KR200322111Y1

KR200322111Y1 - 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등

Info

Publication number: KR200322111Y1
Application number: KR20-2003-0011987U
Authority: KR
Inventors: 김기천
Original assignee: (주)한국마이크로휠터
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2003-08-02
Anticipated expiration: 2013-04-18

Abstract

본 고안은 가로등의 동력원을 태양이나 바람과 같은 자연에너지로 가동시 태양광 추적장치에 의해서 더욱 효율적으로 전기 발전을 수행하여 사계절 모두 경제적이면서 관광 및 교육용으로 유용하게 활용할 수 있는 자연에너지 가로등을 제공한다.

본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등은 콘크리트 기저부(11)를 갖는 가로등용 지주(10)에 풍차(21), 풍력발전기(22)를 구비한 풍력발전부(20)와, 태양전지모듈(32)을 구비한 태양광발전부(30)와, 전등(60)이 설치되며, 별도의 축전지(74)와 제어부(76)를 갖는 콘트롤러박스(70)에 의해서 전등(60)의 온/오프 작동을 제어하되, 태양전지모듈(32)에 장착되어서 제어부(76)의 광추적회로에 태양광 방향 감지신호를 제공하는 광센서(31)와, 광추적회로의 출력신호(전압)에 따라 회전축을 회전시키는 스테핑 모터(34)로 이루어진 광추적장치를 더 포함하며, 태양전지모듈(32)의 방향을 태양광의 방향 변화에 따라 작동시켜 축전지(74)에 상대적으로 많은 량의 전력을 저장시킴으로서 전등(60)이 야간에 안정적으로 작동된다.

Description

태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등{NATURAL ENERGY STREETLIGHT HAVING SOLAR TRACING SYSTEM}

본 고안은 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양의 일조량 변화에 따라 효율적으로 전력을 발전시켜 전등의 전원으로 사용하는 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 관한 것이다.

대한민국의 산업자원부는 2000년 12월 대체에너지 개발·보급 종합대책을 발표하여, 에너지·자원부문 중점 정부시책으로 추진키로 하는 등 대체에너지 보급에 대해 적극적인 정책의지를 보인바 있다. 대한민국의 대체에너지개발 및 이용·보급촉진법상 대체에너지는 11개 분야로 지정되어 있는데 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 조수력, 지열, 해양, 폐기물 등 재생에너지가 8종 그리고 연료전지, 석탄액화·가스화, 수소에너지 등 신에너지가 3종이다.

이와 같은 정부 시책에 관련되어 많은 기술적 연구가 진행된 바 있되, 종래 기술에 따른 자연에너지를 이용한 가로등이 2001년 등록실용신안공보 제 234759호에 개시된 바 있다.

도 1에 도시된 종래의 가로등은 야간에 어둠을 해소하기 위해 불을 밝혀주는가로등(1)에 있어서, 가로등(1)에 풍차(2a)가 구비된 풍력발전기(2)와 태양전지판(3)이 병설되고, 풍력발전기(2)와 태양전지판(3)으로부터 발생된 전력이 축전지(4)에 저장하여 축전지(4)에 저장된 전력을 이용하여 가로등(1)의 전등(6)이 가동되는 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 축전지(4)의 부피를 고려하여 가로등(1)의 주변에는 전기적으로 풍력발전기(2)와 태양전지판(3) 및 전등(6)에 전기적으로 접속된 축전지(4), 콘트롤러(5)를 벤치 등과 같은 의자(7)의 하부에 내설하고 있다.

이런 종래의 가로등은 자연 에너지를 이용한 학생들의 자연 학습장이나, 수질개선 등의 자연 및 환경 친화적인 생태공원조성과, 낙도, 산간오지 등의 자가발전 및, 담수호, 방조제, 해안, 해수용장, 등의 유원지나 공원 또는 주변의 관광지에 매우 적합하다.

그러나, 종래의 가로등은 바람이 많이 부는 해변이나 산 그리고 평야지역에 설치하여, 한전에서 공급되는 전기를 동력원으로 이용하는 가로등에 비해 매우 경제적이면서 환경 친화적 설비로서 각광 받았으나, 겨울철과 같이 일조량이 작은 경우, 태양전지판으로 집전시키는 전력량이 매우 적으므로, 거의 풍력발전기로만 전력을 발전시킴으로써, 전등을 켜는데 많은 어려움이 있었다.

또한, 종래의 가로등의 역할은 야간에 지속적으로 불을 밝혀주어야 하는데, 태양의 불규칙한 일조량 변화와 불규칙한 풍속 변화에 따라 신뢰성 있는 전원 공급 문제를 단순히 축전지로만 해결하기 어려웠다.

