KR101038499B1

KR101038499B1 - 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판

Info

Publication number: KR101038499B1
Application number: KR1020080131825A
Authority: KR
Inventors: 양혜지
Original assignee: 양혜지
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2011-06-07
Also published as: KR20100073215A

Abstract

점점 심해지는 지구온난화로 인해 지속 가능한 청정에너지인 태양광 에너지에 대한 관심이 계속해서 늘고 있다,

본 발명은 태양전지를 이용하여 간판을 발광하는 태양전지 모듈인 솔라셀을 사용하는 엘이디 간판에 관한 것으로 더욱 자세하게는 광원공급 수단으로 사용되는 태양집광기의 솔라셀을 이용하여 다수의 엘이디(LED) (Light Emitting Diode)를 설치하되 본 엘이디(LED)의 발광에 필요한 전원은 상기 태양전지를 이용하여 발생된 전류를 사용함을 특징으로 한다.

또한, 엘이디와 제어부를 단위 세트로 구성하고 전류공급조절장치인 인버터를 거쳐 배터리에 저장하여 전원으로 공급되며 태양광이 비치는 옥외간판의 문자나 그림 등에 사용되어 보수나 특별한 관리 없이 반영구적으로 사용할 수 있는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 관한 것이다.

엘이디, 절전, 간판, 발광다이오드, 조명, 광고, 인테리어

Description

태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판 {Solarcel Powered LED Sign}

본 발명은 솔라셀을 이용하여 간판에 인설된 엘이디를 점등이나 점멸할 수 있는 간판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무한자원인 솔라셀의 전원으로 상기 간판의 엘이디가 각각 동작하고, 제어부의 부착된 광센서에 의하여 일몰시간에 자동으로 점등되고 일출시간에는 소등됨과 동시에 계속하여 솔라셀을 이용하여 발전작업을 할수 있는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 관한 것이다.
본원 발명 이전에 다수의 선행기술이 개시되어있는데 먼저 선행기술인 실용신안등록 출원 제2005-0023185호(솔라셀을 이용한 경관용 LED 발광부)은 투명 재질로 상단이 개구된 원통형으로 형성되고, 저면 외주연에서 제 1단 턱(111)이 형성하며, 저면 중앙부가 내측으로 절곡되어 돌출면(113)을 구비하고, 내주면에서 상단으로 복수의 결합핀(115)이 돌출 형성되는 하부 케이스(110)와, 투명 재질로 하부 케이스(110)의 측면이 삽입되도록 하단이 개구된 원통형으로 형성되고, 간판패널(도시 생략)와 결합되도록 상면이 절곡되어 결합턱(121)이 형성되며, 저면 테두리에 하부 케이스(110)의 제 1단턱(111)과 결합되는 제 2단턱(123)이 형성되고, 측면에 반사 필름(125)이 부착되는 상부 케이스(120)와, 복수의 LED(131) 및 회로부 (133)가 실장되고, 하부 케이스(110)의 결합핀(115)과 대응되는 위치에 결합홀(135)이 형성되며, 상면에 복수의 지지핀(137)이 형성되는 PCB(130)와, 다수의 솔라셀(141)이 상면에 배열되고, PCB(130)의 지지핀(137)에 의해 고정되며,LED(131)의 빛을 확산시키는 확산판(160)으로 구성되며 LED(131)가 점등되면 확산판(160)에 의해 빛이 확산되어 확산판(160) 전체가 발광하고, 또한 상부 케이스(120)의 측면에 부착된 반사 필름(125)에 의해 빛이 확산판(160)측으로 반사된다.
그러나, 이러한 종래의 솔라셀을 이용한 경관용 엘이디 유도등은 단순히 조도에 의해 동작이 제어되어 그 점등 및 점멸 시간에 신뢰를 갖지 못하고, 단일색을 발광하기 때문에 시각적으로 단순함을 주어 사용자에게 지루함을 주는 문제점이 있다.
또한 등록실용신안 20-0275710호에서는 LED로 발광되는 광을 확산시키는 시트를 투과하도록 하여 면 발광이 이루어질 수있도록 하는 기술을 소개하고 있다.그러나 상기 종래 기술로는 광 경로에 따른 채널의 높이에 규제를 받기 때문에 낮은 채널에서 면 발광을 얻는 효과를 얻기가 힘들다.
또한 채널 높이로 면 발광을 구성하기 때문에 휘도가 저하되는 문제가 발생한다. 면 발광을 위한 또 다른 종래 방법으로 에폭시를 채널에 채우는 면 발광 솔라셀
패널조명이 소개되고 있다.
또한 공개특허 2003-0055843호에서는 수지충전물을 활용한 엘이디 면 간판 조명장치를 소개하고 있다. 그러나 상기 종래 기술들에서는 수지로 충전이 되기 때문에 재료비가 비싸고, 무겁고, 유지보수가 어려워 기존 네온의 채널 간판을 대체하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 여러 문제점을 개선한 태양전지모듈인 솔라셀을 이용하여 발전한 전기로 간판에 부착된 엘이디를 점등이나 점멸하는 기능을 하는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판 에관한것으로;
간판에 인설된 엘이디의 구동 전원을 태양광을 이용한 태양전지인 솔라셀에게 공급하여 무료전원을 공급함과, 탄소와 이산화 탄소의 감소와 결과적으로 수반되는 전력소모의 감소로 화석연료의 절감으로 환경오염 요인을 줄일수 있는 엘이디 간판에 관한것이다.

