"시너지"의 두 판 사이의 차이
신소재공학과 캡스톤위키
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*마케팅 전략 제시 | *마케팅 전략 제시 | ||
| − | + | ◇ 햇빛 그늘막 설치 빈도 수 증가 | |
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| + | 해를 거듭할수록 여름철 폭염이 심화됨에 따라 햇빛 그늘막의 중요성이 높아지고 있다. 따라서 유동인구와 대기 시간을 고려하여 교차로 부근 횡단보도나 교통섬 등 곳곳에 햇빛을 피할 수 있는 그늘막이 설치되고 있는 추세이다. 중앙일보의 기사에 따르면, 2019년 5월 17일 기준 전국에 모두 5662개의 그늘막이 설치되었으며, 서울 25개 구청에서 설치해 운영중인 그늘막은 그 중 1505개이었다는 것을 알 수 있다. 또한 이는 18년 대비 387개 늘어난 수준이었으며, 17년 대비 두 배 가까이 늘어났음을 명시하였다.[6] <그림 11>은 22년도 2월 기준 전국의 햇빛 그늘막 설치 현황을 나타낸 것으로 전국 기준 스마트형과 고정형을 모두 합하여 2만 1373개의 그늘막이 설치되어 있음을 알 수 있다. 햇빛 그늘막은 과거부터 현재까지 매년 설치 수가 증가하고 있는 필수 행정으로 자리 잡았다. 이에 따라, 점차 사람 중심 행정을 맞이할 것이라는 기대감을 키우고 있다. 지방 자치의 도시 철학 속에서 사람 중심의 행정 운영의 중요성에 대한 시각이 확대될수록 햇빛 그늘막의 필요성과 동시에 본 기술의 효용성이 증가하게 된다. 또한 한국에서는 유독 횡단보도에 설치된 햇빛 그늘막이 하나의 산업으로 자리잡아 활성화되어 있다는 점에서 본 제품의 시장성을 확보할 수 있다. | ||
| + | 앞으로도 전국적으로 그늘막의 설치 빈도 수가 증가하는 추세이기 때문에 본 시스템을 필요로 할 수 있는 다양한 지자체와 관련 산업 담당자들을 마케팅 대상으로 지정하고자 한다. | ||
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| + | 그림 11. 전국 스마트형 및 고정형 그늘막 현황 통계 [6] | ||
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| + | ◇ 수도권 등의 유동인구가 많은 지역에서의 필요성 제시 | ||
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| + | <그림 12>은 국내의 100대 지역 상권 중 시간대별 가장 유동인구가 많은 지역을 나타낸 자료이다. 다음 자료를 통해 여름철 더위가 급증하는 오전 11시부터 오후 2-3시 경 종각역 부근과 부산 자갈치, 국제시장 인근에서 유동인구가 138,052명 정도 되는 것을 알 수 있다. 이러한 지역 외에도 무더위가 지속되는 점심 시간대 유동인구가 많은 광화문역, 시청역, 강남역 등 곳곳의 횡단보도나 광장 부근에서 본 시스템의 효용성이 높을 수 있음을 강조한다. | ||
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| + | 그림 12. 국내 시간대별 유동인구 1위 상권 및 지역 [7] | ||
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| + | ◇ 솔라 패널을 활용한 Free Resource | ||
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| + | 본 설계는 솔라 패널을 통해 전력을 얻기 때문에 별도의 동력원은 필요하지 않아 설치 시 추가적인 설비나 에너지 소모가 필요하지 않다는 점을 강조한다. 특히 여름철과 같이 태양광이 강할 때는 충분한 전력을 얻을 수 있고, 겨울철에는 사용하지 않기 때문에 에너지 소비와 설비 측면에서 경제성 및 기술적 타당성을 갖는다. | ||
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| + | ◇ SWOT 분석 | ||
| + | - SWOT 분석 | ||
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| + | 그림 13. SWOT Analysis | ||