따라서, 본 고안의 목적은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 태양광 추적장치에 의해서, 가로등의 동력원을 태양이나 바람과 같은 자연에너지로 가동시 더욱 효율적으로 전기 발전을 수행하여 사계절 모두 경제적이면서 관광 및 교육용으로 유용하게 활용할 수 있는 자연에너지 가로등을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자연에너지를 이용한 가로등의 구성을 설명하기 위한 정면도,

도 2는 본 고안의 한 실시예에 따른 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등의 구성을 설명하기 위한 정면도,

도 3은 도 2에 도시된 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등의 우측면도,

도 4는 도 2에 도시된 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등의 회로 구성도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10 : 지주 11 : 콘크리트 기저부

20 : 풍력발전부 21 : 풍차

22 : 풍력발전기 27, 37 : 역류방지장치

30 : 태양광발전부 32 : 태양전지모듈

31 : 광센서 34 : 스테핑 모터

60 : 전등 70 : 콘트롤러박스

74 : 축전지 75 : 정현파 인버터

76 :제어부 78 : 타이머

상술한 본 고안의 목적은 콘크리트 기저부를 갖는 가로등용 지주에 풍차, 풍력발전기를 구비한 풍력발전부와, 태양전지모듈을 구비한 태양광발전부와, 전등이 설치되며, 별도의 축전지와 제어부를 갖는 콘트롤러박스에 의해서 전등의 온/오프 작동을 제어하는 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 있어서, 태양전지모듈에 장착되어서 제어부의 광추적회로에 태양광 방향 감지신호를 제공하는 광센서와, 광추적회로의 출력신호(전압)에 따라 회전축을 회전시키는 스테핑 모터로 이루어진 광추적장치를 더 포함하며, 태양전지모듈의 방향을 태양광의 방향 변화에 따라 작동시켜 축전지에 상대적으로 많은 량의 전력을 저장시킴으로서 전등이 야간에 안정적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 의해서 달성된다.

또한, 본 고안에 따르면, 풍력발전부의 풍력발전기와 태양광발전부의 태양전지모듈은 각각 역류방지장치를 통해서 콘트롤러박스의 축전지에 병렬로 접속되어있고, 축전지와 제어부의 사이에는 출력전압을 일정하게 하고 그의 파형이 정현파로서 안정될 수 있게 정현파 인버터가 접속되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도 2와 도 4를 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도면에서, 도 2는 본 고안의 한 실시예에 따른 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등의 구성을 설명하기 위한 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등의 우측면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등의 회로 구성도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등은 종래의 기술에 연관하여 설명하면, 콘크리트 기저부(11)를 갖는 가로등용 지주(1)의 상단에 장착되어서 회전 가능하게 태양광 추적장치가 결합된 태양광발전부(30)와, 그의 좌, 우측에서 지지대(12, 13, 16)로 결합되어 설치된 풍력발전부(20) 및 전등(60)으로 구성되어 있다.

본 고안의 설명에서, 태양광 추적장치란 광센서(31)와 스테핑 모터(34)와 제어부의 광추적회로를 의미한다.

또한, 본 고안에서는 축전지(74), 정현파 인버터(75), 제어부(76)로 이루어진 콘트롤러박스(70)를 벤치 등과 같은 의자(도시 안됨)의 하부에 더 설치하고 있다.

풍력발전부(20)는 출력 400Watt에서 500Watt의 전력(12V 내지 24V)을 주전원으로 축전시키는 풍력발전기(22 : wind turbine)를 구비하되, 풍향꼬리(23)에 의해서 바람이 부는 방향으로 향하게 배치되는 풍차(21)가 2.4m/sec 내지 3.5m/sec의 바람에서 회전할 때 발전을 시작한다. 풍력발전기(22)의 몸체는 기밀하게 결합된 알루미늄 바디로 구성되어 있고, 내부에 영구자석 교류발전기를 구비하여 발전을 하며, 수직지지대(13)의 상단에 베어링으로 힌지결합되어서 자유롭게 회전 가능하다. 수직지지대(13)는 브래킷(barcket)형상의 수평지지대(12)에 지지되며, 이런 수평 지지대(12)가 지주(10)의 상단에 고정되어 있다. 또한, 풍력발전부(20)는 풍력발전기(22)의 출력단에 과충전 방지 회로(도시 안됨)를 구비하여 하기에 설명할 축전지를 보호한다.