본 발명은 상기하였듯이 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판 간판 조명장치에 관한 것으로서, 특히 고 휘도 발광다이오드인 엘이디 모듈이 간판부에 인설되어 인테리어 조명 및 광고용 간판에 사용하는 간판에 관한 것이다.
일반적으로 엘이디 간판은 인테리어 및 광고용으로 사용되고 있다. 종래의 방법으로 면 발광 및 확산 시트를 이용한 엘이디 면 발광 솔라셀 패널조명들이 소개되고 있다.
엘이디(LED)는 높은 광도와 여러 가지의 단색광을 발광 되는 제품의 출현으로 조명연출용으로 다양하게 응용되고 있으며, 신호등 옥외광고용 간판 기타 다양하게 응용이 전 세계적으로 확산하고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 창안되었는데, 본 발명은 수명이 길고, 소비전력이 대폭 감소하며, 환경 친화적인 엘이디 발광다이오드에 태양전지를 이용하여 무료전원을 공급하며, 동시에 조도가 균일한 발광체를 제공하며, 또한
화석연료 사용의 절감으로 에너지 절약 및 환경오염 요소를 줄이도록 하며,
태양광을 태양전지에서 전기로 변환하여 배터리에 축전함에 있어 광 에너지를 전기에너지로 변환되는 태양전지의 효율을 높이도록 하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈을 사용하는 엘이디 발광다이오드는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈과 변환된 전기를 축적하는 배터리 그리고 배터리에 축적된 전기를 공급받아 빛을 발하는 엘이디 조명부로 구성되고, 엘이디 발광장치와 배터리 사이에 전류공급조절장치 및 광센서를 연결하고, 배터리에는 태양광 부족시 부족한 전기공급을 위한 일반전기를 공급받을 수 있는 일반전원단자를 형성하면서 교류전기를 직류전기로 변환하는 전류공급 조절장치인 인버터를 설ㅊl하게한다.
이와 같이 상기 엘이디 발광다이오드는 무한의 에너지인 태양광을 이용하여 태양전지모듈에서 생산된 전력을 역 전류 방지 다이오드와 전류공급조절장치인 인버터를 거쳐 배터리에 저장하고, 조절된 특정전원을 간판의 일측에 인설된 다수의 엘이디 발광다이오드에 공급한다.
엘이디(LED)발광 다이오드는 간판의 업태나 용도에 따라 동일한 색깔이거나 또는 서로 다른 색깔로 여러 개의 엘이디(LED) 개체의 집합으로 보통 형성되며,
전류공급이 조절될 수 있는 저항(R)과 연결되어 회로를 구성하고 또한 특정한 일정한 전압이 공급되도록 함에 있어 직렬 또는 병렬로 연결되어야 한다.
통상적으로 신호등일 경우 등의 크기와 엘이디(LED)의 종류에 따라 색깔별로 20~400개 정도의 엘이디(LED)를 사용할 수 있으며 발광체로서 엘이디(LED) 발광장치를 구성하는 각 엘이디 개체는 일반적으로 1W 미만(예: 1~4V; 10~40mA)의 직류전원을 소모하고 소형(직경: 3~5mm)이고, 발생하는 빛의 색깔에 따라 반도체 소자가 각 각 다르며, 일반적으로 적색은 AlGaAs(또는GaP: Zn), 청색은 GaN(또는 SiC), 초록색은 GaP: N, 노란색은 GaAs 등을 사용한다.
백색은 청색 엘이디(LED)에 형광체(燐)를 부가하여 제작하기도 하며 특수한 반도체를 직접 사용하기도 한다. 엘이디(LED)발광 다이오드에 공급되는 전원장치인 태양전지모듈은 일정한 크기의 여러 개의 반도체(Si 또는 GaAs 등)가 요구되는 특정한 전압 및 전류에 따라 전기적으로 직렬 및 병렬로 연결하여 구성된 모듈로서 본 모듈은 태양광을 받으면 반도체의 특성에 의하여 전류가 발생한다.
태양광 에너지가 전기에너지로 변환되는 효율은 평면집광기를 사용하였을 때 지상에서 Si-반도체인 경우 약 12~14%이며 GaAs-반도체인 경우 약 18% 이상으로 본 전류는 배터리에 저장되고 공급전류는 조절장치에서 조절된 특정한 전류와 전압이 엘이디(LED)에 공급된다.
배터리에 저장된 전력은 야간 또는 일사량이 낮은 기간 동안 계속하여 일정한 전원으로 공급되며 일기가 계속해서 고르지 않을 때에는 전력축적을 할 수 없으므로
일반 전원에서 AC/DC 변환기를 통하여 조절된 직류전력을 상기 배터리에 축전하여 엘이디(LED)발광 다이오드에 공급될 수 있는데 본원발명의 목적이 있는 것이다.

본원발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판은 무한의 에너지인 태양빛을 사용하여 전원을 공급하므로 비용이 절약되고 수명이 길고(태양전지의 수명: 10~15년), 환경오염을 줄이며, 유지보수 등이 백열등, 형광등, 네온관등에 비하여 대폭의 저가로 운영되는 장치이며 탄소나 이산화탄소를 배출하지않는 장점을 가지고 있는 간판 조명장치를 개시한다.
본 발명은 소비자가 원하는 모양의 간판의 패널 부에 태양전지 모듈을 부착하고 여기에 엘이디 다이오드를 인설하여 간판 조명장치를 구현하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간판의 크기와 넓이를 슬림하게 설계하여 제작비를 낮출 수 있으며 또 다른 목적은 모듈을 여러 크기의 엘이디로 연결 배치시켜 간판의 다양한 글자나 문자 폰트가 설계 가능토록 하는 데 있다.

