환경 세특 주제 : 에너지 하베스팅

1. 에너지 하베스팅이란?

  에너지 하베스팅이 무엇일까요? 에너지 하베스팅은 영단어 energy와 '수확하다'라는 뜻을 지는 harvest를 결합한 단어입니다. 직역해 보면 에너지를 수확한다는 뜻인데요, 좀 더 자세히 설명해 드리자면 에너지 하베스팅은 태양광 발전, 열 에너지, 풍력 에너지, 운동 에너지 등 다양한 형태의 소량의 에너지를 포착 및 저장하여 전력을 얻어 내는 방식입니다. 에너지 하베스팅은 엄청나게 많은 에너지를 수확할 수 있는 것은 아니지만, 비교적 작은 전자 장치를 작동하기에 충분한 전력을 생성해 기존 배터리나 외부 전원 공급 장치 없이 독립적으로 작동할 수 있도록 하는 것에 의의가 있습니다. 원래라면 다른 형태로 소실되어 버려지는 에너지를 우리에게 필요한 전력으로서 바꾸어 사용할 수 있다는 것입니다.

2. 에너지 하베스팅 종류

  에너지 하베스팅은 다른 형태의 에너지를 우리가 필요한 에너지의 형태로 수확하는 것이라고 설명드렸습니다. 그렇다면 어떤 형태의 에너지를 수집하는 기술들이 존재할까요? 크게 다섯가지로 소개해 드리려고 합니다.

  우선은 첫 번째로 태양에너지 하베스팅인데요, 우리가 잘 아는 태양전지를 활용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환합니다. 이때, 태양전지를 꼭 햇빛에 활용하는 것만이 아니고, 형광등이나 LED의 빛으로도 발전이 가능합니다. 두 번째로는 열에너지의 형태를 활용하여 에너지를 수확하기도 합니다. 온도 차이를 이용하여 이동하는 열에너지를 전력으로 바꾸어 사용합니다. 세 번째로는 운동에너지 하베스팅 방식인데요, 압전 소자 등을 사용하여 사람들이 움직이면서 발생하는 운동에너지를 전기 에너지로서 수확해 내기도 합니다. 다음은 조금은 생소하실 RF 하베스팅인데요, 이는 wi-fi와 같은 무선 통신 장치에서 나오는 전자파로부터 에너지를 수확하는 것입니다. 마지막으로는, 태양광에너지처럼 여러분이 잘 알고 계실 풍력에너지 수확 방식입니다. 작은 풍력 터빈 등을 사용하여 바람으로부터 전기에너지를 얻어냅니다.

3. 에너지 하베스팅 실험

  에너지 하베스팅의 의의는 주변 에너지를 전력으로 변환해 자급자족할 에너지원을 만들어낼 수 있다는 것과, 소규모로 사용할 수 있다는 것입니다. 소규모로 사용할 수 있다면, 우리 주위에서도 충분히 활용이 가능하겠죠? 제가 제안드리고자 하는 실험은 에너지 하베스팅을 여러분의 학교에 적용해보는 실험입니다.

  에너지를 최대한으로 얻어내기 위해 여러분들의 학교에 대한 분석이 필요합니다. 여러분들이 그래도 쉽게 접하실(얻으실) 수 있는 에너지 하베스팅 패널의 종류는 태양전지, 풍력 터빈과 압전 소자 정도가 있으실 것입니다. 이제 중요한 것은 학교에서 가장 많은 에너지가 돌아다니고, 가장 좋은 효율로 에너지를 전환할 있는 곳을 분석하는 것입니다. 태양전지의 경우, 가장 많은 태양빛이 내리쬐는 곳이 될수도 있고, 교실의 빛을 사용하고 싶은 경우 하루종일 불이 켜져 있는 교실을 찾아 보면 되겠죠. 하지만 그 효율에 대해서도 생각해 보아야 하는데요, 태양광 패널의 전환 효율은 패널의 온도가 낮을수록 높습니다. 그러니 여름철의 경우는 에어컨을 튼 실내의 경우가 오히려 더 많은 에너지를 생산해낼 수도 있겠죠? 여러분들이 처한 상황에 따라 실험을 통해 더 많은 에너지를 얻어낼 수 있는 곳을 찾아보시기 바랍니다. 풍력에너지의 경우는 바람이 안정적으로 잘 부는 곳을 찾으면 되겠고요, 압전 소자의 경우는 사람들이 많이 오고가는 곳을 찾아 설치하면 좋을 것입니다. 학교를 돌아다니며 분석하는 것도 좋고, 이를 실험으로서 증명해 보면 더더욱 좋은 활동이 될 것입니다.

2024.05.13 - [세특/환경 실험] - 환경 실험 : 태양전지의 효율 증진

환경 실험 : 태양전지의 효율 증진

 

2024.05.10 - [세특/환경 실험] - 환경 실험 : 그린 수소 생산 실험

환경 실험 : 그린 수소 생산 실험

혹시 태양광에너지의 변환 효율이나 다른 환경/에너지 관련 실험에 대해서도 궁금하신 분들은 위 글들을 찾아와 주세요. 긴 글 읽어주셔서 감사하고, 조금이나마 도움이 되셨으면 좋겠습니다.