태양광발전부(30)는 태양광 추적장치로서 통상의 광센서(31)들을 이용하여 추적하는 방법을 적용하되, 광센서(31)의 일부가 감지한 빛의 방향에 따라 스텝핑 모터(34)의 회전을 제어하는 역할을 담당함과 동시에, 보조 축전용으로, 태양전지모듈(32)을 경사 받침대(33)에 지지시켜 사용한다. 여기에서, 경사 받침대(33)는 스테핑 모터(34)의 회전축에 결합되어 있으며, 광센서(31)는 태양 전지모듈(23)의 상단에 부착되어 있고, 전기적으로 하기에 설명한 제어부의 광추적회로에 접속되어 있다. 태양전지모듈(32)은 시중에 유통되고 있는 출력량 25 Watt짜리 두 개를 사용하거나 50Watt 두 개를 사용할 수 있다. 예컨대, 단결정(mono-crystal) 또는 다결정(poly-crystal) 실리콘 태양 전지 타입으로서, 저철분 강화유리 커버(3.2t)를 사용하며, 최대 발전량 25.5Watt(VOC : 20.8V, ISC : 1.55A, VOP : 17.0V, IOP : 1.50A)에서 50Watt(VOC : 21.4V, ISC : 3.30A, VOP : 17.1V, IOP : 3.0A)와 알루미늄 프레임 구조를 갖는 태양전지모듈(32)이 사용될 수 있다.

광센서(31)는 황화 카드뮴 광도전 셀(CdS Photoconductive Cells)과 태양광 방향 감지 배열 구조를 갖는다. 여기에서, 광도전 셀은 황화 카드뮴을 주성분으로 하는 광도전 소자의 일종이며 그 특징은 조사광에 따라서, 내부 저항이 변화하는 일종의 저항기로서, 완만한 조도 변화에 따라 전원의 온/오프 스위치 기능을 담당한다. 태양광 방향 감지 배열 구조는 태양이 떠오르는 방향(동쪽)을 기준점(초기위치)으로 하여, 태양광이 동쪽에서 서쪽으로 변화되는 것을 감지할 수 있게 다수의 광센서(31)를 가로방향으로 배열한 구조이다.

전등(60)은 출력 100watt에서 200W이내의 전기램프를 밝히는 것으로서, 주변여건에 따라 한 개에서 두 개 정도로 설치된다.

축전지(74)는 풍력발전부(20)와 태양광발전부(30)에서 생산된 전력을 배터리 셀에 충전 후 야간에 정해진 시간에 전등(60)을 점등 및 점멸하는 동력원으로 사용되며, 이를 위해서 전류게이지, 전압게이지, 풍력발전기 멈춤 스위치 내장하고 있다. 또한, 본 고안에서는 필요에 따라 보조 동력원으로 외부전원(220V)을 더 사용할 수 있다. 이런 축전지(74)는 7 ~ 8일간 태양과 바람이 없더라도 점등 할 정도의 용량 12V 200 ~ 400 AH를 사용한다. 이런 축전지(74)는 충전용 전압 조정기를 구비하여 입력 전압과 출력 부하가 변화하더라도 항상 일정한 출력 전압을 유지하도록 하고 있다.

이런 본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등은 바람과 햇볕에 의해 전기를 생산하되, 태양광을 추적하면서 더욱 더 많은 량의 전기를 생산하여 작동함으로서, 전천후 가로등 및 전기 공급 장치로 사용되는 것이다.

이하 본 고안의 전기적 연결관계를 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 풍력발전부(20)의 풍력발전기(22)와 태양광발전부(30)의 태양전지모듈(32)은 각각 역류방지장치(27, 37)를 통해서 콘트롤러박스(70)의 축전지(74)에 병렬로 접속되어 있고, 이런 축전지(74)는 출력전압을 일정하게 하고 그의 파형이 정현파(sine save)로서 안정될 수 있게 정현파 인버터(75)와 접속되어 있고, 이런 정현파 인버터(75)는 제어부(76)와 연결되어 있다.

정현파 인버터(75)는 회로적 구성을 단순하게 하기 위하여, 앞서 언급한 축전지(74)의 충전용 전압 조정기의 기능을 동시에 구현할 수 있는 충전 전압조정기겸 정현파 인버터(도시 안됨)로 대체 사용될 수 있음은 물론이다.

제어부(76)는 타이머(78)를 구비하여 시간대별 타임제어를 수행하고(6 Times control), 광센서(31)로부터 감지되는 빛의 유무에 따라 전등 및 소등(ON/OFF)하며, 광센서(31)의 태양광 방향 감지신호가 광추적회로에 전달될 때 스테핑 모터(34)의 회전축의 회전각을 조정하는 통상의 제어회로이다.