본 발명은 상기하였듯이 태양전지 모듈을 이용한 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 관한 것으로, 특히 태양전지 모듈과 엘이디 다이오드와 제어부와 인버터, 배터리를 단위 세트로 구성하고, 각 단위세트를 플렉시블한 연결전선으로 연결함으로써, 간판의 형상에 따라 적절한 배치와 구성을 가능하게 하여 에너지절약과 조명 효율을 향상시킨 태양전지 모듈과 엘이디를 이용한 간판용 간판 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 실내 또는 실외의 광고물이나 간판 등에 있어서, 야간에 쉽게 인식될 수 있도록 네온가스를 이용한 네온사인 간판이나, 할로겐 램프 등을 점등시켜 투광 창을 조명하는 간판 등이 알려져 있으며 특히 간판은 한번 설치하면 램프가 고장이 나도 그 위치가 높아 이를 관리하기가 매우 힘이 든다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 설치 후 에너지를 대폭 줄일 수 있으며 유지보수가 필요 없고 다양한 도형과 문자를 재현시킬 수 있는 많은 장점을 갖는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 관한 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판
은 경량화, 슬림화 및 파손위험이 없으며 설치 후 보수가 필요치 않으며 제작단가가 낮아져 종래의 네온 채널 간판을 본원의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판으로 대체 가능할 수 있다.
또한, 엘이디 모듈은 여러 크기의 엘이디를 폰트에 따라 배치함으로써 폰트 모양에 구애받지 않고 고휘도 청, 녹, 적색 광의 3원 색 및 단색을 배열시켜 다양한 빛의 연출을 이룰 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 따르면, 솔라셀의 전원으로 각각 동작되고, 메인 제어 모듈의 제어에 따라 일몰시간에 자동으로 점등되고, LED 발광부에서 여러 가지 색을 조합하여 연출하도록 함으로써 바람직하게는 도로의 싸인이나 주의표 등에도 바람직하게 사용되어 반영구적으로 사용이 가능하고, 시각적으로 돌출되어 편의를 제공할 수 있다.

