KR20220064491A - 태양열 전지를 이용한 ｌｅｄ조명장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20220064491A
Application number: KR1020200150587A
Authority: KR
Inventors: 김용기
Original assignee: 김용기
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-05-19

Abstract

본 발명은 눈에 잔상을 남기는 잔상시간보다 짧은 시간 간격으로 LED조명이 점멸을 반복할 수 있도록 전력조정기를 제어함으로써, LED조명에서 소비되는 소비전력을 최소화하여 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치는, 태양전 지판을 통해 충전되는 축전지, 축전지 또는 외부로부터 공급되는 교류전원으로 점멸되는 LED조명, LED조명에 인가되는 전원을 제어하는 전력조정기 및 유선 또는 무선 방식으로 전력조정기와 통신하면서 제어 및 점검하기 위한 제어기를 포함하여 이루어지고, 전력조정기는 시각적으로 착시를 일으키는 착시시간보다 짧은 주사타임으로 LED조명을 반복하여 점멸시켜 주는 것을 특징으로 한다.

Description

태양열 전지를 이용한 ＬＥＤ조명장치 및 그 제어방법{LED lighting device using solar cell and its control method}

본 발명은 태양전지를 이용한 LED조명장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED조명장치에 인가되는 전원이 시각적으로 깜빡거림을 인식할 수 없는 속도로 반복하여 점멸되도록 제어함으로써, 장시간 동안 점등되게 되는 LED조명장치의 전력소비효율을 향상시킬 수 있게 한 태양전지를 이용한 LED조명장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지를 이용한 LED조명장치는, 태양전지판을 통하여 태양열을 전기에너지로 변환시켜 이를 축전지에 충전하여 사용한다. 이러한 LED조명장치는 겨울철이라든가 우기와 같이 충분한 태양열을 얻을 수 없는 경우에는 조명장치에 필요한 만큼의 전기에너지를 얻기가 어렵다. 이 때문에, 종래의 LED조명장치는 태양전지의 직류전원과 외부의 교류전을 함께 이용하고 있다. 하지만, 이러한 종래의 LED조명장치는 장시간 점등이 필요한 곳에서는 전력이 많이 소비되는 문제가 발생하였다. 특히, 이러한 전력소비는 건축물의 실내라든가 특히 지하건축물(예를 들어, 터널이라든가 지하철)의 조명시설, 비상구 등을 안내하기 위한 안내등 그리고 야간에 일정 시간 지속적으로 점등되어야 하는 가로등의 경우 소비 전력이 많이 필요하게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 눈에 잔상을 남기는 잔상시간보다 짧은 시간 간격으로 LED조명이 점멸을 반복할 수 있도록 전력조정기를 제어함으로써, LED조명에서 소비되는 소비전력을 최소화하여 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치는, 태양전 지판을 통해 충전되는 축전지, 축전지 또는 외부로부터 공급되는 교류전원으로 점멸되는 LED조명, LED조명에 인가되는 전원을 제어하는 전력조정기 및 유선 또는 무선 방식으로 전력조정기와 통신하면서 제어 및 점검하기 위한 제어기를 포함하여 이루어지고, 전력조정기는 시각적으로 착시를 일으키는 착시시간보다 짧은 주사타임으로 LED조명을 반복하여 점멸시켜 주는것을 특징으로 한다. 특히, 주사타임은 눈의 잔상시간보다 짧게 설정된 것을 특징으로 한다. 이러한 주사타임은 1/90~1/70초인 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에 따른 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치의 제어방법은, 태양전지판에 의해 충전되는 축전지의 전압상태를 확인하는 제1단계, 전압이 17V 이상인가를 판단하는 제2단계, 제2단계의 판단단계에 따라 선택된 전원을 인가하는 제3단계 및 인가된 전원을 일정한 주사타임으로 반복하여 점멸되게 하여 LED조명이 점등된 상태를 유지시켜 주는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 특히, 제3단계는 축전지의 전압이 17V 이상이면 이 축전지의 직류전압을 인가하고, 전압이 17V 이하이면 교류전원을 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치 및 그 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. 첫째, LED조명을 지속적으로 점등시키지 않기 때문에 LED조명을 점등시키는데 필요한 전력을 최소화할 수 있다. 둘째, 전력소비의 감소로 인하여 교류전원(외부전원)의 소비를 최소화하고 태양광에 의한 축전지의 전력만으로도 점멸시킬 수 있기 때문에, 보다 친환경적인 LED조명장치를 제공할 수 있게 된다. 셋째, LED조명이 깜빡거리지 않기 때문에 눈의 피로 현상을 줄일 수 있다.

