국제 사회는 산업경제의 발달과 더불어 온실가스 배출량이 날로 증가하고 있으며, 이로 인한 기후 변화 피해가 날로 심각해지고 있는 상황에서 온실가스 배출량을 줄이기 위해 전세계가 노력을 하고 있다. 정부는 온실가스 배출량을 감축하여 지구온난화를 막기 위해 "저탄소 녹색성장"의 국가정책 하에서 신재생에너지와 같은 친환경적인 녹색산업에 많은 관심과 투자에 집중하고 있다. 신재생에너지 분야는 태양력, 풍력, 수력, 조력 등 자연에너지를 활용하는 기술에 투자하면서 관련 핵심 부품 및 소재기술은 기술적으로 발전하고 있다. 반면에, 도로 공간에 존재하는 다양한 미활용 에너지를 이용하는 기술에 대한 연구는 세계적으로도 미흡한 실정인데, 본 논문에서는 이러한 도로 공간에서의 미활용 에너지를 통해 전기를 수확하는 기술에 대한 기초적인 실험방법과 결과를 제시하였다. 도로 공간에서의 미활용 에너지는 다양한 자원이 있을 수 있는데, 예를 들면 도로 주행 차량의 압력 및 충격 에너지, 도로 포장면의 복사열, 도로 소음 및 파동 등이다. 본 논문은 도로를 주행하는 차량으로부터 전기를 수확하기 위한 압전체 형상을 제안하였으며, 이를 검증하는 몇 가지의 기초 실험을 실시하였다. 즉, 압력을 전기로 변환하는 압전기술을 활용한 것으로 국내에서 쉽게 생산하는 PZT 세라믹을 이용하여 충격하중에 따라 발생하는 전압을 측정하였고, 아스팔트 및 콘트리트 포장 조건에 따른 압전 발전 실험을 실시하여 에너지 수확 성능을 비교 분석하였다.
국제 사회는 산업경제의 발달과 더불어 온실가스 배출량이 날로 증가하고 있으며, 이로 인한 기후 변화 피해가 날로 심각해지고 있는 상황에서 온실가스 배출량을 줄이기 위해 전세계가 노력을 하고 있다. 정부는 온실가스 배출량을 감축하여 지구온난화를 막기 위해 "저탄소 녹색성장"의 국가정책 하에서 신재생에너지와 같은 친환경적인 녹색산업에 많은 관심과 투자에 집중하고 있다. 신재생에너지 분야는 태양력, 풍력, 수력, 조력 등 자연에너지를 활용하는 기술에 투자하면서 관련 핵심 부품 및 소재기술은 기술적으로 발전하고 있다. 반면에, 도로 공간에 존재하는 다양한 미활용 에너지를 이용하는 기술에 대한 연구는 세계적으로도 미흡한 실정인데, 본 논문에서는 이러한 도로 공간에서의 미활용 에너지를 통해 전기를 수확하는 기술에 대한 기초적인 실험방법과 결과를 제시하였다. 도로 공간에서의 미활용 에너지는 다양한 자원이 있을 수 있는데, 예를 들면 도로 주행 차량의 압력 및 충격 에너지, 도로 포장면의 복사열, 도로 소음 및 파동 등이다. 본 논문은 도로를 주행하는 차량으로부터 전기를 수확하기 위한 압전체 형상을 제안하였으며, 이를 검증하는 몇 가지의 기초 실험을 실시하였다. 즉, 압력을 전기로 변환하는 압전기술을 활용한 것으로 국내에서 쉽게 생산하는 PZT 세라믹을 이용하여 충격하중에 따라 발생하는 전압을 측정하였고, 아스팔트 및 콘트리트 포장 조건에 따른 압전 발전 실험을 실시하여 에너지 수확 성능을 비교 분석하였다.
Green house gas emissions are increasing as development of the industrial economy of the international community. Many countries in the world are endeavoring to reduce green house gas emissions under severe climate change. In order to protect grobal warming, government is trying to reduce green gas ...
Green house gas emissions are increasing as development of the industrial economy of the international community. Many countries in the world are endeavoring to reduce green house gas emissions under severe climate change. In order to protect grobal warming, government is trying to reduce green gas emissions under "Low Carbon Green Growth Policy" and investing climiate-firendly industries such as renewable energy harvesting. Renewable energy has been rapidly developing as a result of investment for development technology of using natural energy such as solar, wind, tidal, etc. There are lots of waste energy in the road space. However, nobody is not interested in waste energy from the road space. This paper present a fundamentally experimental study of energy harvesting technique to use waste energy in the road. The waste energy in the road is covered a pressure and impact of vehicles on the road, the radiant heat from asphalt pavement, road noise and vibration etc. In this study, an energy harvesting device using piezoelectric element is proposed and various tests are conducted to investigate a characteristic of this device as function of impact loading based on piezoelectric effect behavior. This paper shows the energy harvesting results of the device using domestic piezoelectirc element as a function of impact load size and pavement types.
