KR20220110392A - 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 별도의 조도 센서 없이 태양광 패널을 이용하여 자동으로 가로등을 충전 또는 방전시킬 수 있는 자동 가로등 충방전 시스템에 관한 것으로, 배터리, 상기 배터리와 연결되면 점등되는 가로등부, 태양광을 받아 소정 범위의 전압을 출력하는 태양광 패널, 상기 태양광 패널의 출력전압을 변환해 출력하는 DC-DC 컨버터, 상기 DC-DC 컨버터와 상기 배터리 사이에 설치되어 상기 DC-DC 컨버터로부터 전압을 입력받아 배터리를 충전하는 배터리 충전회로 및 상기 태양광 패널의 출력전압에 따라 상기 배터리를 상기 가로등부와 연결시키거나, 상기 배터리와 상기 가로등부의 연결을 끊어, 상기 가로등부를 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템{Automatic street light charging/discharging system using solar panel}
본 발명은 가로등 충방전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 태양광 패널을 이용하여 별도의 조도 센서 없이도 가로등을 충전 또는 방전시킬 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가로등은 차도 또는 인도에 설치되어 야간에 운전자 또는 보행자가 장애물을 쉽게 인식하고 이를 회피하거나 안전하게 정지할 수 있도록 하여 운전자, 및 보행자의 안전을 도모한다.
이전의 가로등은 별도의 전원에 연결되어 전원을 공급받지만, 최근에는 가로등의 상부에 태양광 패널을 설치하여, 태양광이 있는 낮 동안에 배터리를 충전하고, 태양광이 없는 밤 동안에는 배터리를 방전시켜 가로등을 점등하는 방식의 가로등이 사용되고 있다.
이러한 태양광 패널을 이용한 가로등은, 별도의 조도센서가 설치되고, 조도센서에서 감지하는 주변의 조도 센싱값에 따라, 별도의 제어부가 태양광 패널을 이용해 배터리를 충전하고 가로등을 소등하거나, 배터리를 방전시켜 가로등을 점등하는 방식을 사용했다. 종래의 조도 센서를 이용한 이러한 방식은 조도센서를 사용해야 하므로 비용이 증가하고 장치 자체가 복잡해지는 등의 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-1980049호("등주의 색상 조절 기능을 구비한 태양광 가로등", 공고일 2019.05.17.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 목적은 별도의 조도 센서 없이 태양광 패널을 이용하여 자동으로 가로등을 충전 또는 방전시킬 수 있는 자동 가로등 충방전 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템은, 배터리, 상기 배터리와 연결되면 점등되는 가로등부, 태양광을 받아 소정 범위의 전압을 출력하는 태양광 패널, 상기 태양광 패널의 출력전압을 변환해 출력하는 DC-DC 컨버터, 상기 DC-DC 컨버터와 상기 배터리 사이에 설치되어 상기 DC-DC 컨버터로부터 전압을 입력받아 배터리를 충전하는 배터리 충전회로 및 상기 태양광 패널의 출력전압에 따라 상기 배터리를 상기 가로등부와 연결시키거나, 상기 배터리와 상기 가로등부의 연결을 끊어, 상기 가로등부를 점등 또는 소등시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 DC-DC 컨버터에서 출력되는 출력전압이 소정 전압 이상일 경우 동작하여, 상기 가로등부와 상기 배터리의 연결을 끊고, 상기 DC-DC 컨버터에서 출력되는 출력전압이 상기 소정 전압 미만일 경우, 상기 가로등부와 상기 배터리를 연결하여 상기 배터리를 방전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 방전중인 상기 배터리의 충전레벨이 기준치 이하로 낮아졌을 경우, 상기 가로등부와 외부전원을 연결하여 외부전원에 의해 상기 가로등부가 점등되도록 하는 외부전원 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양광 패널에서 출력되는 출력전압 추이를 통해 상기 배터리의 완충 또는 일정 기준치까지의 충전되기까지 소요되는 시간을 예측하는 예측부 및 상기 예측부에 의해 예측된 상기 배터리의 완충 시각이 태양이 진 이후의 시각일 경우, 태양이 지는 시각 이전까지 상기 배터리가 완충되도록 외부전원을 상기 DC-DC 컨버터에 연결하는 외부전원 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에 의하면, 제어부가 DC-DC 컨버터의 출력전압에 의해 동작하여, 제어부의 동작시 배터리와 가로등부의 연결을 끊어 배터리가 충전되도록 하고, DC-DC 컨버터의 출력전압이 소정 기준치 이하일 경우 배터리와 가로등부를 연결하여 배터리를 방전시키고 가로등부를 점등시켜, 별도의 조도센서 없이도 자동으로 배터리를 충방전할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에서 제어부가 동작해 태양광 패널을 이용해 배터리를 충전할 때의 전력 경로이며,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에서 제어부가 동작하지 않아, 배터리와 가로등부가 연결되어 방전될 때의 전력 경로이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 DC-DC 컨버터의 회로도이며,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 배터리 충전회로의 회로도이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 제어부와 가로등부의 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템을 블록 형태로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템은, 배터리(100), 가로등부(200), 태양광 패널(300), DC-DC 컨버터(400), 배터리 충전회로(500) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
배터리(100)는 후술할 가로등부(200)를 동작시켜 점등하기 위한 전력이 저장된다. 배터리(100)는 충전 및 방전이 가능한 2차 배터리일 수 있으며, 보다 구체적으로 리튬 이온 배터리일 수 있다. 본 발명에서 배터리(100)의 출력은 다양할 수 있으나, 후술할 가로등부(200)의 동작을 위해서 본 실시예의 배터리(100)의 출력전압은 3.7V일 수 있다.
