에너지 하베스트란?
열 진동, 음파, 운동, 위치에너지등 주변에서 일상적으로 버려지거나 사용하지 않는 작은 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기에너지로 변환하는 차세대 기술에너지 절약 및 친환경 에너지 활용기술을 말한다
에너지 하베스트 기술은 에너지 절약 측면의 고력과 함께 친환경 에너리로서 미래의 새로운 에너지 자원으로 인식되고 있다
에너지하베스팅의 개념과 흐름도
1)개념
- 태양광, 진동, 열, 풍력 등과 같이 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 수확하여 우용한 전기에너지로 사용할 수 있도록 하는기술
2)흐름도
에너지 하베스팅의 종류
1)열에너지 하베스트
- 개념
화력발전소 연료 연소후 배열 복수기 냉각수의 온배수 등에는 막대한 량의 잔열을 포함하여 배출하고 있다. 따라서 잔열과 자연온도와의 온도차를 이용한 열전대발전방식을 적용하여 전기에너지로 회수한다
- 특징
- 온도차 에너지원은 현대사회의 생활환경은 물론 지하수, 지하공기, 체온등 자연환경에서 무궁무진 하다고 할 수 있다
- 열전소자를 이용한 열전대발전방식의 효율은 약70%정도, 운전시간에 따를 발전부품의 수명이 길고 신뢰도가 높다.
2)진동 또는 충격 에너지 하베스트
- 개념
대형회전기나 구조물의 진동, 충격에너지를 압전소자를 응용하여 전기에너지로 변환한다
- 특징
- 압전소자를 이용한 발전방식은 비교적 발전효율도 높고 응용범위도 넓기 때문에 향후 실용에너지로 전망이 밝다
- 사람이 보행시 지면과의 충돌에너지를 신발에 장착된압전소자를 이용하여 발전이 가능하다
3)중력 에너지 하베스트
- 개념
도로에 설치된 돠속방지턱, 통행료 납부 톨게이트, 횡단보도 일시정지선에 공기 압력펌프를 설치하여 자동차의 중량을 이용해 압축된 공기를 별도의 탱크에 저장하여 압축공기발전을 실시한다
- 특징
중력에너지를 이용한 에너지 하베스트는 외국에서는 이미 상용화 된 기술로 발표되고있다
4)전자파 에너지 하베스트
- 공기 중에 방송전파 휴대전화 전파등 수많은 전자파 에너지가 존재하고 있다
- 이들을 수확하여 활용하는 경우 단시간 사용 무선 소세력 전자기긱의 훌륭한 독립에너지원으로 활요이 가능하다
5)신체 에너지 하베스트
- 신체에서 발생하는 에너지는 체온 정전기 운동에너지등 매우 다양하다. 생체와 외기의 온도차를 이용하여 특수한 섬유로 발전을 실시하거나 ㄷ보 시 체중의 변화를 이용해 압전소자로 발전을 할수 있다
- 이러한 소규모 에너지는 사람이 일상적으로 소지하는시계 만보기 신체보조기구등 소세력 전자제품의 독립에너지원으로 유용하게 응용될수 있다.
6)위치 에너지 하베스트
- 수력발전소의 방수구 및 화력발전소의 낸각수 방수로에는 소량의 위치에너지와 운동에너지가 버려지고 있다
- 소형 수차를 이용하여 배출에너지를 전기에너지로 회수할수 있다.
7)광에너지
- 태양광 에너지는 무궁무진하나 아직일부를 인류가 이용하고 있을 뿐이다
- 광전소자의 대량 생산과 효율의 향상이 필요할 뿐 향후 에너지 하베스트의 대표적인 에너지로 볼수 있다
- 광에너지 하베스트는 신재생에너지 발전기술과의 경계가 모호한 실정이다
압전의 구성 및 원리
1)압전의 구성 및 원리
- 압전물질인 PMN-PT를 사용하는 에너지 하베스팅 소자가 전기 에너지를 만들어내는 원리는 아래 그림과 같다
- 기계적 에너지를 받지 않은 상태에서 PMW-PT박막에 존재하는 쌍극자 폴링에 의해 소자의 표면에 수직으로 배열되어 있다
- 소자가 인장 응력을 받아 휘어지면 소자의 변형으로 인해 PMW박막내부에 압전전위가 형성된다
- 전자는 쌍극자에 의해 만들어진 전위의 균형을 맞추기 위하여 외부 회로를 통해 흐르며 결과적으로 위쪽 전극에 쌓이게 된다
- 소자에 작용하는 응력이 사라져 다시 처음상태로 돌아가면 전하 또는 회로를 통해 처음 자리로 되돌아 간다
- 전체적으로 소자에 압력이 가해지고 제거되는 반복적인 과정으 통해 양의 전기신호와 음의 전기신호가 번갈아 생기게 된다
2)압전발전의 흐름도
- 외부의 기계 에너지를 압전재료에 전달
- 전달된 기계적 에너지를 압전재료를 이용하여 전기에너지로 변환
- 변환된 에너지를 전기적인 회로를 통하여 수퍼 캐퍼시터나 2차전지에 축적
압전효과
- 어느 물질에 일정한 압력을 가했을 때 전류가 생기는 현상
- 어릴 때 신었던 걸을 때 마다 불빛이 나는신발
- 우리가 걸어다니거나 자동차 지나갈 때 누르는 압력이 전기에너지가 될 수 있다는 원리가 압전효과
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