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| + | - SWOT 전략 분석 | ||
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| + | 그림 14. SWOT Strategy Analysis | ||
===개발과제의 기대효과=== | ===개발과제의 기대효과=== | ||
2022년 12월 20일 (화) 04:42 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 자가동력 태양광 트래킹 기능을 갖춘 스마트 햇빛 그늘막
영문 : Smart Parasol Sun Shade with Self-Powered Solar Tracking System
과제 팀명
시너지
지도교수
홍완식 교수님
개발기간
2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 신소재공학과 20164500** 김*윤(팀장)
서울시립대학교 신소재공학과 20164500** 김*후
서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 강*비
서울시립대학교 중국어문화학과 20186500** 배*영
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
최근 지구 온난화의 영향으로 더위가 심해지고 폭염의 빈도가 증가하고 있다. 이에 여러 지자체들은 시민들의 편의를 위해 교차로 부근 횡단보도, 교통섬 등 주로 유동인구가 많고 보행 대기 시간이 필요한 지점에 햇빛 그늘막을 설치하고 있다. 최근에는 태양광 기술이 접목된 스마트 그늘막도 설치되고 있는데, 센서가 바람과 온도를 감지하여 자동으로 접고 펴지게 되는 시스템으로 인해 편의를 더해주고 있다. 하지만 지금까지의 햇빛 그늘막들은 펴진 상태로 고정되어 있기 때문에 태양이 측면으로 기울게 되면 그림자도 함께 이동하게 되어 도로 쪽으로 가는 경우가 발생할 수 있고, 그늘막과 태양광의 방향이 달라지게 되어 일치할 때보다 그림자의 크기가 줄어들게 된다. 따라서 우리는 사람의 어깨 높이에서 그림자의 위치가 변하지 않도록 하고, 그늘막과 태양광의 방향을 일치시켜 그림자의 크기를 최대로 유지하여 햇빛 그늘막의 효율성을 높이고자 한다.
개발 과제의 배경
해가 갈수록 심해지는 더위로 인해 폭염이 증가함에 따라 필요 지점에 햇빛을 피할 수 있는 그늘막이 설치되고 있는 추세다. 최근에는 태양광 기술이 접목된 센서를 이용하여 자동 개폐 시스템을 구축한 스마트 그늘막 또한 등장하였다. 하지만 지금까지의 햇빛 그늘막들은 태양이 옆으로 기울었을 때 그림자가 도로 쪽으로 이동하는 경우가 존재하고, 그늘막과 태양광의 방향이 달라져 그림자가 최대로 생성되지 않는 문제가 발생한다. 따라서 본 개발 과제는 사람의 어깨 높이에서 그림자의 위치를 유지할 수 있게 하고, 그늘막과 태양광의 방향을 일치시켜 그림자 크기를 최대로 유지하여 기존 햇빛 그늘막이 가지고 있는 문제의 해결을 목표로 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
햇빛 그늘막의 위치를 변화시켜 특정 높이에서 그림자가 일정하게 생성될 수 있도록 한다. 또한 태양광을 트래킹하여 그늘막과 태양광의 방향을 일치시켜 그림자의 크기를 최대로 생성한다. 이때, 그늘막 윗부분의 좌우에 각각 솔라 패널을 붙여 같은 양의 태양광에 노출되면 정지하고, 한쪽 패널이 다른 쪽 패널보다 많이 노출되었을 때 그 방향으로 기울어지도록 하는 트래킹 시스템을 이용한다. 트래킹 시스템에 사용한 솔라 패널을 전력원으로 사용하여 모터를 회전시킬 수 있도록 한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
◇ 햇빛 그늘막