Green house gas emissions are increasing as development of the industrial economy of the international community. Many countries in the world are endeavoring to reduce green house gas emissions under severe climate change. In order to protect grobal warming, government is trying to reduce green gas emissions under "Low Carbon Green Growth Policy" and investing climiate-firendly industries such as renewable energy harvesting. Renewable energy has been rapidly developing as a result of investment for development technology of using natural energy such as solar, wind, tidal, etc. There are lots of waste energy in the road space. However, nobody is not interested in waste energy from the road space. This paper present a fundamentally experimental study of energy harvesting technique to use waste energy in the road. The waste energy in the road is covered a pressure and impact of vehicles on the road, the radiant heat from asphalt pavement, road noise and vibration etc. In this study, an energy harvesting device using piezoelectric element is proposed and various tests are conducted to investigate a characteristic of this device as function of impact loading based on piezoelectric effect behavior. This paper shows the energy harvesting results of the device using domestic piezoelectirc element as a function of impact load size and pavement types.
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문제 정의
국내에서 도로에서 주행하는 자동차로부터 전기에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 기술을 개발하기 위한 연구의 일환으로, 국내에서 생산되고있는 압전소자를 이용하여 전기에너지를 생산하는 압전발전체 개발을 위한 첫 단계로 충격하중에 따른 압전 소자의 특성을 분석하기 위하여 본 연구를 수행하였다.
도로에서 주행하는 차량의 충격하중을 이용하여 압전 수확 발전기로부터 전기에너지를 회수함으로써, 에너지 소비형 도로가 아닌 에너지를 생산하는 도로로 인식 전환하기 위한 연구의 첫걸음으로, 압전 세라믹이 충격하중 변화에 대하여 생산하는 전압측정값을 비교하고자 한다. 본 연구에서는 그림 3에서 설명된 소형 압전 발전 수확기 시작품을 이용하여, 충격하중의 변화에 따라 각각의 발생 전압값과 전압파형을 측정하였다.
압전발전수확기 모델을 결정한 후, 국내 도로포장 종류에는 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장으로 크게 나뉘어져 있다. 따라서, 국내에서 널리 사용되고 있는 포장체 종류에 따른 압전발전수확기 발생 전압 특성을 파악하기 위해, 도로포장체 종류에 따른 압전발전수확기와 충격하중에 대한 관계를 연구를 수행하였다. 이는 본 연구에서 개발하고자하는 압전발전체는 도로 표층부에 설치되기 때문에본 연구 수행이 필요하였다.
본 연구에서는 국내에서 생산되는 압전소자를 이용하여, 도로를 주행하는 차량의 움직임을 이용한 도로공간에서의 에너지 하베스팅 기술개발을 위한 기초연구로써, 압전 소자에 충격하중이 전달되었을 때 발생되는 전압특성과 충격하중 변화에 따른 압전 세라믹에서 발생되는 전압 특성을 분석하고자 한다.
il). 본 연구에서는 그동안 도로 공간을 에너지 소비형의 인프라로 인식되어졌던 것을 에너지 생산이 가능한 공간으로 인식을 바꾸어가기 위한 노력이며, 이번 논문에서는 압전 세라믹을 이용한 도로에서의 에너지 수확에 대한 기초연구를 수행하였다.
본 연구에서는 외부 충격에 반응하는 압전발전체 재료를 보호하는 케이스에 대한 검토가 필요하였다. 즉, 압전 발전 성능을 개선하면서 압전체 재료의 파괴를 저감시키는 압전발전 수확기 케이스 개발을 위한 압전발전체 형상에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구의 목적은 압전 소자의 기본적인 특성을 파악하고, 도로에 적용하기 위한 압전발전체 형상 연구에 필요한 실험 데이터를 확보하는 것과, 향후 압전 발전체의 상용화를 위한 다양한 실험 방법을 개발하는 것이다. 또한, 본 연구에서 개발하고자 하는 압전발전체는 도로표층부에 설치하여 미끄럼 방지 기능용으로도 사용하고자 한다.
에너지 하베스팅 기술을 자동차 타이어 압력 모니터링 시스템에 적용하는 연구를 수행하였다. 미국에서는 2007년 9월 이후부터 타이어 압력 모니터링 장비를 차량에 부착하게 되어 있다.
