[논문]리튬 폴리머 전지를 이용한 태양광 LED 조명시스템

안인수

doi:10.9708/jksci.2014.19.2.109

리튬 폴리머 전지를 이용한 태양광 LED 조명시스템
The Photovoltaic LED Lighting System applying Lithium Polymer Batteries 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.19 no.2, 2014년, pp.109 - 115

초록
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에너지의 고갈을 대비하여 자연을 이용한 태양에너지에 대한 연구는 매우 중대하고 필연적인 과제이다. 이와 더불어 최근 우리나라는 저탄소 녹색성장에 있어 신성장 동력산업의 일환으로 저소비전력, 환경친화적인 조명기구로 LED(Light Emitting Diode)를 선정하여 연구 개발을 촉진하고 이를 활용한 다양한 새로운 산업이 창출되고 있다. 본 개발 내용은 리튬 이온 배터리의 뛰어난 성능을 가지며 폭발 위험성이 현저히 적은 리튬 폴리머 전지를 사용한 태양광 LED 조명시스템을 개발하였다. 태양광 패널은 100W 용량으로 제작하고, 전원공급시스템은 다양한 생활전기로 사용할 수 있도록 직류(DC) 및 교류(AC) 전원을 모두 갖추어 기능상의 편의를 고려하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The research on solar energy that we get from nature to cope with energy exhaustion is a very significant and inevitable task for us to do. Along with this, lately, in Korea, as part of new growth engine industry regarding low-carbon green growth, we have selected the LED(Light Emitting Diode) as low power consuming, eco-friendly lighting equipment and have been facilitating research and development on it and creating a variety of new industries utilizing it. What was developed here in this research was the photovoltaic LED lighting system applying lithium polymer batteries equipped with the excellent performance of lithium ion batteries as well as significantly low explosive hazard. Its photovoltaic panel was made to have 100W capacity, and for its power supply system, functional convenience was considered so that it could be equipped with both DC and AC power to be used as household electricity in a variety of ways.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 리튬 폴리머 전지와 태양광 패널을 100W 용량으로 제작하여 전기에너지를 생산하는 태양광 LED 조명시스템 제작에 관한 것이다. 태양광 패널은 내구성과 전도율 향상을 고려하여 설계하였고, 최대 출력 전압과 전류는 약 17.
본 연구에서는 가격은 비싸지만 수명, 효율, 중량 등에서 효율성과 성능이 뛰어난 리튬 폴리머 전지를 채용한 태양광 LED 조명시스템을 개발하였다. 그림 1은 태양광을 이용한 LED 조명시스템 전체 구성도를 나타낸 것으로 교류(AC) 전류 변환을 고려하여 설계하였다.