최근 이상기후의 영향으로 유례없는 무더위가 지속되고 있다. ‘행정안전부’는 폭염으로 인한 피해가 7월 말부터 8월 중순에 집중되기 때문에 폭염주의보 경보가 울리면 야외활동을 자제하도록 당부하였다. 그와 동시에 폭염으로 인한 피해를 줄이는 방안으로 3요소(물, 그늘, 휴식)를 공표하였다. 이는 2012년부터 현재까지 꾸준히 증가한 ‘온열 질환자’의 증가를 보면 그 심각성을 인지할 수 있다. 이에 따라 전국의 지자체에서는 횡단보도 그늘막을 설치하여 보행자들이 신호를 기다리는 동안 햇빛을 피할 수 있도록 편의를 제공하고 있다.[1] 현재 햇빛 그늘막은 보행자의 사용이 많은 도로의 교통섬 등을 비롯해, 가로수와 같이 그늘을 만들어 줄 수 없어 직사광선에 노출된 횡단보도에 설치되고 있다. 횡단보도에서 확인할 수 있는 그늘막은 ‘우산형’ 과 ‘천막형’으로 나뉘며 각 지자체의 예산과 횡단보도 대기 장소에 따라 배치된다. 우산형의 경우 천막형과는 다르게, 기후의 변화에 따라 접을 수 있지만 많은 사람들을 수용할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 현재 햇빛 그늘막은 고정식 설치이기 때문에, 햇빛의 위치에 따라 햇빛 가림막에 의해 만들어진 그늘막이 보행자의 위치가 아닌, 더 멀리 떨어진 곳이나, 차도 쪽으로 생성되는 경우가 빈번히 일어난다. 실제 햇빛 가림막이 여름철 그늘막의 안과 밖의 온도가 2~4°C 정도 차이가 나기 때문에, 이러한 단점은 보행자의 입장에서 상당한 피해를 제공한다.
그림 1. 도보 안에 그림자 형성 (출처: 제주일보) 그림 2. 도로에 그림자 형성 (출처: 시사포스트)
◇ 햇빛 그늘막 관련 기술 조사
1) 우산형 그늘막 현재 횡단보도나 유동인구가 많은 거리에서 가장 많이 사용되는 그늘막이다. 사각형 베이스 부분의 고정 프레임을 설치하고 그 위에 기둥과 그늘막 지지부를 연결하여 수동으로 그늘막을 개폐하는 고정형 방식이다.
그림 3. 횡단보도에 설치된 햇빛 가림막 (출처: 해럴드경제)
2) 천막형 그늘막 우산형 그늘막과 함께 도로에서 확인할 수 있는 천막형 그늘막이다. 천막형 그늘막은 설치 후 비 혹은 바람에 의해 피해를 받지 않도록 하기 위해 모래와 돌을 통해 지지대를 고정한다. 하지만 강풍과 폭우에 취약하기 때문에 안전상의 문제점이 꾸준히 제기되었다.
그림 4. 천막형 그늘막 (출처: 시정일보)
3) 스마트 그늘막
스마트 그늘막은 기존 고정형 접이식 햇빛 가림막의 단점을 개선한 그늘막이다. 태풍과 같은 기후가 발생되면 기존 그늘막은 현장에 직접 인력을 투입해서 접어야 했지만, 스마트 그늘막은 자체적으로 기온과 풍속을 인식하여 자동으로 개폐하게 된다. 또한 태양광 기술을 접목하여 야간에는 LED 조명을 통해 보안의 기능도 제공한다.
그림 5. 스마트형 그늘막 (출처: 내일신문)
◇ 솔라 트래킹 시스템
전 세계적으로 환경오염에 대한 우려로 인해 신재생 에너지의 활용에 대한 관심도가 커지고 있다. 우리나라의 경우 중·장기적인 정책의 사업들이 시행되고 있으며, 신재생 에너지를 더욱 다양하게 활용될 수 있도록 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중, 태양광 발전은 태양광 모듈에 태양광이 조사되면 빛에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술로, 단순한 구조와 긴 수명을 가지고 있으며 안전하고 친환경적인 장점을 가지고 있다. 하지만 낮은 에너지 밀도로 인해 설치 면적이 커야 하므로 에너지 효율을 증가시키기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 기존 고정식 태양광 시스템은 사계절, 시간차에 따른 발전량의 편차가 심하다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 개발된 태양광 추적 시스템은 태양광 모듈이 태양이 이동하는 궤적을 쫓으며 움직이게 하는 기술이다. 추적식 발전 시스템은 고정식 발전 시스템과 달리 일조량에 따른 발전량의 편차를 줄이고 안정적인 발전량을 유지하게 하여 발전 효율을 극대화하는 기술이다. 현재 개발된 추적식 발전 시스템의 경우 양축 추적식과 단축 추적식이 있다. 단축 추적식은 햇빛의 이동을 하나의 축, 즉 동-서 혹은 남-북 방향으로 이어진 하나의 축만을 이용하여 태양광을 추적하는 기술이다. 그리고 양축 추적식은 동-서, 남-북 방향의 두 가지 축을 모두 사용하여 햇빛의 모든 방향을 추적하는 기술이다.
