LED 칩 실장수량을 증가한 에너지 절감형 LED 도로조명 등기구 기술 김정현 기자 입력 2024-02-15 (목) 17:51  와류현상 유도 방열판 활용…방열 성능 강화, 광효율 향상 에너지를 절감할 수 있는 LED 교체형 도로조명 등기구 기술이 나왔다. 신기술은 PCB와 렌즈를 체결하는 나사의 위치를 양측으로 이전하여 정해진 규격 내에서 LED 칩의 실장 수량을 증가시키고, 공기흐름을 방해하는 유로를 구축하여 와류현상을 유도하는 방열판을 적용한 것이 특징이다. LED 렌즈와 방열판 체결 방식을 중앙에서 양측으로 개선하여 LED 실장 능력을 개선하였으며 LED를 제한된 면적에 최대한 많이 실장시켜 광속을 증가시킬 수 있다. 또한 LED 모듈의 방열판은 공기의 흐름을 방해하는 와류현상을 유도하는 방식으로 구성되어 방열 성능을 향상시키고 광속저하와 제품의 내구성을 강화할 수 있다. 이를 통해 소비전력을 감소시킬 수 있으며 탄소배출량을 절감하여 환경친화적인 LED 도로조명 등기구 기술이다. 기존 기술 대비 40% 이상 성능을 강화하면서도 에너지를 절감할 수 있는 신기술은 ▲국토교통부 영주국토관리사무소 LED 터널용 등기구 ▲ 남원국토관리사무소 LED 가로등기구 ▲ 경상북도개발공사 LED 가로등기구 ▲ 영주시청 LED 보안등기구 ▲ 전라남도 영암군 LED 보안등기구 ▲ 한국가스공사 인천기지본부 LED 보안등기구 등에 활용됐다. ㈜코리아반도체조명이 개발한 LED 칩의 실장 수량을 증가 시키고 와류현상을 유도하는 방열판을 갖춘 에너지 절감형 LED 도로조명 등기구 기술은 이러한 기술력을 바탕으로 교통신기술 제59호로 지정됐다. 보호기간은 2031년 11월 9일까지 8년이다. ■ 기술개발자 · ㈜코리아반도체조명(대표자 김문수) 대구광역시 달서구 성서공단남로 190 kledh.com ■ 교통신기술 제59호 보호 기간 : 2023. 11. 10 ～ 2031. 11. 09 (8년)  LED 조명 광효율 및 평균수명 강화 신기술의 특징은 크게 두가지로 살펴볼 수 있다. 먼저 체결방식의 변경을 통해 표준 모듈 규격 내에서 렌즈 중첩 없이 LED PKG 최다 배열을 달성했다는 것이다. 또한 유체의 흐름에 교란을 주는 와류 현상을 유도한 방열판을 적용하여 방열성능을 강화했다. 이를 통해 광효율을 기존 기술 대비 40% 이상 강화하였으며 LED 조명 평균 수명을 약 300% 강화할 수 있다. 기존 기술의 LED 조명의 평균 수명은 약 5만 시간인데 비하여 신기술을 적용하면 16만 2000시간 강화할 수 있는 것이다. 신기술의 특징을 살펴보면 크게 ▲ LED 광효율 향상 ▲ LED 방열 성능 증가 ▲ 탄소 배출 절감 ▲ 와류현상 유도 방열판으로 인한 수명 향상으로 구분할 수 있다. 먼저 기존 기술보다 더 많은 LED PKG를 실장하여 더 높은 광속을 확보할 수 있으며 동일한 전력에서 높은 광속을 지니기 때문에 광효율을 강화할 수 있다. 아울러 LED PKG 수량이 증가함에 따라 LED 개별 인가 전류가 적어 발열량을 절감할 수 있다. 이를 통해 방열 성능을 강화할 수 있다. 이처럼 광효율이 향상 됨에 따라 소비전력이 절감되어 탄소배출량 절감에 기여할 수 있다. 또한 와류현상 유도 방열판을 통해 방열효과를 높여 광효율 뿐만 아니라 제품 수명을 향상시킬 수 있다.  방열성능 향상, 소비전력 25% 절감 기존 기술보다 광효율을 25% 강화할 수 있으며 이를 통해 소비 전력을 25% 낮출 수 있다. 신기술의 평균 광효율은 161.1lm/W을 기록하고 있다. 특히 LED의 온도특성은 LED 등기구의 성능과 수명에 직접적으로 영향을 미친다. LED 온도가 높으면 높을수록 빛 에너지로의 전환이 열 에너지로 빼앗기게 되어 광성능이 저하된다. 또한 고온일수록 LED에 열파괴가 발생하여 제품 수명을 단축시키는 원인 중 하나로 작용하게 된다. LED의 발열과 전류는 비례관계이기 때문에 신기술은 기존 기술 대비 LED 개별 전류가 적게 인가되어 발열을 줄여 제품 수명을 강화할 수 있다. 아울러 와류현상을 유도하는 방식의 방열판을 적용하여 방열성능을 향상시켜 LED의 수명을 증가시킬 수 있다. 러시아-우크라이나 사태, 에너지 비용 급격하게 증가 우리나라는 에너지 수입 의존도가 93%에 달하고 있다. 전 세계에서 10번째로 에너지를 많이 쓰는 국가다. 전기 소비는 7위를 차지하고 있다. 또한 에너지 소비 상위 10개국의 1인당 소비량 비교에서 1인당 최종에너지 소비 4위, 1인당 전력 소비 3위를 차지하고 있다. 하지만 에너지효율은 독일과 일본, 영국 등 주요 선진국보다 낮다. 경제 전반의 에너지효율 수준을 의미하는 에너지원단위를 살펴보면 2019년 기준 한국은 0.17로 미국 0.11, 일본 0.09, 프랑스 0.09, 영국 0.05보다 높다. 