본 발명은 상기하였듯이 태양전지를 이용하여 간판을 발광하는 태양전지 모듈(20)인 솔라셀을 사용하는 엘이디 간판에 관한 것으로 더욱 자세하게는 광원공급 수단으로 사용되는 태양 집광기의 솔라셀을 이용하여 다수의 엘이디(LED) (Light Emitting Diode)를 간판에 설치하되 본 엘이디(LED)의 발광에 필요한 전원은 상기 간판에 부착된 태양전지를 이용하여 발생된 전류를 사용함을 특징으로 한다.
솔라셀은 통상적으로 한 조각당 0.5V인데, 이 조각을 PCB판 위에 여러 조각을 병렬 또는 직렬연결로 연결하여 접착한 후 위에 강화유리를 덮거나 에폭시를 씌우거나 해서 만들어지는 게 태양전지판이다.
태양전지판이란, 쉽게 설명하자면 전기를 공급하는 면에서는 배터리랑 비슷한 성격을 가지고 있지만, 배터리(100)는 전기가 저장되어있기 때문에 아무 때나 쓸 수 있지만 태양전지는 태양이 비칠 때만 전기 사용할 수 있게 된다.
본 발명은 태양전지를 이용하여 상업용 간판을 발광하는 태양전지모듈(20)을 사용하는 엘이디 간판 시스템에 관한 것으로 더욱 자세하게는 광원공급 수단으로 사용되는 태양집광기 또는 발광다이오드를 이용하는 발광체에 있어서, 광원장치를 대체하여 엘이디(LED) (Light Emitting Diode)를 설치하되 본 엘이디(LED)의 발광에 필요한 전원은 태양전지를 이용하여 발생된 전류를 엘이디와 제어부(140)를 단위 세트로 구성하고 전류 공급조절장치인 인버터(80)를 거쳐 배터리(100)에 저장하여 전원으로 공급되며 태양광이 비치는 옥외간판의 글자 등에 사용되어 반영구적으로 사용이 가능하고, 시각적으로 돌출되어 편의를 제공할 수 있다.
본원에서 사용되는 태양전지는 그린 강국으로 나아가기 위해 가장 시급해 해결해야할 과제를 꼽으라면 단연 에너지 소비구조의 변화이며 에너지는 현대 문명이 돌아가게 하는 기초라고 할 수 있다.
화석연료에 의존하는 현재의 에너지 소비구조로는 탄소 배출량 감축 등 환경을 배려한 성장은 영영 불가능할 수밖에 없다.
그린에너지 가운데 가장 주목받는 분야가 태양광이며 이 태양광의 장점은 크게 3가지로 첫째, 자원 조달이 용이하다.
태양광발전의 핵심부품인 태양전지의 원료인 폴리 실리콘은 규소(실리콘)를 가공해 만들며 규소는 모래나 자갈 규석광에서 무한정 뽑아 쓸 수 있다.
둘째 설치가 쉽다.
풍력이나 수력은 지형이나 규모의 제약을 받지만 태양광은 햇볕만 있으면 창문 크기건 축구장 크기건 원하는 대로 설치할 수 있다.
셋째, 전력 수요가 가장 높을 때 전기 생산량도 정점이다.
우리나라는 에어컨 가동으로 여름에 발전 수요가 정점에 도달하는데 태양광 역시 여름에 절정을 이룬다. 이런 장점 때문에 대기업은 물론 중소기업까지 태양광
산업을 신규 사업으로 선정하고 사업화를 발 빠르게 추진하고 있다.
상기 폴리 실리콘은 태양광발전의 핵심부품인 태양전지(솔라셀)의 원재료이며
폴로 실리콘 시장 규모는 연평균 26%씩 성장하고 있으며 현재 수급이 딸리고 있는 상황이며 이 같은 태양광 폴리 실리콘 수급난은 폴리 실리콘 생산기술에 대한 진입 장벽이 높기 때문이다.
*태양광 폴리 실리콘 생산에는 수소(H₂) 염화수소(HCI) 등 폭발 부식 등 위험이 따르는 물질을 활용하는 고난도 화학공정이 요구된다.
태양전지는 빛을 받아 전기로 바꾸는 태양광발전의 핵심부품으로 태양전지는 생산방식에 따라 크게 폴리 실리콘을 통째로 원판으로 만든 후 가공하는 결정(벌크) 방식과 유리 플라스틱 등 비교적 저렴한 기판 위에 폴리 실리콘을 얇게 입혀 만드는 박막 방식으로 나뉜다.
현재까지 빛을 받아 전기로 변환하는 효율(광변환 효율)이 15∼18% 수준인 결정 방식이 효율이 6∼7%로 떨어지는 박막 방식을 누르고 태양전지 전체 시장의 90% 이상을 차지하고 있다.
하지만, 폴리 실리콘 가격이 비싸기 때문에 결정 방식에 비해 저렴하게 태양전지를 생산할 수 있는 박막 방식에 대한 연구 개발(R&D)이 활발히 진행되고 있다.
또 태양전지 생산원가를 낮추고 광변환 효율을 높이기 위해 현재 200마이크로미터(㎛) 이상인 태양전지 원판 두께를 100㎛대로 얇게 구현하기 위한 기술 개발 역시 활발히 이뤄지고 있다.
태양광발전에 쓰이는 태양전지는 실리콘 솔라셀, 실리콘 박막, CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄) 셀, 염료감응형셀, 유기 솔라셀이 있다. 이 중 가장 많이 쓰이는 것은 실리콘 솔라셀이며 실리콘 솔라셀은 원재료인 폴리 실리콘 생산 단계와 이를 가공해 웨이퍼와 태양전지(솔라셀)로 만드는 단계, 마지막으로 이를 조합해 태양광발전소를 완성하는 단계 등 크게 3단계로 구분된다.
폴리 실리콘을 커다란 결정성 덩어리인 잉곳으로 만들어 이를 200㎛(마이크로미터) 안팎의 얇은 두께로 잘라 웨이퍼를 만든 뒤 전극을 형성시키는 등 여러 공정을 거쳐 태양전지가 만들어지며 태양전지는 빛을 받아 전기로 변환하는 기능을 하는 태양광발전 핵심부품이다.
현재 우리나라에서 태양전지 관련 업체들은 대부분 원재료인 폴리 실리콘 생산과 태양광 에너지 마지막 단계인 발전소 설치에만 매달리고 있는 상황이며 2010년이 되면 폴리 실리콘시장은 공급이 수요를 뛰어넘는 포화상태에 이르게 돼 '레드오션'이 되게 된다.
또한, 중간 단계 기술과 재료 공급이 없기 때문에 태양전지 셀은 중국과 대만에서, 기술은 독일과 일본에서 수입하고 있는 상황이다.
태양광발전은 독일, 스페인, 일본, 미국을 중심으로 활발하게 도입되고 있으며
특히 독일은 전 세계 태양광 발전의 3분의 1을 차지하고 있는 반면 2008년 현재 우리나라의 발전 규모는 전 세계 2%에 불과하고, 2010년이 되더라도 1% 증가한 3%에 머물 전망이다. 이런 태양전지시장은 매년 40%의 성장률을 보여 2015년이 되면 연간 4.8% 성장세를 보이는 반도체 메모리시장 규모를 앞지를 것으로 예상된다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판
은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈(20)과 변환된 전기를 인버터(80)를 통하여 축적하는 배터리(100) 그리고 상기 배터리(100)에 축적된 전기를 공급받아 빛을 발하는 엘이디 조명부로 구성되고, 엘이디 발광장치와 배터리 (100) 사이에 전류 공급조절장치 및 광센서 및 조도감지 센서 등을 연결하고, 배터리(100)에는 태양광 부족시 부족한 전기공급을 위한 일반전기를 공급받을 수 있는 일반전원부(120)를 형성하면서 교류전기를 직류전기로 변환하는 전류공급조절장치인 인버터(80)를 병설하게 된다.