그림 6. 추적식 태양광 트래커 (출처: 인더스트리 뉴스)
◇ 솔라 트래킹 시스템 관련 기술 조사
1) 고정식 솔라 트래킹
고정식 태양광 발전 장치는 현재까지 가장 많이 사용된 방식이다. 기본적으로 태양광 설치 시 정남향 방향으로 약 25~30° 각도로 기울여 경사지게 하여 모듈을 고정한 후 설치하는 형식이다. 다른 태양광 발전 기술들에 비해 시공 비용이 낮으며, 건물 위와 지붕 위에 가장 많이 설치된다.
그림 7. 단축 추적식 태양광 발전 장치 (출처: 현대 솔라 에너지)
2) 고정식 가변형 솔라 트래킹
고정 가변형 태양광 발전은 기존 고정식 태양광 발전 장치와 달리 사계절에 따른 태양의 남중고도에 맞추어 각도조절이 가능하다는 특징이 있다. 또한 고정식 태양광 발전에 비해 약 8% 정도의 높은 효율을 가지며 액츄에이터를 이용하여 수동형보다 더욱 손쉽게 조절 가능하다는 특징이 있다.
그림 8. 단축 추적식 태양광 발전 장치 (출처: AVING)
3) 단축식 솔라 트래킹
단축 추적 방식은 고정식 태양광 발전과 달리, 태양의 남중고도에 따라 상하 각도조절 중 한 가지를 선택하여 일출부터 일몰에 이르기까지 태양의 위치를 연속적으로 추적하는 기술이다. 단축 시스템의 경우 2개의 광트랜지스터를 사용하여 추적이 단순하고 고정식과 비교하여 약 15%의 발전량 증대 효과를 가지고 있으며 비용이 저렴하다는 특징을 가지고 있다. [2]
그림 9. 단축 추적식 태양광 발전장치 (출처: Solar Direct)
4) 양축식 솔라 트래킹
기존 단축식 솔라 트래킹의 문제점인 계절에 따른 태양의 고도각 변화를 추적하지 못하는 것을 양축식 솔라 트래킹으로 해결 가능하다. 양축식 솔라 트래킹은 단축식 솔라 트래킹과 달리 4개의 광트랜지스터를 각각 90°가 되도록 평면에 부착하여 사용한다. 이를 통해 태양의 고도각과 방위각을 동시에 추적하여 4계절 내내 변하는 태양의 위치를 정밀하게 추적할 수 있는 장점이 있으며, 고정식과 비교하여 약 25%의 발전량 증대 효과를 지니고 있다. [2]
그림 10. 양축 추적식 시스템 (출처:서울신문)
- 특허조사 및 특허 전략 분석
◇ 스마트 횡단보도 그늘막
특허 번호 및 일자
대표 도면
기술 내용 및 한계
- 등록번호: 10-1871202
- 등록일자: 2018.06.20
- 기술 내용: 태양 에너지를 이용하고 온도, 바람에 반응하여 자동으로 차양막을 개폐시켜 그늘막을 관리한다. - 한계점: 햇빛이 이동함에 따라 그늘막이 멀리 이동하는 문제를 해결할 수 없다.
