우리 주변에서 전기를 충전한다, 에너지 하베스팅

 

 

대한민국 국민 반 이상이 스마트폰을 사용하고 있습니다. 스마트폰 사용이 급증하면서 누구나 정보를 자유롭게 사용할 수 있는 유비쿼터스 시대가 도래할 것이라고 예상하고 있습니다. 이러한 유비쿼터스 사회가 실현되기 위해서는 꼭 필요한 것이 있습니다. 무엇일까요? 바로 전원입니다. 휴대전화, 노트북, MP3 그리고 스마트폰의 전원을 켜기 위한 에너지 공급원입니다. 이러한 에너지의 주요 공급원으로 전지가 사용되고 있는데요. 그러나 짧은 사용시간과 충전의 불편함 때문에 연료 교환과 충전이 불필요하거나 아주 긴 시간에 공급해주는 형태의 에너지 공급원의 필요성이 대두되고 있는 시점입니다.

 

유스로거는 이러한 문제점을 해결하기 위해 에너지 공급원으로 주위 환경으로부터 에너지를 수확하여 전력으로 변환되는 에너지, 에너지 하베스팅 기술을 알아보고자 합니다.

 

 

에너지 하베스팅

 

시계의 진동으로 에너지를 모을 수 있다? 

 

 

정답은 '있다'입니다. 그렇다면 과연 어떻게 시계의 진동으로 에너지를 모을 수 있을까요? 답을 알아보기 전에 먼저 에너지 하베스팅이란 무엇인지 알아보겠습니다. 에너지 하베스팅은 기기 주변의 환경 에너지, 태양, 바람과 같은 자연에너지 등을 수거하여 사용하는 에너지 기술입니다. 소비되거나 미활용되는 에너지를 수확 또는 폐이용하여 에너지를 재생산하는 것이라고 할 수 있는데요. 이러한 에너지 하베스팅 기술에는 압전효과, 빛 이용 에너지, 태양전지, 바이오 연료전지, 역학적 에너지, 열에너지 기술 등이 있습니다.

 

압전에너지

 

 

에너지 하베스팅 기술 중 압전 에너지를 소개해드리겠습니다. 압전 에너지 기술은 압력이나 진동을 가하면 전기가 발생하거나 전기를 흘려주면 진동이 생기는 효과를 말합니다. 이처럼 압전 다시 말해 무엇인가에 자극을 주는 것만으로도 에너지를 발생할 수 있다는 것, 정말 놀랍지 않나요? 앞서 말한 시계의 진동으로 에너지를 모을 수 있다는 것 역시 이와 같은 방식인데요. 압전 에너지와 관련된 자세한 내용은 우리 블로그에 소개된 적이 있죠? 아래 링크를 통해 좀 더 알아보세요!

 

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빛을 이용한 에너지 하베스팅

 

 

빛을 이용해서 에너지를 얻을 수도 있습니다. 빛을 이용한 에너지 하베스팅은 작은 면적으로 우리가 필요한 에너지를 수확할 수 있는 것이 가장 큰 장점인데요. 태양광 패널을 통해 배터리는 그대로 사용하면서 보조 충전 수단으로 태양광을 이용하는 방식입니다. 빛을 흡수하면 물질의 표면에서 전자가 생겨 전기가 발생하는 효과인 광전효과를 통해 직접적으로 전기를 얻을 수 있는데요. 작은 면적으로 길거리를 돌아다니며 충전을 자유롭게 할 수 있겠죠?

 

바이오 연료전지

 

 

 

바이오 연료전지는 연료로 포도당을 촉매제로 사용하는데요. 포도당의 한 종류인 Glucose의 산화를 촉진해 전자를 얻게 되는 방법입니다. 그림과 같이 촉매제는 전극판에 고정화되어 산화되면서 생성된 전자를 반대 전극에 전달하는 매개체 역할을 하는데요. 산화에 의해 발생한 전자는 반대 극에서 환원되어 물이 생성되고 이러한 일련의 과정을 통해 전지의 기능을 구현하게 되는 것입니다.

 

역학적 에너지 발전 방식

 

 

위의 표에서 보는 것과 같이 진동 발전은 작은 진동만으로도 발전이 가능하여 손목시계, 태엽의 움직임으로도 구현할 수 있습니다. 상대운동 발전은 누르고 밟는 것을 이용해 발전을 할 수 있어 압전 방식과 비슷합니다. 마지막으로 유체발전은 우리가 걷거나 뛰는 등 운동을 하며 움직이는 운동에너지를 통해 발전할 수 있습니다.

 

그렇다면 이외에 에너지 하베스팅은 어떤 것들이 있을까요?

 

 

스마프폰이나 텔레비전, 라디오 등의 전파로부터 에너지를 수확하는 RF 에너지 하베스팅과 나무뿌리에 전극을 끼워 넣고 주변 토양에서 생기는 위치를 승압하는 에너지 하베스팅도 있습니다. 이는 산불 조기 발견 시스템용 무선 센서 네트워크의 전원에 채택되기도 했는데요. 단순한 에너지 저장기술이 아닌 우리 일상에서 쉽게 사용 가능하도록 한 것이라고 할 수 있습니다.

 

하지만 에너지 하베스팅에 좋은 면만 있는 것은 아닙니다. 출력의 불연속성이라는 단점도 있는데요. 빛이나 진동 에너지 원이 제거되면 출력이 생성되지 않게 됩니다. 때문에 지속적인 이용을 위해서 에너지 저장 하베스팅 후 보관, 저장하는 에너지 저장 서브시스템이 필요하겠죠?

 

지금까지 유스로거와 함께 다양한 에너지 하베스팅 기술을 살펴봤는데요. 정말 다양한 기술이 있죠? 현재 미국과 유럽, 일본을 중심으로 이러한 기술들이 제품화되고 있는데요. 특히 무선 기술의 저소비 전력화에 주력하고 있다고 하니 앞으로 발전될 미래가 더욱 기대됩니다. ^^ 에너지 절약도 중요하지만 유용하게 에너지를 사용하는 것도 중요하다는 것, 꼭 기억하세요!