직류 배전 기반의 커넥티드 LED 조명 시스템

조명등의 대부분을 차지하고 있었던 형광등이 LED 조명으로 변경되고 있다. 최근 아파트에 설치되는 조명등들도 대부분 LED 조명을 적용하고 있다. 지하주차장과 같은 공용부를 중심으로 LED 조명이 먼저 적용되었고 점차적으로 집 안의 조명 기구들로 확대되었다. 형광등이건 LED 조명이건 집 안의 거실이나 각 방에 설치되어 있는 조명등을 켜기 위해서는 전원을 공급해야 한다. 우리나라 가정의 전원은 일반적으로 220V 교류 전원을 사용한다. 이 전원을 공급받아 조명등 내부에 별도로 장착되어있는 SMPS(Switching Mode Power Supply)에 연결하면 조명을 켜기 위한 전압으로 변경되어 점등이 된다.

 

그런데 조명등까지 공급되는 이 전원을 처음부터 220V 교류가 아닌 조명등을 점등시킬 수 있는 직류 전원(Direct Current)을 전송하면 굳이 조명등 내부에 SMPS가 필요하지 않다. 배전함에 대용량의 SMPS를 설치하고 그 SMPS가 각 방에 직류 전원을 전송할 수 있게 설계한다면 충분히 가능한 이야기이다. 직류배전(Direct Current Distribution)을 기반으로 하는 커넥티드 LED 조명을 구축할 수 있는 것이다. DC 배전 방식이기 때문에 전원 케이블은 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블을 사용한다.

 

이 UTP 케이블에 전원과 통신을 함께 전송한다. 조명등과 케이블의 연결도 PC에 인터넷 케이블 연결하듯이 간편하게 체결할 수 있다. DC 배전 방식은 많은 장점이 있다. 앞에 이야기한 것처럼 조명등에 SMPS가 필요하지 않기 때문에 조명등의 디자인을 얇은 형태로 보다 자유롭고 다양하게 제작할 수 있다. UTP 케이블을 사용하기 때문에 화재의 위험성이 적으며 시공 비용이 절감될 수 있다. 조명등의 설치가 간편해져 주부들도 쉽게 설치할 수 있다.

 

 

커넥티드 LED 조명 시스템은 단순히 DC 조명등만 사용하는 개념이 아니다. 모든 집에 기본적으로 설치되는 전기 배전함(Power Distribution Box)을 스마트 배전함으로 구성하여 집 안의 에너지 관리와 제어는 물론 통신 기능을 통한 데이터 수집을 할 수 있다. 진정한 의미의 IoT(Internet of Things) 시스템을 구축할 수 있는 것이다. 조명등들이 스마트 배전함과 통신을 하는 Things가 된다. 스마트 배전함에는 기본적으로 조명등에 DC 전원을 공급할 수 있는 대용량 SMPS가 설치된다. 안정적인 전원 공급 관리 및 고장의 경우에 대비하여 SMPS는 2개 이상 설치한다. SMPS의 수명은 최소 10만 시간 이상이 보장되는 제품을 사용해야 한다.

 

또한 각종 에너지의 사용 현황 및 분석을 담당하는 메인 컨트롤러가 있다. 스마트 배전함의 중앙처리장치라고 할 수 있는 에너지 관리 컨트롤러는 각 방 스위치 및 월패드와 통신을 통하여 각종 정보를 수집할 수 있다. 이상 접촉이나 과전류, 과열에 대해 실시간으로 분석하여 고장 가능성에 대한 예측 및 사전 조치를 가능하게 한다. 입주민의 사용 패턴 분석 및 예측을 통해 누진세 등에 대비할 수 있도록 효율적인 에너지 사용에 대한 가이드라인을 제시한다.

 

전력 사용량 분석으로 빅데이터 기반의 다양한 상황인지 서비스도 제공할 수 있다. 전열을 통합하여 제어할 수 있는 전열 통합 제어기도 필요하다. 전열 통합 제어기를 통하여 대기전력 콘센트 및 일반 전열 제어를 수행한다. 사용자가 한계값을 설정해놓으면 설정된 수치에 도달 시 우선순위에 따라 전열 회로를 차단할 수 있다. 따라서 상대적으로 전력 사용량이 많은 기기들과 전력 차단을 하였을 때 큰 지장을 주지 않는 콘센트를 중심으로 구성한다.

 

 

 

< DC 기반의 커넥티드 LED 조명 시스템 (예시 이미지) >