표 1 . 스마트 횡단보도 그늘막
◇ 횡단보도용 복엽 그늘막
특허 번호 및 일자
대표 도면
기술 내용 및 한계
- 등록번호: 10-1945176
- 등록일자: 2019.01.29
- 기술 내용: 하나의 기둥에 복수의 그늘막이 설치되어 설치 공사 소요 비용을 최소화하면서 보행자에게 최대한의 그늘막 공간을 제공할 수 있다. - 한계점: 복수의 그늘막이 설치될 경우 보행자의 통행과 시야가 방해될 수 있다.
표 2. 횡단보도용 복엽 그늘막
◇ 횡단보도용 접이식 그늘막
특허 번호 및 일자
대표 도면
기술 내용 및 한계
- 등록번호: 10-2178362
- 등록일자: 2020.11.06
- 기술 내용: 기둥을 회전시켜가며 고정시킬 수 있게 구성되어 횡단보도 여건에 따라 그늘막의 위치를 자유롭게 변경할 수 있다. - 한계점: 그늘막의 기둥 회전을 사람이 직접 조절해야한다.
표 3. 횡단보도용 접이식 그늘막
◇ 아암부의 회전이 용이한 그늘막
특허 번호 및 일자
대표 도면
기술 내용 및 한계
- 등록번호: 10-1944066
- 등록일자: 2019.01.25
- 기술 내용: 아암부를 회전 및 이동시켜 차양막의 위치를 간단하게 변경할 수 있으며 사용하지 않을 때 아암부가 접히도록 하여 전체 공간을 줄일 수 있다. - 한계점: 회전을 통해 위치 이동이 가능하지만 햇빛의 입사 각도에 따라 각도 조절이 불가능하다.
표 4. 아암부의 회전이 용이한 그늘막
◇ 태양 추적 그늘막 및 그 구동 방법
특허 번호 및 일자
대표 도면
기술 내용 및 한계
- 등록번호: 10-1697287
- 등록일자: 2017.01.11
- 기술 내용: 입사되는 태양광의 강도를 광 센서가 감지하여 스스로 구동한다. - 한계점: 태양광을 감지하기 위해 광 센서를 따로 사용해야한다.
표 5. 태양 추적 그늘막 및 그 구동 방법
특허전략
◇ 하나의 회전 축만을 활용한 솔라 트래킹 시스템
본 시스템은 하나의 회전 축만을 이용하여 태양광을 추적할 수 있다. 종래 기술에서는 사계절 360도의 모든 방향으로 태양의 위치를 추적해야 하는 태양광 발전 패널에 맞게 대부분 dual axis solar tracker 기능 위주로 제시되어 있다. 하지만 태양 발전 패널과는 다르게 햇빛그늘막은 여름철에만 주로 사용한다. 그렇기 때문에 여름철 태양의 이동 반경만을 고려하여 Single axis solar tracker 만으로도 시스템을 설계하기에 충분하다. 이때 기존 햇빛 그늘막과 같이 그늘막 끝의 연결부가 수직으로 연결되어 있는 경우 그늘막을 기울이기 위해 복잡한 설계가 필요하다. 하지만 그늘막과 연결부 사이를 비스듬하게 연결하고, 기둥을 회전시키는 하나의 회전축을 추가하는 것만으로 그늘막을 기울이는 시스템을 구현할 수 있다. 이러한 구조 변경만으로 동일한 솔라 트래킹 기능을 더 단순하게 구현할 수 있다는 점에서 진보성을 확보할 수 있다.
◇ 기어 시스템을 활용한 수직 및 수평 방향의 위치 변화 구조
본 시스템에서는 기어 시스템을 활용하여 회전축과 그늘막 연결 기둥 자체가 상/하, 좌/우로 이동하는 설계를 포함하고 있다. 단순히 그늘막의 끝이 기울어지기만 할 경우 생겨나는 그림자의 위치가 기존보다 훨씬 멀어져 도로 쪽으로 향하게 되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한 회전축과 별도로 이동을 위한 장치를 추가할 경우 시스템이 복잡해질 우려가 있다. 하지만 유성 기어 시스템을 통해 하나의 선 기어 회전축만을 돌리면서도 축이 이동할 수 있도록 설계하는 것이 가능하다. 또한 전체적인 박스를 기울일 경우 그늘막이 이동하면서 자연스럽게 축의 위치가 지면으로부터 멀어지도록 설계할 수 있다.