상기 인버터(80)를 좀더 설명하면 DC 전기를 입력으로 하여 특정 주파수의 발진을 시키고 발진 된 전압으로 파워 반도체 소자를 ON, OFF 하는 동작을 시키는 것을(스위칭) 통 털어서 말하는 것인데 인버터의 출력은 교류 상태이고 발진, 승압이나 강압을 하여 원하는 전압으로 쉽게 만들 수가 있으며;
직류의 전압을 전력을 크게 하여 다른 전압으로 주파수를 높게 하면 페라이트 코어로 된 소형의 고주파 트랜스로 본원에서 발전된 큰 전력을 사용할 수 있게 된다.
이와 같이 상기 엘이디 발광다이오드 모듈 (40)은 무한의 에너지인 태양광을 이용하여 태양전지모듈(40)에서 생산된 전력을 역 전류 방지 다이오드(60)와 전류공급조절장치인 인버터(80)를 거쳐 배터리(100)에 저장하고, 조절된 특정전원을 간판의 일측에 인설된 다수의 엘이디 발광다이오드 모듈(40)에 공급한다.
또한, 상기 엘이디(LED)발광 다이오드는 간판의 업태나 용도에 따라 동일한 색깔이거나 또는 서로 다른 색깔로 여러 개의 엘이디(LED) 개체의 집합으로 보통 형성되며, 전류공급이 조절될 수 있는 저항(R)과 연결되어 회로를 구성하고 또한 특정한 일정한 전압이 공급되도록 함에 있어 직렬 또는 병렬로 연결되어야 한다.
*이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같고 아래에서는 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 복잡하게 하거나 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 종래의 태양전지 모듈을 이용한 발전장치의 일실시 예를 나타낸 사진으로 통상의 태양광 발전장치를 사진으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판의 일실시 예에 의한 전체 사시 도로서 본원의 자가발전간판은 태양광으로부터 전기를 만들어내는 적어도 한개이상의 태양전지 모듈(20)과 생산된 전기를 저장하는 기능을 하는 배터리(100)와 저장된 전원을 인버터(80)를 거쳐 전류를 일정하게 하여 엘이디 다이오드 모듈(40)에 투입하여 다수의 상기 엘이디 램프를 점등하게 한다.
또한, 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)은 역 전류 방지 다이오드(60)가 제어부(140)의 PCB(160)상에 인설되게 되는데 상기 역 전류 방지 다이오드(60)는 상기태양전지 모듈(20)이 발전하지 않을 때 밤이나 기상악화로 태양이 비쳐 주지않을 때 배터리(100)에 저장된 전원이 상기 태양전지 모듈(20)로 역 전류 되는 것을 방지하기 위하여 부착되게 되는 것이다.
또한, 상기 PCB(160)부에는 본원 간판을 작동하는 스위치와 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)을 일정형상으로 발광하게 하는 서브 메모리와 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)이 밤에는 점등되고 낮에는 꺼지는 광센서(280) 부가 인설되는데 상기 광센서(280) 부는 CDS(cadmium sulfide electric photometer) 또는 (photodetector) 수광 소자에 의하여 상기 엘이디 다이오드가 점등 및 소등되는 것을 특징으로 한다.
이처럼 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)에는 제어부(140)가 구성되며 여기에 PCB부(160)가 설치되며상기 PCB부(160)에는 간판의 점등을 제어하고 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)의 고유의 색 코드와 간판의 로그및 문자 또는 도형이 저장 또는 출력되는 서브 메모리와 광센서(280) 부가 인설 되게 되는 것이다.
한편, 상기에서 사용되는 엘이디의 발광시스템은 CDS(cadmium sulfide electric photometer) 또는 (photodetector) 수광 소자를 간략하게 설명하면;
먼저, CDS는 릴레이를 동작하는 스위치 역활을 하며 즉 광량(빛의 밝기)에 따라 내부저항이 변하는 소자이며 CDS는 광센서에 사용이 되며 광이 많으면 저항이 낮아지고 광이 적으면 저항이 높아 지게 되며 이원리를 이용해서 밤과 낮을 구분하게 하는 것이다.
본원의 PCB부에 CDS 또는 수광소자를 부착하여 밤, 낮만 구분을 하고 여기서 생성된 신호로 릴레이를 동작하여 본원의 간판의 전원을 켜거나 끄게 된다.
상기 CDS는 광량이 많으면 내부저항이 적어지고 광량이 적으면 내부저항이
커진다는 것이며 CDS마다 특성이 있으므로 일반적으론 암(아주 깜깜한 경우에) 저항값은 수 10M~수 100M옴이 되고 태양빛을 쏘일 때 수 100 옴까지 내려간다.
실내 조명에서는 수K옴이고 손으로 CDS창을 막으면 수 100K옴이 된다.
광량변화가 크다면 저항값은 CDS의 노멀상태의 중심 값을 취하게 된다.
또한, 다이오드의 p형부분과 n형 부분의 접합부분에서 공핍층이라는게 생기며 이때 이 포토 다이오드와 역방향으로 전원과 엘이디를 직렬로 연결하고 빛을 쬐지 않으면 역방향이 걸려서 저항이 너무 크므로 전류가 흐르지 않아 엘이디는 점등이 되지 않는다.
또한, 수광소자 (photodetector) 소자에 흡수된 광자의 에너지를 측정할 수 있는 형태로 변환함으로써 광자 선속(線束)이나 광전력을 측정하는 소자로 광전 소자는 광전효과(photoeffect)에 기반을 둔다. "즉"소자에 흡수된 광자에 의해 소자를 이루는 물질 내에 전자(electron), 홀(hole)과 같은 운반체(carrier)가 발생하며 이 운반체의 흐름으로써 측정 가능한 전류가 발생한다.
*수광소자는 작동 파장의 고민감도, 빠른 응답속도, 최소 잡음이라는 장점을 지니고 있어 현재 근 적외선 영역(0.8~1.6 μm)에서 작동하는 광섬유 통신체계에서 광신호를 검출하는 소자로 널리 쓰인다.