여기에서, 광추적회로란 상기 태양광 방향 감지 배열 구조로 배열된 다수의 광센서(31)들로부터 입력되는 태양광 방향 감지신호를 비교하여, 그의 상대치에 따라 태양광의 방향을 판별하도록 된 회로구성으로서, 태양광의 방향 변화에 따른 회전축의 회전각에 대응한 모터 제어 신호를 스테핑 모터(34)에 전달하는 역할을 담당한다. 또한, 광추적회로는 단순히 타이머(78)를 이용하여, 스테핑 모터(34)의 회전각을 태양광의 조도 변화각에 대응하게 설정/저장/조정 할 수 있는 회로로 구성될 수 있으며, 저녁시간때에 태양광이 더 이상 광센서(31)에 감지되지 않을 때,원래의 기준점(초기위치)으로 스테핑 모터(34)의 회전축을 되돌려 놓을 수 있도록 되어 있다.

따라서, 본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등은 주변이 어두워지면, 이를 감지하는 광센서(31)가 주변의 어둠을 감지한 신호, 또는 타이머에 설정된 설정값에 따라 이를 제어하는 제어부(76)가 작동하여 전등(60)에 전원을 인가하여 자동으로 주변을 밝힐 수 있다.

이때, 광센서(31)가 태양광을 감지하지 못하게 됨으로, 제어부(76)의 광추적회로는 스테핑 모터(34)를 작동시켜서, 그의 회전축의 회전각을 기준점(초기 위치)으로 되돌려 놓는다.

또한, 다시 어둠이 걷히고 날이 밝으면 제어부(76)가 다시 전원을 차단하여 전등(60)에 인가한 전원을 차단함으로써, 더 이상 전력 소모가 되지 않게 된다.

한편, 광센서(31)는 태양광 방향 감지신호를 제어부(76)의 광추적회로에 전달하고, 제어부(76)의 광추적회로는 태양광 방향 감지신호를 기준으로 태양광의 방향각을 연산하여 출력신호(전압)를 스테핑 모터(34)에 인가하거나, 타이머(78)를 이용하여 미리 기억된 시간 타이밍에 따라 출력신호(전압)를 스테핑 모터(34)에 인가하여, 스테핑 모터(34)의 회전축의 회전각을 태양광의 방향에 대응하게 조정한다. 결국 회전축에 결합된 태양전지모듈(32)은 스테핑 모터(34)의 작동에 따라 태양광의 방향에 정위치됨으로써, 이에 따라서 일조량이 작은 겨울철에 더욱 효율적으로 전기 발전을 수행할 수 있게 한다.

또한, 제어부(76)는 외부전원(77)과 병렬로 접속되어 있고, 축전지(74) 측에서 입력되는 전력이 기준치 이하일 때 자동으로 외부전원(77)의 전원이 통전될 수 있도록 하는 회로 구성을 갖고 있을 수 있음은 물론이다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등은 광센서, 스테핑 모터, 광추적회로로 구성된 태양광 추적장치가 장착되어서 겨울철을 비롯하여 사계절 모두 효율적으로 전기를 발전 및 축전하여 전등의 전원으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등은 자연에너지인 바람과 태양에너지를 사용하는 자가발전 시설에 응용될 수 있어서, 한번 시공 후에 유지비가 거의 들지 않아 매우 경제적이며 환경 친화적이며, 교육용, 관광상품으로서 사용될 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 고안의 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 고안의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 고안을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 고안의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

콘크리트 기저부(11)를 갖는 가로등용 지주(10)에 풍차(21), 풍력발전기(22)를 구비한 풍력발전부(20)와, 태양전지모듈(32)을 구비한 태양광발전부(30)와, 전등(60)이 설치되며, 별도의 축전지(74)와 제어부(76)를 갖는 콘트롤러박스(70)에 의해서 상기 전등(60)의 온/오프 작동을 제어하는 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등에 있어서,

상기 태양전지모듈(32)에 장착되어서 상기 제어부(76)의 광추적회로에 태양광 방향 감지신호를 제공하는 광센서(31)와, 상기 광추적회로의 출력신호(전압)에 따라 회전축을 회전시키는 스테핑 모터(34)로 이루어진 광추적장치를 더 포함하며,

상기 태양전지모듈(32)의 방향을 태양광의 방향 변화에 따라 작동시켜 상기 축전지(74)에 상대적으로 많은 량의 전력을 저장시킴으로서 상기 전등(60)이 야간에 안정적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등.
제1항에 있어서,

상기 풍력발전부(20)의 풍력발전기(22)와 상기 태양광발전부(30)의 태양전지모듈(32)은 각각 역류방지장치(27, 37)를 통해서 상기 콘트롤러박스(70)의 축전지(74)에 병렬로 접속되어 있고, 상기 축전지(74)와 상기 제어부(76)의 사이에는 출력전압을 일정하게 하고 그의 파형이 정현파(sine save)로서 안정될 수 있게 정현파 인버터(75)가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치를 구비한 자연에너지 가로등.