◇ 솔라 패널을 활용한 자가동력 태양광 트래킹 기능을 하는 회로 설계
솔라 패널은 별도의 동력원 없이 전력을 얻기 위한 역할을 함과 동시에 선택적으로 회전 모터를 구동하기 위한 장치이기도 하다. 솔라 패널을 기울여 설치한 경우 태양광과 그늘막이 일직선에 놓이게 될 때는 각 패널에 조사되는 태양광이 동일하기 때문에 모터가 작동하지 않는다. 반대로 태양이 이동하며 그늘막과 태양광이 나란하지 않을 때는 한 쪽 솔라 패널에 더 많은 태양광이 조사되므로 선택적으로 회전 모터를 구동시켜 자체적으로 솔라 트래킹 시스템을 구현할 수 있다. 이때 TDA 2822 IC 칩셋을 활용하여 증폭된 전압 차이를 통해 모터의 회전 방향을 바꿀 수 있다. 추가적으로 바이패스 다이오드와 블로킹 다이오드를 활용해 회로의 누설 전류를 감소시키고, 회로의 내구성을 높이고자 하였다.
- 기술 로드맵
◇ 햇빛 그늘막
1) 발전 과정
교차로 부근 횡단보도나 교통섬 등 유동인구가 많고 대기 시간이 긴 장소에 설치하여 더위를 피할 수 있게 하였다. 최근에는 태양광 기술을 이용하여 바람과 온도를 감지하는 센서로 자동 개폐 시스템을 갖춘 스마트 그늘막이 등장하였다.
2) 문제점
햇빛의 고도와 방향에 따라 그림자의 생성 위치가 달라지기 때문에 특정 시간대에는 그림자가 도로에 생길 수 있다. 또한 햇빛의 방향과 그늘막의 방향이 일치하지 않아 일치할 때의 그림자보다 크기가 왜곡되어 효율성이 감소하게 된다.
3) 발전 방향
정오를 기준으로 그늘막의 방향을 태양의 남중 고도와 일치시킨 후 회전하도록 하여 태양광을 트래킹할 수 있도록 한다. 또한 태양광의 방향에 맞추어 좌우로 이동시켜 그림자가 일정한 위치에 생성될 수 있도록 한다.
◇ 유성 기어 시스템(Planetary Gear System)
1) 발전 과정
유성 기어 시스템(Planetary Gear System)은 선 기어(Sun gear)를 중심으로 복수의 유성 기어(Planetay Gear)가 자전하면서 공전하는(유성 캐리어, Planetary Carrier) 구조를 가진 기어 체계이다. 또한 유성 기어는 적은 단수로 큰 감속비를 얻을 수 있고, 토크(회전력)를 전달할 수 있으며, 입력축과 출력축을 동축선상에서 배치할 수 있다. 또한 복수의 유성 기어에 부하를 분산하므로 톱니의 마모와 손상이 적다는 특징이 있다.
2) 문제점
일반 기어 시스템과 비교했을 때 크기와 무게가 커지기 때문에 공간이 충분해야 설치할 수 있다.
3) 적용 방향
그늘막을 기울여야 하는 각도를 미리 설정하여, 그 크기만큼만 유성 기어 시스템이 이동할 수 있도록 제작한다. 또한, 선 기어의 크기를 줄임과 동시에 고정되지 않고 함께 움직이게 하여 전체적인 크기와 무게를 줄일 수 있도록 한다.
◇ DC Motor
1) 발전 과정
DC 모터는 고정자에 영구자석을 배치하고 회전자에 코일을 감은 구조로, 회전자에 흐르는 전류의 방향을 조절하여 자력의 반발과 흡인력으로 회전력을 생성하는 모터이다. 이는 기동 토크가 크고 속도 제어와 회전 방향의 변경이 용이하다는 특징을 가지고 있다.