그러나 빛을 받으면 이때 빛이 공핍층을 쪼이게 되며 역방향으로 전압이 걸린 다이오드의 전류는 공핍층에서 생긴 전자, 정공쌍에 비례하게 된다.
이 회로의 경우 트랜지스터의 베이스에 CDS와 저항 한 개가 병렬로 연결됨이 바람직하고 트랜지스터의 베이스에 CDS와 저항이 함께 연결된 다음, 하나는 회로의 윗부분으로 저항은 회로의 아랫부분으로 분리되어 각각 회로의 다른 부분에 연결되게
된다.
도 3은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판의 일실시 예에 의한 분해 사시 도로서 본원의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판은 간판패널(180)에 태양전지 모듈(20)이 태양전지모듈 브라켓(220)에 의하여 부착되고 상기 태양전지 모듈(20)의 셀 사이 또는 태양전지모듈 브라켓(220) 또는 상부에 간판을 밝히기 위한 엘이디 다이오드 모듈(40)이 엘이디 브라켓(240)에 의하여 고정되며 연결전선(200)에 의하여 연통되게 되는 것이며 간판 고정부재(260)에 의하여 상기 간판이 고정되는 것을 사시 도로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 태양전지 모듈의 일실시 예에 의한 배치 사시 도를 나타낸 것으로 본원의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판은 간판패널(180)에 태양전지 모듈(20)이 태양전지 모듈 브라켓(220)에의하여 부착되는데 더욱 원활한 발전을 위해서는 보조 태양전지 모듈(300)을 투광이 잘되는 부분 예컨대 옥상 등에 설치하게 되며 보조 태양전지 연결전선(320)에 의하여 발전된 전기가 상기의 배터리(100)로 인입되게 되는 것이며 상기 발전 부의 전원이 원활하지 않을 때에는 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)에 직접적으로 일반전원부(120)에 의하여 전원이 공급될 수도 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 엘이디 발광 다이오드의 일실시 예에 의한 배치 사시 도로서 상기 태양전지 모듈(20)의 셀 사이 또는 태양전지모듈 브라켓(220) 또는 상부에 간판을 밝히기 위한 엘이디 다이오드 모듈(40)이 엘이디 브라켓(240)에 의하여 고정되며 연결전선(200)에 의하여 연통 되게 되는 것을 사시 도로 나타낸 것으로 상기 엘이디 다이오드 모듈(40) 간의 각각의 간격은 0.7~5cm로 이격되어 설치됨이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 제2 태양전지 모듈의 일실시 예에 의한 사시 도로서 조사량이 적은 경우에는 상기 간판 본체의 앞면과 옆면에 태양전지 모듈(20)을 부착하고 여기에서 발전된 전력으로 옆면에 문자를 점등하게 하는 일실시 예를 나타낸 것이다.
또한, 태양전지 모듈(20)에서 생산량이 적거나 다른 건물에 가려서 발전하기 어려운 경우보다 원활한 발전을 위해서는 보조 태양전지 모듈(300)을 투광이 잘되는 부분 예컨대 옥상이나 건물의 상측이나 벽면 등에 설치하게 되며 보조 태양전지 연결전선(320)에 의하여 발전된 전기가 상기의 배터리(100)로 인입되게 되는 것을 사시 도로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 태양전지 모듈에 엘이디 램프가 부착된 일실시 예에 의한 사시도를 나타낸 것으로 상기 태양전지 모듈(20)은 간판의 정면부 상부 옆면 등에 자유롭게 부착될 수 있으며 바람직하게는 상기 간판의 정면부 상부 옆면 중에 선택된 어느 한 곳에 부착되거나 상기 간판의 전체에 부착되어 발전을 하여도 무방하며 입간판 식으로 설치되어도 바람직하며 상기 태양전지 모듈(20)의 상부나 내부 또는 솔라셀의 연결부 틈새 등에 본원의 엘이디 다이오드 모듈(40)이 바람지하게 설치되는 것이다.
도 8은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판의 일실시 예에 의한 동작 블록도로서 상기 간판패널(180)은 태양광에 의하여 발전을 하는 본체의 태양전지모듈(20)과 보조 태양전지 모듈(300)과 발전량의 부족시에 사용하는 일반전원부(120)로 이루어지고 연결전선(200)에 의하여 상기에서 발전된 전원이
배터리(100)에 저장되고 저장된 전원은 인버터(80)에 의하여 상기의
엘이디 다이오드 모듈(40)에 투입되어 점등하게 된다.
한편, 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)에는 제어부(140)가 구성되는데 여기에는 PCB부(160)가 설치되며상기 간판의 점등을 인식하고 각종 프로그램과, 부여된 고유의 색 코드가 저장되는 서브메모리와 광센서(280) 부가 인설되는데 상기 광센서는 간판의 점등이 필요치않는 낮시간에는 작동되지않고 일몰이 되어 간판의 엘이디를 밝히기 위할 때는 작동하여 상기 엘이디를 점등하는 광센서(280) 부가 상기제어부(140)에 구성되는데
상기 광센서(280) 부는 CDS(cadmium sulfide electric photometer) 또는 (photodetector) 수광 소자에 의하여 상기 엘이디 다이오드가 점등 및 소등되는 것을 특징으로 한다.
또한, 솔라셀의 특성상 햇빛이 비치지 않는 곳에서는 전력 생산이 안 되기 때문에, 배터리와 연결되어 있을 경우(배터리에 충전용으로 연결해서 사용하기도 한다), 솔라셀에서 배터리로 전기가 흘러야 하는데, 배터리에서 솔라셀로 전기가 역 전류 될 수 있기 때문이다.
그걸 방지하는 게 역 전류 방지 다이오드(60)이며 다이오드는 종류가 여러 가지 있는데 역 전류 방지 다이오드, 정전류 다이오드 등 솔라셀에서 주로 사용하는 것은 역 전류 방지 다이오드이다.
또한, 상기 엘이디 다이오드는 역 전류 방지 다이오드(60)가 상기제어부(140) 또는 PCB부(160)에 인설되는데 이는 상기태양전지 모듈(20)이 발전하지 않을 때 밤이나 기상악화로 태양이 비쳐주지 않을 때 배터리(100)에 저장된 전원이 상기 태양전지 모듈(20)로 역 전류 되어 상기태양전지 모듈(20)이 파손되는 것을 방지하기 위하여 부착되게 되는 것이다.