(E) 등 여러 변수와 고유값에 의해 성능 결정하게 된다. 여기서 압전체의 고유값은 재료적 측면에서 성능을 높이는 것들이 연구되어지고 있지만, 본 논문에서는 재료적 관점보다는 기존 재료를 활용하면서 스트레스(T)의 변화와 이를 전달 하는 보호층에 대한 것에 관심을 가지고 연구방향을 설정하고자 한다.
본 연구에서는 외부 충격에 반응하는 압전발전체 재료를 보호하는 케이스에 대한 검토가 필요하였다. 즉, 압전 발전 성능을 개선하면서 압전체 재료의 파괴를 저감시키는 압전발전 수확기 케이스 개발을 위한 압전발전체 형상에 대한 연구를 수행하였다. 도로에 주행하는 차량으로부터 전기를 생산하기에 적합한 압전발전 수확 케이스 연구는 중요하다고 생각된다.
제안 방법
그림 2(a)에 표시되어진 자유낙하 추를 다양한 높이에서 낙하시켰으며, 변화된 높이에 따른 전압을 측정하였다. 그림 2(b)는 충격하중에 의해 발생되는 전압크기를 측정하기 위해 콘크리트 시편위에 압전 발전 수확기가 놓여있는 모습을 설명해 주고 있다.
0cm로 조절하여 충격하중별로 발생되는 전압파형 및 최고 전압을 각각 측정하였다. 높이 변화별 5번의 반복실험을 수행하였으며, 평균값을 도출하여 사용하였다. 향후 연구에서는 실제 차종별 주행차량의 속도별 충격에너지를 측정하여 본 연구에서 사용한 결과값과 비교하여 발전량을 예측하고자 한다.
도로에 주행하는 차량으로부터 전기를 생산하기에 적합한 압전발전 수확 케이스 연구는 중요하다고 생각된다. 도로 포장체에 설치된 압전발전 수확기내에 있는 압전 세라믹이 도로를 주행하는 차량 주행에 방해가 되지 않으면서, 압전발전 수확기의 파손을 예방하기 위하여 5mm 두께의 고무판 2개를 사용하기로 하였다. 이러한 보호층의 형태에 따라 발생 전압의 형태가 달라지는데, 그림 5와 같이 본 연구에서는 두 가지 형태의 압전수확발전기 케이스를 검토했다.
앞절의 압전 발전 수확기 케이스 연구에서 TYPE I이 TYPE II보다 발전 전압이 우수함을 알 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 압전 발전 수확기 케이스 모형을 TYPE II로 결정을 하였다. 압전발전수확기 모델을 결정한 후, 국내 도로포장 종류에는 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장으로 크게 나뉘어져 있다.
그림 3의 하단에서 보여주고 있는 소형 압전발전수확기는 일차적으로 단층구조로 하나의 압전 세라믹을 사용하여 제작되었다. 본 압전 수확기를 이용하여 다양한 충격하중에 따른 발생 전압 특성을 측정하였다. 국내·외 연구현황을 통하여 압전소자를 이용하여 에네지 하베스팅에 관한 선행 연구가 많이 진행되었음을 알 수 있었다.
본 연구를 수행하기 위해서 압전세라믹을 이용한 실내 실험용 소형 압전발전수확기를 제작하였다. 그림 3에서 설명하고 있는 전도성 구리테이프와 압전세라믹을 이용하여 그림 3의 하단에서 보여주고 있는 압전 발전 수확기 시작품을 제작하였다.
이를 위해 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장체 위에서의 압전소자의 발전거동을 측정 분석하였다. 본 연구를 위하여 3가지 유형의 실험을 수행하였으며, 3가지 유형에 대한 설명은 다음과 같다.
도로에서 주행하는 차량의 충격하중을 이용하여 압전 수확 발전기로부터 전기에너지를 회수함으로써, 에너지 소비형 도로가 아닌 에너지를 생산하는 도로로 인식 전환하기 위한 연구의 첫걸음으로, 압전 세라믹이 충격하중 변화에 대하여 생산하는 전압측정값을 비교하고자 한다. 본 연구에서는 그림 3에서 설명된 소형 압전 발전 수확기 시작품을 이용하여, 충격하중의 변화에 따라 각각의 발생 전압값과 전압파형을 측정하였다. 그림 2에서 소개되었던 마샬다짐기 추의 낙하높이 변화에 따른 압전 발전 수확기에서 발생하는 전압과 전압파형 거동을 측정 한 결과를 그림 4에 나타내었다.
본 연구에서는 압전 세라믹에 다양한 충격하중을 주기위하여 그림 2에서 설명하고 있는 마샬다짐기를 이용하였다. 마샬다짐기는 4.