2) 적용 방향
기어 시스템을 동작시킬 수 있을 만큼의 토크와 각가속도, 각속도를 가진 제품을 선택하여 본 발명에 적용한다. 이때 관성 모멘트는 실험을 통해 측정하여 정밀한 근사치를 계산할 수 있도록 한다.
◇ 솔라 패널
1) 발전 과정
솔라셀은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력원으로 사용할 수 있는 장치이며, 광전 효과에 의해 방출된 전자가 PN 접합을 통해 전류를 생성하는 원리를 이용한다. 솔라 패널은 여러 개의 솔라 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 구조를 가지고 있다.
2) 적용 방향
솔라 패널을 그늘막에 적용하여, 햇빛의 움직임을 감지하고 모터 구동에 필요한 전력을 생성하여 태양광을 트래킹할 수 있는 시스템을 구성한다. 선정한 DC 모터에 필요한 전력을 생성할 수 있을 만큼의 솔라 패널을 선택하여 적용한다. 또한 솔라 패널이 태양광을 잘 받을 수 있도록 적절한 각도로 설치할 수 있도록 한다.
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
◇ 햇빛 그늘막 설치 빈도 수 증가
해를 거듭할수록 여름철 폭염이 심화됨에 따라 햇빛 그늘막의 중요성이 높아지고 있다. 따라서 유동인구와 대기 시간을 고려하여 교차로 부근 횡단보도나 교통섬 등 곳곳에 햇빛을 피할 수 있는 그늘막이 설치되고 있는 추세이다. 중앙일보의 기사에 따르면, 2019년 5월 17일 기준 전국에 모두 5662개의 그늘막이 설치되었으며, 서울 25개 구청에서 설치해 운영중인 그늘막은 그 중 1505개이었다는 것을 알 수 있다. 또한 이는 18년 대비 387개 늘어난 수준이었으며, 17년 대비 두 배 가까이 늘어났음을 명시하였다.[6] <그림 11>은 22년도 2월 기준 전국의 햇빛 그늘막 설치 현황을 나타낸 것으로 전국 기준 스마트형과 고정형을 모두 합하여 2만 1373개의 그늘막이 설치되어 있음을 알 수 있다. 햇빛 그늘막은 과거부터 현재까지 매년 설치 수가 증가하고 있는 필수 행정으로 자리 잡았다. 이에 따라, 점차 사람 중심 행정을 맞이할 것이라는 기대감을 키우고 있다. 지방 자치의 도시 철학 속에서 사람 중심의 행정 운영의 중요성에 대한 시각이 확대될수록 햇빛 그늘막의 필요성과 동시에 본 기술의 효용성이 증가하게 된다. 또한 한국에서는 유독 횡단보도에 설치된 햇빛 그늘막이 하나의 산업으로 자리잡아 활성화되어 있다는 점에서 본 제품의 시장성을 확보할 수 있다. 앞으로도 전국적으로 그늘막의 설치 빈도 수가 증가하는 추세이기 때문에 본 시스템을 필요로 할 수 있는 다양한 지자체와 관련 산업 담당자들을 마케팅 대상으로 지정하고자 한다.
그림 11. 전국 스마트형 및 고정형 그늘막 현황 통계 [6]
◇ 수도권 등의 유동인구가 많은 지역에서의 필요성 제시
<그림 12>은 국내의 100대 지역 상권 중 시간대별 가장 유동인구가 많은 지역을 나타낸 자료이다. 다음 자료를 통해 여름철 더위가 급증하는 오전 11시부터 오후 2-3시 경 종각역 부근과 부산 자갈치, 국제시장 인근에서 유동인구가 138,052명 정도 되는 것을 알 수 있다. 이러한 지역 외에도 무더위가 지속되는 점심 시간대 유동인구가 많은 광화문역, 시청역, 강남역 등 곳곳의 횡단보도나 광장 부근에서 본 시스템의 효용성이 높을 수 있음을 강조한다.