가로등부(200)는 후술할 제어부(600)에 의해 점등되거나 소등된다. 가로등부(200)는 LED 램프와 같은 광원을 포함할 수 있다. 가로등부(200) 자체는 실외에 설치될 수 있다.
태양광 패널(300)은 가로등부(200)와 함께 실외에 설치될 수 있으며, 태양으로부터 빛을 받아 태양광 발전한다. 태양광 패널(300)은 실외에 적어도 하나 이상 설치될 수 있으며, 소정 범위의 전압을 출력한다. 여기서 소정 범위란, 4.75~24V의 전압일 수 있다. 사용자는 설계사항에 따라 특정 출력전압을 가지는 다양한 종류의 태양광 패널(300)을 본 발명에 사용할 수 있다.
DC-DC 컨버터(400)는 태양광 패널(300)의 출력전압을 입력받아, 전압을 변화하여 출력한다. DC-DC 컨버터(400)에서 변환되는 출력전압은 4.5~5.5V일 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터(400)는 태양광 패널(300)에서 입력되는 다소 높은 전압을 낮춰 출력하는 일종의 강압 회로일 수 있으며, DC-DC 컨버터(400)가 출력하는 전압은 상술한 배터리(100)를 충전하기 위한 전압일 수 있다.
배터리 충전회로(500)는 DC-DC 컨버터(400)로부터 전압을 입력받아, 배터리(100)를 충전한다.
제어부(600)는 태양광 패널(300)의 출력전압에 따라 배터리(100)를 가로등부(200)와 연결시켜 가로등부(200)를 점등시키거나, 배터리(100)와 가로등부(200)를 연결시키지 않아 가로등부(200)를 소등시키면서, 배터리(100)와 배터리 충전회로(500)를 연결시켜 배터리(100)를 충전시킬 수 있다. 즉, 제어부(600)는 배터리(100), 가로등부(200) 및 배터리 충전회로(500)간의 연결을 변경하기 위한 소정의 스위치를 포함할 수 있다. 제어부(600)는 상술한 DC-DC 컨버터(400)에서 출력되는 출력전압에 의해 동작할 수 있다. 보다 상세히, 태양광 패널(300)에서 소정 범위의 전압을 출력하여, DC-DC 컨버터(400)에서 소정의 출력전압이 있을 때에는 제어부(600)가 동작하여 배터리(100)와 가로등부(200) 사이에 폐회로를 끊고, DC-DC 컨버터(400)에서 소정의 출력전압이 없을 때, 제어부(600)는 동작하지 않아 배터리(100)와 가로등부(200) 사이에 폐회로를 구성하여, 배터리(100)의 출력전압이 가로등부(200)로 방전되어, 가로등부(200)를 점등한다.
즉, 본 발명은 상술한 바와 같이 DC-DC 컨버터(400)의 출력전압을 통해 동작하는 제어부(600)를 통해, 별도의 조도 센서 없이 태양광이 있을 때에는 태양광 패널(300), DC-DC 컨버터(400) 및 배터리 충전회로(500)를 통해 배터리(100)를 충전시키고, 태양광이 없을 때에는 배터리(100)를 통해 가로등부(200)가 점등되어, 자동으로 가로등부(200)를 동작시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에서 제어부가 동작해 태양광 패널을 이용해 배터리를 충전할 때의 전력 경로이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에서 제어부가 동작하지 않아, 배터리와 가로등부가 연결되어 방전될 때의 전력 경로이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 DC-DC 컨버터의 회로도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 배터리 충전회로의 회로도이며, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템의 제어부와 가로등부의 회로도이다.
도 4에 도시된 DC-DC 컨버터(400)에서 강압된 출력전압을 도 6에 도시된 제어부(600)에 연결한다. 이후 DC-DC 컨버터(400)에서 출력되는 소정 범위의 전압을 미세하게 측정하고, 도 6에 도시된 가변저항(VR1)을 조절해 작동전압을 조정하며, 조정된 작동전압에 따라 제어부(600)는 스위치를 제어하여 배터리(100)를 가로등부(200)와 연결하거나, 배터리 충전회로(500)를 배터리(100)와 연결시킨다.
도 6을 참조하여 제어부(600)의 동작을 보다 상세히 설명한다. 도면의 DC_PWR라인을 통해 DC-DC 컨버터(400)를 통해 전압이 입력되면, 도 6에 도시된 가변저항(VR1)을 조절하여 PNP형 BJT(Q1)에 전압을 가해, 모스펫(Q2)을 구동시킨다.