자동차 압력 모니터링 시스템에는 소형의 배터리가 장착되어 있어, 전력을 공급해 주고 있다. 소형 자동차 타이어 압력 모니터링 시스템에 필요한 소량의 전력을 차량 바퀴 휠에 장착하면서, 에너지 하베스팅 기술을 적용하여 배터리를 대체하는 기술은 연구하였다(Lohndorf, M. et al., 2011; Roundy et al., 2008).
압전발전체에 다양한 하중을 주기 위하여, 마샬다짐기 낙하 추를 3.5cm, 6.0cm 그리고 12.0cm 높이에서 각각 낙하시켰다. 추가 낙하하면서 압전 세라믹에 충격을 가했을 때 발생되는 전압 파형을 높이별로 정리하여 그림 4(a)에 나타내었다.
각각의 포장체 특성을 고려하기 위하여 직경이 10cm인 아스팔트 콘크리트 시편과 포틀랜드 시멘트 콘크리트 원형 시편을 이용하였다. 원형 시편위에 TYPE II의 압전발전수확기를 설치 한 후 마샬 다짐기 추의 높이를 3.5cm, 6.0 cm, 12.0cm로 조절하였으며, 각각의 높이에서 5번씩 추를 낙하하여 측정한 전압의 평균값을 그림 8에 정리하였다. 그림 8에서 설명되는 것과 같이 CASE I(시멘트 콘크리트 포장체)에서 CASE II(아스팔트 포장체)보다 평균 20V 정도의 큰 전압이 측정됨을 알 수 있었다.
도로 포장체에 설치된 압전발전 수확기내에 있는 압전 세라믹이 도로를 주행하는 차량 주행에 방해가 되지 않으면서, 압전발전 수확기의 파손을 예방하기 위하여 5mm 두께의 고무판 2개를 사용하기로 하였다. 이러한 보호층의 형태에 따라 발생 전압의 형태가 달라지는데, 그림 5와 같이 본 연구에서는 두 가지 형태의 압전수확발전기 케이스를 검토했다. 그림 5에서 설명하고 있는 Type I은 직접 차량 충격하중을 감소하면서 압전 세라믹을 보호하는 개념의 케이스 디자인이며, Type II는 압전 세라믹이 직접 충격하중을 받으면서 압전 세라믹하부에 충격을 흡수할 수 있는 개념의 디자인이다.
압전 발전 수확기가 도로에 설치될 경우, 차종별, 차량 주행 속도별로 전달되는 충격하중이 다를 것이라 사료된다. 이러한 충격하중의 변화를 고려하여, 본 연구에서는 낙하높이를 3.5cm, 6.0cm, 그리고 12.0cm로 조절하여 충격하중별로 발생되는 전압파형 및 최고 전압을 각각 측정하였다. 높이 변화별 5번의 반복실험을 수행하였으며, 평균값을 도출하여 사용하였다.
또한, 본 연구에서 개발하고자 하는 압전발전체는 도로표층부에 설치하여 미끄럼 방지 기능용으로도 사용하고자 한다. 이를 위해 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장체 위에서의 압전소자의 발전거동을 측정 분석하였다. 본 연구를 위하여 3가지 유형의 실험을 수행하였으며, 3가지 유형에 대한 설명은 다음과 같다.
하지만 본 연구에서는 압전소자의 두께를 다소 증가하여, 캔틸레버형이 아닌 구조를 이용하였다. 캔틸레버형을 이용할 경우, 캔틸레버의 진동을 유지해주기 위해 일정의 공간이 필요하게 되는데, 그럴 경우 압전 발전체의 크기가 커지게 됨으로 인하여, 도로 공간, 특히 포장체에 설치가 무리가 있을 거라 판단되어, 본 연구에서는 압전발전체의 크기를 고려하여 그림 3과 같은 소형 압전 발전 수확기를 고안하였다.
, 2010).하지만 본 연구에서는 압전소자의 두께를 다소 증가하여, 캔틸레버형이 아닌 구조를 이용하였다. 캔틸레버형을 이용할 경우, 캔틸레버의 진동을 유지해주기 위해 일정의 공간이 필요하게 되는데, 그럴 경우 압전 발전체의 크기가 커지게 됨으로 인하여, 도로 공간, 특히 포장체에 설치가 무리가 있을 거라 판단되어, 본 연구에서는 압전발전체의 크기를 고려하여 그림 3과 같은 소형 압전 발전 수확기를 고안하였다.