제안 방법

인버터의 최대 출력은 500W, 정격 출력은 400W이다. LED 조명은 에너지 보유량과 소비 전력을 고려하여 설계하였다. LED 조명은 소비전력 5.
또한 태양광 모듈을 통해 얻어지는 직류(DC) 전류를 그대로 사용하기 때문에 백열등이나 형광등을 사용할 때와 같이 교류(AC) 전류로 인버팅 해야 하는 번거로움도 없어 간소화된 태양광 조명을 만들 수 있다. 단, 본 개발에서의 LED 조명은 직류(DC)와 교류(AC)를 모두 사용할 수 있도록 인버터 모듈을 구성하였다.
본 시스템에서 전기 발전을 위한 태양광 패널은 100W 용량으로 설계되었으며, 이에 적합하도록 전지 모듈과 전기의 과충전, 과방전의 방지 및 회로 보호 기능을 갖는 컨트롤러를 설계하였다. 또한, 직류(DC)와 교류(AC)를 모두 사용할 수 있도록 인버터 모듈을 구성하였다.
모듈에서 과충전나 과방전, 과전류, 단락 방지 등의 보호 기능과 충전 시 셀 밸런싱 기능을 갖는 컨트롤러를 설계하였다. 가장 일차적인 충전 컨트롤러의 중요한 기능은 배터리의 과충전 방지를 위한 설계이다.
본 개발에서는 설계한 태양광전원공급시스템으로부터 전기를 발생하고 친환경적이고 전력소모가 적은 그림 7과 같이 자체 제작한 LED 조명을 사용하여 시스템을 구성하였다. 전원을 공급받는 LED 조명은 첫째, 구조적인 측면에서 태양에너지를 받아들이는 태양광 패널은 전원공급장치의 전기에너지 생산 능력과 소비 전력을 고려하여 최대한 소형화되도록 하였다.
태양광충전시스템에 사용되는 배터리는 태양광이 패널 표면에 도착하는 시간 동안만 충전이 가능하고 축적된 전기에너지를 가장 효율적으로 보유할 수 있는 배터리를 사용한다. 본 개발은 일반적으로 많이 사용하는 납축전지 대신에 가격은 비싸지만, 사용기간, 효율, 중량 등에서 효율성이 좋고, 폭발의 위험성이 아주 적은 리튬 폴리머 전지를 채용하였다.
본 시스템에서 전기 발전을 위한 태양광 패널은 100W 용량으로 설계되었으며, 이에 적합하도록 전지 모듈과 전기의 과충전, 과방전의 방지 및 회로 보호 기능을 갖는 컨트롤러를 설계하였다. 또한, 직류(DC)와 교류(AC)를 모두 사용할 수 있도록 인버터 모듈을 구성하였다.
빛 투과성이 우수하고 불순물이 표면에 부착되지 않도록 하고, 모듈 빛 반사를 저감시키기 위해 유리표면에 에칭 가공을 하여 효율성을 증대하게 된다. 부식을 방지를 위하여 도금 처리된 가벼운 중량의 특수 알루미늄 재질을 사용한 밀봉 처리로 습기 침투를 방지하고, 외부 환경으로부터 저항이 없도록 한다. 단자함은 전기적으로 완전하게 접속되도록 하였다.
본 개발에서는 설계한 태양광전원공급시스템으로부터 전기를 발생하고 친환경적이고 전력소모가 적은 그림 7과 같이 자체 제작한 LED 조명을 사용하여 시스템을 구성하였다. 전원을 공급받는 LED 조명은 첫째, 구조적인 측면에서 태양에너지를 받아들이는 태양광 패널은 전원공급장치의 전기에너지 생산 능력과 소비 전력을 고려하여 최대한 소형화되도록 하였다. 둘째, 기능적인 측면에서는 안정적인 직류 점등 방식을 위해 소비전력이 적고, 시신경 피로를 덜어 줄 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 적은 전력 소모와 유지․보수 비용을 절감할 수 있도록 개발한 LED 조명을 사용한다. 제작한 LED 조명을 리튬 폴리머 전지를 채용한 태양광 전원공급모듈과 구성하여 태양광 LED 조명시스템을 개발하였다.
본 연구는 리튬 폴리머 전지와 태양광 패널을 100W 용량으로 제작하여 전기에너지를 생산하는 태양광 LED 조명시스템 제작에 관한 것이다. 태양광 패널은 내구성과 전도율 향상을 고려하여 설계하였고, 최대 출력 전압과 전류는 약 17.4V이고, 최대 출력 전류는 약 5.74A이다. 배터리 팩의 리튬 폴리머 전지는 14.
표 1과 같이 기존의 태양광전원공급시스템은 주로 납축전지를 채용하여 제작[11]이 되는데 본 연구에서는 얇고 가벼우며, 성능과 안전성 면에서 뛰어난 리튬 폴리머 전지를 채용하여 시스템을 구성하였다.