그림 12. 국내 시간대별 유동인구 1위 상권 및 지역 [7]
◇ 솔라 패널을 활용한 Free Resource
본 설계는 솔라 패널을 통해 전력을 얻기 때문에 별도의 동력원은 필요하지 않아 설치 시 추가적인 설비나 에너지 소모가 필요하지 않다는 점을 강조한다. 특히 여름철과 같이 태양광이 강할 때는 충분한 전력을 얻을 수 있고, 겨울철에는 사용하지 않기 때문에 에너지 소비와 설비 측면에서 경제성 및 기술적 타당성을 갖는다.
◇ SWOT 분석
- SWOT 분석
그림 13. SWOT Analysis
- SWOT 전략 분석
그림 14. SWOT Strategy Analysis
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 설치 위치에서의 동-서 방향만을 고려하면 되기 때문에 설치하고자 하는 방향을 특정하기에 편리하다. ◇ 기어 시스템을 이용해 하나의 축만으로 그늘막에 이동성과 각도 변화를 구현할 수 있다. ◇ 솔라 패널을 활용해 별도의 동력원 없이도 구동에 필요한 전력을 얻어낼 수 있다. ◇ 링 기어와 선 기어 사이 지름 및 닛수를 조절하여 토크량과 그늘막 변위 조절에 있어 자유도가 높다. ◇ 수직 방향으로의 그늘막 이동에 의해 높이를 조정할 수 있기 때문에 보행자의 시야 방해 문제까지 해결할 수 있다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 여름철 유동인구가 많은 지역에 설치 시 신호를 기다리는 더 많은 사람들에게 더위를 피할 수 있는 그늘을 제공할 수 있다. ◇ 한번 설치 시 솔라 패널에 의해 전력을 얻기 때문에 따로 구동하기 위한 비용이 들지 않는다. ◇ 종로구, 강남구 등의 일부 수도권 지역 내 기존 햇빛 그늘막으로는 모든 유동인구를 수용할 수 없는 위치마다 설치할 수 있기 때문에 효용성과 공공 산업에 대한 시장성을 확보할 수 있다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
◇ 강*비: 이론 분석 및 아이디어 구체화 (선행 기술 조사, 특허 진행) -->PATENT ◇ 김*후: 실험 데이터 수집 및 분석 (설계, 부품 배치) --> DESIGN ◇ 김*윤: 설계 디자인 구체화 (총괄, 성능 평가 설계) -->MANAGE ◇ 배*영: 자체 평가 실험 (재료 구매, 예산 관리)-->BUYING
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
◇ 모터 - 모터의 회전 속도 : 5 RPM, 평균적인 신호 대기 시간인 150 sec 당 한번씩 반응하여 회전한다. - 모터의 토크 : 3Kgfm, 솔라 패널과 그늘막, 각 연결 기둥 부의 무게를 충분히 견디며 회전한다.
◇ 회전 축의 이동 - 호 기어(유성 기어)와 선 기어의 닛수 비는 200:4로 선 기어가 5 RPM으로 회전하므로 이때 호 기어는 0.04745 RPM으로 회전하며 축을 호의 자취로 이동시키게 된다.
◇ 솔라 패널 스펙 - 모터를 회전시키기 위해 필요한 시작 전류는 약 30mA 정도이며, 태양광 조사 기준 각 패널에서 생성할 수 있는 최대 전류는 180mA이다.
◇ 커패시터 및 저항 - 커패시터 용량은 0.1, 저항은 10로 설정하여 솔라 패널에서 생성된 전하를 커패시터에 충분히 모으고, RC delay 시정수는 0.001s가 되도록 한다.
◇ 무게 - 그늘막의 무게 : 솔라 패널과 연결 기둥 부 등을 연결될 것을 고려하여 100g이 넘지 않도록 한다. - 솔라 패널의 무게 : 각각 50g 총 100g이 넘지 않도록 한다.
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
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포스터
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관련사업비 내역서
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완료작품의 평가
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향후계획
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특허 출원 내용
내용