한편, 건물의 상부는 옥상 등에는 보조 태양전지 모듈(300)이 별도로 부착되는데 이는 상기 메인 발전 부의 전원이 원활하지 않을 때에는 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)에 보조 태양전지 연결전선(320)을 통하여 직접적으로 전원을 공급하게 되며 바람직하게는 일반전원부(120)에 의하여 전원이 공급될 수도 있는 것이다.
본 발명에 의한 태양전지 모듈(20,280)을 이용한 엘이디 간판에 대한 조명의 동작은 적당한 밝기를 안정적으로 유지할 수 있는 전원부를 제어하는 마이컴이 구성된 제어부(140)로 구성되어있다.
또한, 본원 발명의 엘이디 다이오드 모듈(40)은 바람직하게는 하나의 모듈에 적색, 녹색, 청색 삼색을 조화롭게 구현하여야 하므로 PWM방식으로 TR을 스위칭하는데 커다란 전류가 흐르므로 NPNC 1008에 마이컴 제어전류를 인가하여 PNP B227의 TR을 구동하여ON, OFF, 전류를 제어함이 바람직하다.
세부적으로 마이컴 제어부(140)를 설명하면 다음과 같다.
간판사용자는 누구나 사용할 수 있도록 하기 위해 다양한 숫자의 글자를 제어할 수 있도록 DIP S/W로 설정하는 입력부1과 설치하는 장소에 맞게 변화무쌍한 색 구현, 기교 등을 설정할 수 있는 입력부2 그리고 이들의 신호를 받아 이미 내장되어 있는 프로그램으로 구현할 수 있는 마이크로컨트롤러 부분으로 되어 있다.
상기 제어부(140)에는, 연결 전선(200)으로부터 공급되는 직류전압을 엘이디 다이오드 모듈(40)의 구동전압에 맞도록 전압을 유지시키는 정전압 및 정전류 회로를 갖는 인버터(80)를 부착하게 된다.
또한, 상기 간판패널(180)의 일측부에는 간판에 스크루 또는 리벳 및 볼트,나사 등으로 체결하기 위한 1개 이상의 간판 고정부재(240)가 형성된다.
상기 태양전지 모듈(20,280)로 부터 발전된 전원이 연결전선(200)으로 부터 각 제어부(140)에 직류전원이 공급되면, 각 제어부(140)의 정전압 및 정전류 회로가 인설된 트랜스포머인 인버터(80)는 연결전선(200)으로부터 공급되는 직류전압을 엘이디 다이오드 모듈(40)의 구동전압에 맞도록 전압을 유지시킨다.
이어서 각 제어부(140)는 엘이디 다이오드 모듈(40)에 전원을 인가하여 엘이디 램프를 점등시키게 되는 것이다.
상기 간판패널(180)은 다수의 솔라셀이 간판 부의 일측에 배열되는 태양전지 모듈(20,280)과 상기 태양전지 모듈(20,280)로부터 출력되는 전압을 배터리(100)에 충전하고, 충전된 전압을 변환하여 입,출력하는 인버터(80)와 주위의 일몰과 일출을 감지하여 작동하는 광센서(260)와 이를 작동하는 PCB(160)가 인설된 제어부(140)로 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판을 구성하는데 본원발명의 목적이 있는 것이다.
상기 본 발명의 명세서는 일 실시 예에 의한 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능할 것이며 상기에
기재된 본원 발명은 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본원 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, 상기 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 당업자는 이해하여야 한다.
그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 간략하게 정의된 용어들로서 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며 본원의 침 제조 방식은 통상의 바람직한 제조방법에 모두 포함될 수 있는 것이며 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 상기하였듯이 솔라셀을 이용하여 간판에 인설된 엘이디를 점등이나 점멸할 수 있는 간판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무한자원인 솔라셀의 전원으로 상기 간판의 엘이디가 각각 동작되고, 제어부의 부착된 광센서에 의하여 일몰시간에 자동으로 점등되고 일출시간에는 소등됨과 동시에 계속하여 솔라셀을 이용하여 발전작업을 할수 있는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 관한 것이다.
본원 발명의 태양전지모듈은 솔라셀은 태양에너지를 빛에너지로 바꿔주는 전지로서 솔라셀은 태양전지의 기본단위로 솔라셀 여러 조각을 부딪쳐서 태양전지판을 만들게 된다.
태양광을 이용한 태양전지장치(모듈)와 태양 배터리는 일반화되어 있으며 사용되는 엘이디(LED)의 특성에 따라 일정한 전압과 전류를 계속 공급하기 위하여 배터리에 충분한 기전력을 공급할 수 있도록 태양전지의 면적을 설치장소의 일사량을 고려하여 조절하여야 한다.
그리고 장마철이나 기타 일기가 불순하여 태양전지 모듈(20,280)만으로 충분한 전기를 사용할 수 없는 경우에는 단순히 AC/DC 변환기를 포함한 일반 전기장치만을 사용하거나 또는 일반 배터리를 사용하여 간판의 엘이디 다이오드 모듈(40)에
전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 제반 간판은 물론 바람직하게는 진열장치 및 신호장치 등에 사용되는 엘이디 발광다이오드 모듈(40)에 태양전지로 전원을 공급함으로써 무료전원을 공급하거나, 또는 일반 전력소모를 최소화시킬 수 있다. 또한, 균일한 광속(光束)을 공급할 수 있어 발광체의 빛의 밀도가 일정하며 일반 전력소모의 최소화로 전기발전을 위한 화석연료 사용을 절감함으로써 환경오염을 줄일 수 있다.
또한, 태양광 집속기를 사용한 경제적인 태양전지의 응용이 다양해질 수 있으며 열광 램프 또는 광섬유를 이용하는 종래의 발광장치와는 달리 본 장치는 전력소모가 거의 없으며 보수가 필요 없으며 수명이 길고 경제적이다.
또한, 백열등과 같이 고열로 인한 분진이 발생하지 않아 환경 친화적이며, 본 발명에 따른 발광장치는 태양광을 전기에너지로 변환하여 구동하게 되어 있어 일반전기 케이블이 배선되어 있지 않은 장소에 설치 가능하며 엘이디(LED)는 현재 빛의 3원색 및 흰색 등을 발광할 수 있으므로 각종 간판에 여러 광색의 조합(1,600만 가지)으로 연출할 수 있는 많은 장점이 있는 것이다.