BJT(Q1)의 1번핀(베이스 단자)에 DC-DC 컨버터(400)를 통해 4.5V이상의 전압이 인가되면, BJT(Q1)가 작동하여 2번핀(이미터 단자)과 3번핀(컬렉터 단자) 사이의 전류흐름을 차단시킨다. BJT(Q1)의 3번핀과 1번핀 사이에 전류가 흐르지 않으므로, 모스펫(Q2)이 작동되지 않아 전류가 차단되어, 가로등부(200)의 LED에 연결된 J7 커넥터를 통과하여 흐르는 전류를 차단시켜, LED는 오프 된다.
BJT(Q1)의 1번핀(베이스 단자)에 DC-DC 컨버터(400)를 통해 4.5V이상의 전압이 인가되지 않으면, BJT(Q1)가 작동하여 2번핀, 3번핀 사이에 전류가 도통되고, BJT(Q1)의 3번핀과 1번핀 사이에 전류가 흘러, 모스펫(Q2)이 동작하여, 전류가 흐르고, 이에 따라 가로등부(200)에 포함된 LED에 연결된 J7 커넥터를 통과해 전류가 흘러, 가로등부(200)의 LED가 온 된다.
[제2실시예]
본 발명의 제2실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템은, 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에 있어서, 외부전원과 연결여부를 결정하는 외부전원 제어부를 더 포함할 수 있따.
외부전원 제어부는, 방전중인 배터리(100)의 충전레벨이 기준치 이하로 낮아졌을 경우, 가로등부(200)와 외부전원을 연결하여, 외부전원에 의해 가로등부(200)가 점등되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 기상환경 또는 기타 요인으로 인해, 낮 시간동안 태양광 패널(300)에서 충분한 양의 전력을 발전하지 못해, 배터리(100)의 방전 중에 완전방전 되거나, 배터리(100)의 충전량이 기준치 이하일 수 있다. 이러한 경우에도 배터리(100)는 방전될 필요가 있으므로, 외부전원 제어부는 외부전원을 가로등부(200)에 연결해 가로등부(200)를 직접 점등할 수 있다.
상기 외부전원은 상용전원이거나, 별도의 배터리일 수 있다.
[제3실시예]
본 발명의 제3실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템은, 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템에 있어서, 태양광 패널(300)에서 출력되는 출력전압 추이를 통해 배터리(100)의 완충 또는 일정 기준치까지의 충전되기까지 소요되는 시간을 예측하는 예측부와, 예측부에 의해 예측된 완충 시각이 태양이 지는 시각으로 완충이 어렵다고 판단될 경우, 태양이 지는 시각까지 배터리(100)가 완충되도록 외부전원을 DC-DC 컨버터(300)에 연결하는 외부전원 제어부를 더 포함할 수 있으며, 본 실시예는 예측부와 외부전원 제어부의 구성을 통해, 배터리(100)가 밤 시간 전체동안 방전될 수 있도록 할 수 있다.
상기 외부전원은 상용전원이거나, 별도의 배터리일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 배터리
200 : 가로등부
300 : 태양광 패널
400 : DC-DC 컨버터
500 : 배터리 충전회로
600 : 제어부

Claims (4)

  1. 배터리;
    상기 배터리와 연결되면 점등되는 가로등부;
    태양광을 받아 소정 범위의 전압을 출력하는 태양광 패널;
    상기 태양광 패널의 출력전압을 변환해 출력하는 DC-DC 컨버터;
    상기 DC-DC 컨버터와 상기 배터리 사이에 설치되어 상기 DC-DC 컨버터로부터 전압을 입력받아 배터리를 충전하는 배터리 충전회로; 및
    상기 태양광 패널의 출력전압에 따라 상기 배터리를 상기 가로등부와 연결시키거나, 상기 배터리와 상기 가로등부의 연결을 끊어, 상기 가로등부를 점등 또는 소등시키는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 DC-DC 컨버터에서 출력되는 출력전압이 소정 전압 이상일 경우 동작하여, 상기 가로등부와 상기 배터리의 연결을 끊고, 상기 DC-DC 컨버터에서 출력되는 출력전압이 상기 소정 전압 미만일 경우, 상기 가로등부와 상기 배터리를 연결하여 상기 배터리를 방전하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    방전중인 상기 배터리의 충전레벨이 기준치 이하로 낮아졌을 경우, 상기 가로등부와 외부전원을 연결하여 외부전원에 의해 상기 가로등부가 점등되도록 하는 외부전원 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 패널에서 출력되는 출력전압 추이를 통해 상기 배터리의 완충 또는 일정 기준치까지의 충전되기까지 소요되는 시간을 예측하는 예측부; 및
    상기 예측부에 의해 예측된 상기 배터리의 완충 시각이 태양이 진 이후의 시각일 경우, 태양이 지는 시각 이전까지 상기 배터리가 완충되도록 외부전원을 상기 DC-DC 컨버터에 연결하는 외부전원 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널을 이용한 자동 가로등 충방전 시스템.

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101980049B1 (ko) 2018-08-20 2019-05-17 주식회사 아토텍 등주의 색상 조절 기능을 구비한 태양광 가로등

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