우리나라가 주요 선진국에 비해 더 많은 에너지를 비효율적으로 소비하고 있다는 것이다. 또한 우리나라의 에너지 자급률은 OECD 38개국 중 37위로 최하위 수준이다. 에너지 순수입은 2위로 높은 순위를 차지하고 있으며 전력소비량 또한 4위를 기록하고 있다. 이러한 가운데 국제 사회는 에너지 위기 시대를 맞이하여 국가별로 다양한 대책과 방안을 수립하고 있다. 특히 러시아-우크라이나 사태 이후로 에너지 비용이 급격하게 증가하고 있어 다양한 국가들은 저전력 고효율 기술 개발 등 에너지 절감에 힘쓰고 있다.  에너지 공급자 효율향상 의무화 제도(EERS) 도입 우리나라 또한 에너지 절감을 위한 다양한 대책과 방안을 수립하고 있다. 정부는 LED 조명 2060 계획을 마련하여 LED 조명을 보급·대체하고 있다. 2018년 한국에너지공단을 중심으로 스마트조명산업협의체를 결성하여 고효율 인증 표준을 만들고 보급 로드맵을 수립하는 등 스마트조명 산업육성을 위해 다양한 정책을 추진하고 있으며 제3차 에너지 기본계획 및 에너지 효율 혁신전략에 따라 형광등의 최저효율 기준을 한계치까지 단계적으로 상향해 2027년 이후 신규제작‧수입 형광등의 시장판매를 금지하였으며 고효율 기자재 인증품목 추가, 신축 공공건물 설치의무화 등을 통해 LED와 IoT기술이 결합된 스마트조명 보급 확대 등 스마트조명 보급 확대 정책을 추진하고 있다. 아울러 에너지 공급자 효율향상 의무화 제도(EERS)를 도입하여 에너지 공급자가 목표 달성을 위해 에너지 소비자에게 에너지 절감효과가 우수한 고효율 설비·시스템 등의 설치를 지원하고 있다. 한국도로공사, 표준 LED 조명등기구 기준 마련 관급시장을 통해 공공조명으로 판매 및 설치되는 LED 조명은 중소기업 간 경쟁제품으로 초기에는 각 업체에서 각자의 기술력으로 각기 다른 형태와 치수로 조명을 제조하여 판매해 왔으나 해당 조명이 설치된 이후 해당 제품이 단종되거나 기업이 폐업한 경우 유지보수가 어렵다는 단점이 있었다. 이에 따라 한국도로공사는 2014년부터 유지보수 효율성 등을 고려하여 정격 및 치수를 표준화한 ‘한국도로공사 표준 LED조명등기구 기준’을 발표했다. 이후 서울을 비롯한 지방자치단체에서 해당 기준을 인용하여 규격화하고 가로등, 보안등, 터널등 등 실외조명의 경우 특수한 현장을 제외하고 약 95%가 규격화된 광원인 LED 모듈을 사용하고 있다. 교체형 표준 모듈은 유지보수에 있어서 장점이 매우 크지만, 크기가 정해져 있어 LED의 장착 개수에 한계가 있다. 광속 확보에는 단점으로 작용한다는 것이다. LED 등기구의 최대 장점은 높은 광속을 통하여 적은 전력을 소요하면서도 도로 이용자의 시야를 확보할 수 있는 점이다. 때문에 도로 이용자에게 적절한 시야를 확보해주기 위해서는 높은 전력을 필요로 하며 이는 국가 자원의 소비와 탄소 배출량을 증가시키는 결과를 초래한다. 또한 에너지가 높을수록 배출되는 열의 양도 많아지기 때문에 제품의 수명에도 악영향을 미치게 된다.  LED 실장 능력 강화…적은 전력으로 높은 광속 확보 이러한 단점을 개선하기 위하여 ㈜코리아반도체조명이 개발한 LED 칩의 실장 수량을 증가 시키고 와류현상을 유도하는 방열판을 갖춘 에너지 절감형 LED 도로조명 등기구 기술은 히트 싱크와 광학렌즈의 체결 방식을 개선하여 LED 배열 공간을 확보했다. 또한 히트 싱크에 장착 홈을 형성시켜 렌즈장착에 따른 단차 문제 해결하고 최대배열 LED PKG를 통하여 전류량을 줄여 LED 개별 방열 효과를 극대화했다. 이러한 기술력을 바탕으로 LED 실장 능력을 강화하여 LED 교체형 표준 모듈의 규격 내에서도 Middle Power LED를 최대 74EA 실장하여 높은 광속을 확보했다. 이에 따라 적은 전력을 소비하면서도 도로 이용자에게 적절한 시야를 제공할 수 있다. LED 조명은 도로, 보행로, 터널, 시설물 등 등조명이 설치되는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 또한 2050 장기저탄소발전전략(LEDS), 2030 국가온실가스감축목표(NDC) 등에 따라 LED 조명의 보급은 더욱 확대될 것으로 기대된다. 이에 따라 ㈜코리아반도체조명이 개발한 LED 칩의 실장 수량을 증가 시키고 와류현상을 유도하는 방열판을 갖춘 에너지 절감형 LED 도로조명 등기구 기술은 국내외 조명공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다. 김정현 기자 |
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