최근에는 태양광이나 풍력과 같은 자연계의 재생 가능 에너지를 발전에 이용하는 시도가 진행되고 있으며 최근에는 하늘에서 내리는 비도 주목받고 있습니다. 이전부터 비를 이용한 빗방울 발전은 고안되어 왔지만 스케일업이 기술적인 문제로 힘들었는데 이번에 중국의 연구팀이 빗방울 발전의 난관돌파를 달성했다고 발표했습니다.
Collecting energy from raindrops using solar | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/996074
Collecting energy from raindrops using solar panel technology
When raindrops fall from the sky, they can produce a small amount of energy that can be harvested and turned into electricity. It is a small-scale version of hydropower, which uses the kinetic energy of moving water to produce electricity. Researchers have
www.eurekalert.org
Forget Solar Panels. Here Come Rain Panels - The Debrief
https://thedebrief.org/forget-solar-panels-here-come-rain-panels/
Forget Solar Panels. Here Come Rain Panels - The Debrief
A technological breakthrough in harvesting the energy from falling raindrops may lead to the world's first rooftop rain panels.
thedebrief.org
하늘에서 내려오는 빗방울에는 높은 구름에서 떨어지는 운동에너지와 정전에너지가 포함되어 있으며 이러한 에너지를 이용하여 발전할 수 있습니다. 실제로 과거에는 폴리불화비닐리덴(PVDF) 막이라는 압전체의 막에 빗방울이 충돌하는 진동의 에너지를 이용하여 우산을 발광시키는 시도가 실현되었습니다.
UMBRELLA LIGHTS THE WAY
https://www.yankodesign.com/2008/12/08/umbrella-lights-the-way/
그런데 낙하하는 빗방울로부터 에너지를 효율적으로 수집하는 시도에는 기술적인 장애물이 있어서 대규모의 빗방울 발전을 실현할 수 없다고 합니다. 최근의 연구에서는 마찰대전과 정전유도의 조합으로 역학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 마찰대전형 나노발전기(TENG)를 이용한 액적기반의 TENG(D-TENG)로 적지만 측정 가능한 전력을 수집하는 데 성공했습니다.
그런데 D-TENG는 순간적인 고출력을 실현할 수 있지만 메가와트 레벨의 전자기기에 대해 1대로 지속적으로 전력공급을 하는 것은 여전히 곤란하다는 것. 또한 태양전지 패널은 많은 태양전지를 하나의 회로로 결합하여 고출력을 실현 가능하지만, D-TENG를 복수 조합하면 패널의 상부 전극과 하부 전극 사이에 의도하지 않은 용량성 커플링(용량결합)이 생겨 버려, 셀간의 전력손실이 커지기 때문에 전체의 출력이 저하되어 버린다는 문제가 있습니다.
그래서 중국 심천에 있는 청화대학 심천국제대학원의 Zong Li 교수 연구팀은 어레이 하부 전극과 브릿지 환류구조를 갖추고 각 발전유닛을 서로 독립시키면서 용량결합의 영향을 배제한 태양광 패널과 같은 브리지 어레이 발전기를 고안했습니다.
D-TENG에서는 비가 패널 표면에 떨어지면 빗방울이 양으로 대전하고 패널 표면은 음으로 대전하지만 패널 표면의 전하가 서서히 소산하여 에너지 손실로 이어진다는 것. 브리지 어레이 발전기는 이것에 어레이 하부 전극과 브리지 환류구조를 추가하여 빗방울의 에너지를 효율적으로 수집할 수 있게 되었다고 합니다.
연구팀이 다양한 구조의 브리지 어레이 발전기로 테스트를 실시한 결과, 브리지 어레이 발전기의 피크출력은 기존의 같은 크기의 빗방울 발전 패널에 비해 약 5배로 1m^2당 200W에 달했다고 합니다.
Zong Li 교수는 “액적 TENG는 순간적으로 고출력을 실현할 수 있지만 메가와트 레벨의 전자기기에 대해 1대로 연속적으로 전력을 공급하는 것은 여전히 어려워 복수를 동시 사용하는 것은 매우 중요합니다. 다수의 태양광 발전유닛을 병렬로 연결하여 전기를 공급하는 태양전지 패널의 설계를 참고로 우리는 빗방울 에너지 수확을 위한 간단하고 효과적인 방법을 제안하겠습니다”라고 밝혔습니다.
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