도 1은 종래의 태양전지 모듈을 이용한 발전장치의 일실시 예를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판의 일실시 예에 의한 전체 사시도.
도 3은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판의 일실시 예에 의한 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 태양전지 모듈의 일실시 예에 의한 배치 사시도.
도 5는 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 엘이디 발광 다이오드의 일실시 예에 의한 배치 사시도.
도 6은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 제2 태양전지 모듈의 일실시 예에 의한 사시도.
도 7은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판에 있어 태양전지 모듈에 엘이디 램프가 부착된 일실시 예에 의한 사시도.
도 8은 본 발명의 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판의 일실시 예에 의한 동작 블록도.
*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*
20: 태양전지모듈 40: 엘이디 다이오드 모듈
60: 역 전류 방지 다이오드 80: 인버터
100: 배터리 120: 일반전원부
140: 제어부 160: PCB부 서브 메모리
180: 간판패널 200: 연결전선
220: 태양전지모듈 브라켓 240: 엘이디 브라켓
260: 간판 고정부재 280: 광센서
300: 보조 태양전지 모듈 320: 보조 태양전지 연결전선

Claims

간판에 있어서

상기 간판에는 간판패널(180)이 구성되고 상기 간판패널(180) 일측에 엘이디 다이오드 모듈(40)과 태양광으로 부터 전기를 생산해내는 한개 이상의 태양전지 모듈(20)이 설치되고; 상기 태양전지 모듈(20)로부터 생산된 전기를 저장하는 배터리(100)에 저장하고 상기 배터리에 저장된 전원을 인버터(80)에 의하여 조절하여 이를 상기 간판에 설치된 엘이디 다이오드 모듈(40)에 공급하는 전원 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판.
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청구항 제1항에 있어서,

상기 태양전지 모듈(20)을 이용한 엘이디 간판은 간판 패널(180)에 태양전지 모듈(20)은 태양전지 모듈 브라켓(220)에 의하여 부착되고 상기 태양전지 모듈(20)과 엘이디 다이오드 모듈(40)이 연결전선(200)에 의하여 연통 되며 상기 엘이디 다이오드 모듈(40) 간의 간격은 0.7~5cm로 이격 되어 설치된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판.
청구항 제3항에 있어서,

상기 태양전지 모듈(20)을 이용한 엘이디 간판은 간판 패널(180) 상에 태양전지 모듈(20)은 태양전지 모듈 브라켓(220)에 의하여 부착되며 별도의 보조 태양전지 모듈(300)이 설치되어 보조 태양전지 연결전선(320)에 의하여 발전된 전기가 배터리(100)로 공급되며 상기 보조 태양전지 모듈(300)은 건물 옥상 또는 건물 상측 벽면에 설치되어 간판에 설치된 엘이디 다이오드 모듈(40)이 발광 되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판.
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청구항 제1항에 있어서,

엘이디 다이오드 모듈(40)에는 제어부(140)및 PCB부(160)가 설치되며 상기 PCB부(160)에는 간판의 점등을 제어하고 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)의 고유의 색 코드가 저장 또는 출력되는 서브 메모리 및 광센서(280) 부가 설치되며 상기 광센서(280)는 간판의 점등이 필요치않는 낮시간에는 작동되지않고 일몰이 되어 간판의 엘이디를 밝히기 위할 때는 작동되고 상기 광센서(280) 부는 CDS(cadmium sulfide electric photometer) 또는 (photodetector) 수광 소자에 의하여 상기 엘이디 다이오드 모듈(40)이 점등 및 소등되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 이용한 엘이디 간판.
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