이하, 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. (구성) 본 발명에 따른 LED조명장치는, 태양광을 이용하여 전원을 얻기 위한 태양광 축전수단과, 이 태양광축전수단으로부터 얻은 직류전원 또는 외부의 교류전원에 의해 동작하는 LED조명과, 이 LED조명에 교류 또는 직류전원을 선택적으로 인가하기 위한 전력조정기와, 유선 또는 무선 방식으로 상기 전력조정기를 통해 LED조명의 제어 및 점검을 위한 제어기를 포함한다. 특히, 전력조정기는 LED조명에서 최소한의 전력 소비가 이루어질 수 있도록 눈의 잔상시간보다 짧은 주사타임으로 LED조명을 지속적으로 반복하여 점멸시켜 주도록 구성된다. 이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 태양광 축전수단은 실질적으로 태양광을 받아들이는 태양전지판과, 이 태양전지판에서 생성된 전원을 저장하기 위한 축전지를 포함하여 구성된다. 특히, 태양전지판은 태양이 비춰지는 방향을 고려하여 계절에 상관없이 최대량을 얻을 수 있도록 고정설치된 고정식 태양전지를 이용할 수도 있고, 계절에 따라 일주하는 태양의 위치가 달라지는데 이에 따라 태양의 위치를 추적하여 항상 최대의 태양광을 얻을 수 있게 한 회전식 태양전지를 이용할 수도 있다. 또한, 태양광 축전수단은 안정적인 전원공급 및 이 태양광 축전수단을 보호하기 위하여 충전조정기가 더 구비된다. 충전조정기는 후술하게 될 전력조정기의 제어를 받아 동작한다. 이러한 충전조정기는 축전지에의 과충전이라든가 과방전 차단기능, 역전류 방지기능 그리고 축전지의 충전상태를 등을 표시하고, 이를 전력조정기라든가 제어기로 송출하는 기능을 담당한다. LED조명은 태양광으로부터 발생된 전원을 기본으로 공급받아 점멸되는 조명장치를 말한다. 이러한 LED조명에는 통상적으로 상기 태양광 축전수단으로부터 얻은 직류전원을 이용하나, 직류전원이 부족할 경우 외부의 교류전원을 공급받아 점등될 수 있도록 교류공급장치에 전기적으로 연결된다. 이러한 교류공급장치의 구성 및 연결은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자라면 용이하게 알 수 있는 기술로서 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 이러한 태양광을 이용한 LED조명으로는 터널이라든가 지하철과 같은 지하시설물이라든가 소규모 시설의 실내조명과 같은 조명시설이라든가 비상탈출구와 같이 항상 점등되어 있어야 하는 안내등, 그리고 야간에 소정의 시간 동안 지속적으로 점등되어 있어야만 하는 가로등을 예로 들 수 있다. 전력조정기는 제어기의 제어를 받아 동작하며, 상기 LED조명에 전원공급을 담당한다. 이때, 전력조정기는 상기 축전지에 충전된 직류전원 또는 외부의 교류전원이 선택적으로 LED조명에 공급되도록 충전조정기를 통해 제어한다. 그리고 전력조정기는 축전지의 충전상태, 즉 과충전상태인지 충전상태인지 미리 파악하여 전원선택시 활용한다. 이러한 축전지의 상태 정보는 제어기로도 송출되어 운용자에게도 전송될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 특히, 전력조정기는 LED조명에 전원을 공급함에 있어서, 착시를 일으키는 시간보다 짧은 주사타임으로 반복하여 점멸되게 하여 LED조명에서 소비되는 전력을 최소화한다. 여기서, 주사타임이란, 통상적으로 시각적으로 착시를 일으킬 수 있는 시간보다 짧은 시간주기를 말한다. 