대상 데이터

제작한 태양광 패널은 100W 용량으로 태양전지가 연결되고 태양전지는 저철분강화유리, 충진제, 알루미늄프레임, 단자함 등으로 구성된다. 본 구성에서의 태양전지는 36의 단결정 실리콘 태양전지가 연결된 것으로 셀은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate Sheet)와 고투과율의 저철분강화유리 사이의 고열 진공 압착을 통해 방수처리 된다. 이것은 태양전지의 전도율을 높이기 위한 절연성 확보를 통해 외부 환경으로 보호할 수 있어야 한다.
본 연구에서는 적은 전력 소모와 유지․보수 비용을 절감할 수 있도록 개발한 LED 조명을 사용한다. 제작한 LED 조명을 리튬 폴리머 전지를 채용한 태양광 전원공급모듈과 구성하여 태양광 LED 조명시스템을 개발하였다.
제작한 태양광 패널은 100W 용량으로 태양전지가 연결되고 태양전지는 저철분강화유리, 충진제, 알루미늄프레임, 단자함 등으로 구성된다. 본 구성에서의 태양전지는 36의 단결정 실리콘 태양전지가 연결된 것으로 셀은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate Sheet)와 고투과율의 저철분강화유리 사이의 고열 진공 압착을 통해 방수처리 된다.

성능/효과

전원을 공급받는 LED 조명은 첫째, 구조적인 측면에서 태양에너지를 받아들이는 태양광 패널은 전원공급장치의 전기에너지 생산 능력과 소비 전력을 고려하여 최대한 소형화되도록 하였다. 둘째, 기능적인 측면에서는 안정적인 직류 점등 방식을 위해 소비전력이 적고, 시신경 피로를 덜어 줄 수 있도록 하였다. 셋째, 효율적인 측면에서는 작은 광원의 사용으로 기존의 가로등에서 사용하는 것보다 얇고 가볍게 설계하였다.
둘째, 기능적인 측면에서는 안정적인 직류 점등 방식을 위해 소비전력이 적고, 시신경 피로를 덜어 줄 수 있도록 하였다. 셋째, 효율적인 측면에서는 작은 광원의 사용으로 기존의 가로등에서 사용하는 것보다 얇고 가볍게 설계하였다.

후속연구

이처럼 LED 조명은 백열전구를 능가하는 발광 효율과 수명 연장이 가능하다. 따라서 대체 에너지 활용과 접목하여 환경 보존은 물론 그에 따른 부가가치로 향후 관련 산업에서의 시장성 확보가 충분할 것으로 전망한다.
5W의 경우 약 80시간 사용 가능하다. 향후, 시스템의 효율성과 간소화, 가벼운 중량 및 비용 절감을 고려한 모듈 설계와 시스템 구성이 이루어진다면 시스템의 성능 개선과 활용도가 더욱 확대될 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양전지는 어떤 장점을 갖는가?	태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 중요한 요소로 여러 형태로 제작되고 있다. 태양전지는 기존의 전력선에 구애받지 않고 사용할 수 있어 많은 용량의 전력 공급은 물론 일상에서의 소규모 용품에 이르기까지 다용도로 사용 가능한 장점을 갖는다. 태양에너지를 이용한 전력 생산에는 여러 가지 핵심 부품들이 존재한다.
	태양광전원공급시스템은 태양광 발전을 어떻게 구분하는가?	태양광전원공급시스템은 태양광 발전을 연계형과 독립형으로 주로 구분한다. 독립형의 경우는 등대, 가로등, 인공위성 등에 주로 적용되는데 이것은 태양전지 어레이에서 발전된 전력을 충․방전 제어장치를 사용하여 축전지에 전력을 저장한 후 필요한 때 직류(DC) 또는 교류(AC) 전기로 사용할 수 있다.
	태양전지모듈은 어떻게 제작되어야 하는가?	태양광 패널에서 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양전지모듈은 직류(DC) 전류를 만드는 가장 기본적인 요소이다. 이 패널은 외부에 설치되는 특성으로 기후와 날씨, 온도 변화 등에 잘 견딜 수 있도록 내구성과 안전성을 갖추어 얇고, 견고하게 제작되어야 한다. 그림 2는 제작한 태양광 패널의 규격을 나타낸 것으로 크기는 670㎜×1172㎜이다.

참고문헌 (11)

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In-soo Ahn, "Development of Power Supply System and DC Lamp Module of all-in-one using the Solar Energy", Korea Society of Computer Information," pp. 23-29, 2012. 02.

원문보기 상세보기
In-soo Ahn, "Development of photovoltaic energy power supply systemof using Li Polymer Battery," Korea Information Processing Society, pp. 13-16, 2013.02.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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