일반적으로 눈에는 한번 본 이미지의 잔상이 남게 되는데, 그 잔상시간이 통상적으로 1/24~1/16초이다. 이에, 본 발명에서는 주사타임의 주기를 이 잔상시간보다 짧게 설정함으로써, LED조명이 깜빡거림을 알 수 없게 한 것이다. 이러한 주사타임으로는 1/90~1/70초, 바람직하게는 1/80초로 설정하는 것이 가장 바람직하다. 제어기는 유선 또는 무선으로 제어신호를 입력받아 전력조정기로 출력하게 된다. 이러한 제어기로는 마이콤을 이용할 수 있으며, 외부와의 유선 또는 무선통신을 할 수 있도록 유선 또는 무선 통신모듈을 더 구비한다. 그리고, 이 유선 또는 무선 통신모듈은 운용자제어기기로부터 필요한 제어신호를 입력받거나 제어상태에 관한 신호를 이 운용자제어기기에 출력하게 된다. 이러한 운용자제어기기로는 노트북이라든가 테스크탑과 같은 노트북이라든가, 휴대전화나 PDA와 같은 개인 휴대용 단말을 포함한다. (제어방법) 본 발명에 따른 LED조명장치의 제어방법은 다음과 같이 4단계에 걸쳐 이루어진다. 제1단계는 축전지의 전압상태를 확인하는 단계이다. 축전지의 전압상태는 통상 충전조정기에 의해 확인이 이루어진다. 그리고, 이 충전조정기에 의해 확인된 전압상태는 전력조정기로 출력된다. 제2단계는 제1단계에서 확인된 전압이 일정전압 이상인가를 판단하는 단계이다. 이때의 판단은 전력조정기에서 이루어지며 그 판단결과에 따라 LED조명에 인가되는 전원이 직류를 이용할 것인지 교류를 이용할 것인지 결정하게 된다. 이때의 적정 전압은 축전지의 전압이 LED조명에 사용하는데 적절한 17V 이상인가로 확인하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2단계는 전력조정기에서 판단하는 것으로 설명하고 있으나, 제어기에서 이러한 판단을 하도록 구성하는 것도 가능하다. 제3단계는 제2단계의 결과에 따라 실질적으로 LED조명에 전원을 인가하는 단계이다. 즉, 전력조정기는 축전지의 전압이 17V 이상이면 LED조명에 직류전원이 인가되도록 스위칭작용을 하고, 반대로 전압이 17V 이하이면 외부의 교류전원이 LED조명에 인가되도록 스위칭 작용을 한다. 제4단계는 LED조명에 전원을 인가하되, 일정한 주사타임으로 반복하여 점멸되게 하여 LED조명이 점등된 것과 같게 보이도록 하는 단계이다. 이러한 전원의 점멸제어는 전력조정기에 의해 제어되며, 이때의 주사타임은 상술한 바와 같이 LEd조명이 깜빡거리지 않는 것과 같은 느낌을 갖게 하는 것이다. 이상에서 본 바와 같이 본 발명에 따른 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치는, LED조명을 제어함에 있어서 공급되는 전원을 반복하여 점멸시킴으로써 LED조명이 깜빡거림 등에 의해 발생될 수 있는 눈의 피로 현상을 줄이면서도 LED조명의 소비전력을 최소화할 수 있는 효과가 있는 것이다

Claims

태양전지판에 의해 충전되는 축전지, 상기 축전지 또는 외부로부터 공급되는 교류전원으로 점멸되는 LED조명, 상기 LED조명에 인가되는 전원을 제어하는 전력조정기 및 유선 또는 무선 방식으로 상기 전력조정기와 통신하면서 제어 및 점검하기 위한 제어기를 포함하여 이루어지고, 상기 전력조정기는 시각적으로 착시를 일으키는 착시시간보다 짧은 주사타임으로 상기 LED조명을 반복하여 점멸시켜 주는 것을 특징으로 하는 전력소비효율이 향상된 태양전지를 이용한 LED조명장치.