대상 데이터
그림 7은 아스팔트 콘크리트 포장체와 시멘트 콘크리트 포장체 위에 압전발전수확기를 설치 한 후 발생 전압을 측정하는 실험과정을 나타내고 있다. 각각의 포장체 특성을 고려하기 위하여 직경이 10cm인 아스팔트 콘크리트 시편과 포틀랜드 시멘트 콘크리트 원형 시편을 이용하였다. 원형 시편위에 TYPE II의 압전발전수확기를 설치 한 후 마샬 다짐기 추의 높이를 3.
본 연구를 수행하기 위해서 압전세라믹을 이용한 실내 실험용 소형 압전발전수확기를 제작하였다. 그림 3에서 설명하고 있는 전도성 구리테이프와 압전세라믹을 이용하여 그림 3의 하단에서 보여주고 있는 압전 발전 수확기 시작품을 제작하였다. 그림 3의 하단에서 보여주고 있는 소형 압전발전수확기는 일차적으로 단층구조로 하나의 압전 세라믹을 사용하여 제작되었다.
이스라엘의 이노와텍(Innowattech)은 도로를 주행하는 자동차의 움직임으로부터 전기 에너지를 수확하기 위한 시험시공을 2009년 8월에 수행했었다. 시험 시공에서는 이노와텍에서 개발한 압전 발전체를 도로 포장체 내부에에 설치하여 자동차 주행에서 발생되는 자동차의 역학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 연구를 수행하였으며, Test bed도 시공하였다(권수안 외, 2010; http://www.innowattech.co.il). 본 연구에서는 그동안 도로 공간을 에너지 소비형의 인프라로 인식되어졌던 것을 에너지 생산이 가능한 공간으로 인식을 바꾸어가기 위한 노력이며, 이번 논문에서는 압전 세라믹을 이용한 도로에서의 에너지 수확에 대한 기초연구를 수행하였다.
성능/효과
낙하 추 높이 변화에 따른 전압 파형의 피크값이 변화하는 것이 명확하게 구별되었으며, 발생된 전압 파형 거동은 비슷하였다. 3.5cm 높이의 충격하중에서 발생한 파형의 최대 피크값이 적어서 인지, 다른 두 두파형에서는 4개의 피크가 나타났었으나, 3.5cm 충격하중에서는 2개의 피크만 보여주는 짧은 파형 길이의 특성을 보여주었다. 또한, 전압파형에서 나타난 4개의 피크값의 순서가 내림차순의 형태가 아닌 첫 번째(메인 피크)와 세 번째 피크값이 두 번째와 네 번째 피크값보다 크게 나타나는 특성을 나타내었다.
그림 6에서 설명되는 것과 같이 두 종류의 타입에서 공동적으로 보여주는 경향은 낙하추 높이가 증가할수록 발생 전압크기가 증가하는 경향을 나타내고 있다. TYPE II에서 TYPE I에서 발생되는 전압보다 30~60V 이상 더 큰 전압이 나오는 것을 알 수 있었다. 이는 충격하중이 직접 압전 세라믹에 전달이 되어야만 더 큰 전압이 발생되는 것을 의미한다.
0cm로 조절하였으며, 각각의 높이에서 5번씩 추를 낙하하여 측정한 전압의 평균값을 그림 8에 정리하였다. 그림 8에서 설명되는 것과 같이 CASE I(시멘트 콘크리트 포장체)에서 CASE II(아스팔트 포장체)보다 평균 20V 정도의 큰 전압이 측정됨을 알 수 있었다. 각각의 포장체 종류별로 발생되는 전압의 차이가 발생함을알 수 있었다.
따라서, 압전수확발전기의 발전 효율을 높이기 위해서는 압전발전수확기에 강한 충격을 전달할 수 있는 시스템 개발이 요구되어진다. 둘째, 압전발전수확기 케이스 개발에 사용된 두 종류 케이스에서는 압전 세라믹 하부에 고무판을 배열하는 것이 압전 세라믹 상부에 고무판을 설치함으로써 전달 하중이 감소로 인하여 압전수확발전기 발생 전압이 감소함을 알 수 있었다. 셋째, 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장에 압전발전수확기를 설치하였을 때 발생되는 전압크기를 알기 위한 연구에서는 시멘트 콘크리트 포장에 설치된 압전발전수확기가 아스팔트 콘크리트 포장에 설치된 압전발전 수확기보다 측정된 전압이 큼을 알 수 있었다.
추 낙하 높이에 따라서 4~10배까지 전압 발생차이가 발생되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 도로 포장체에 압전발전 수확기를 설치 할 경우 충격의 전달이 최대한 크게 전달해야 최대 순간 전압이 발생되리라 판단되었다.
이후한 장의 결정판에 나타나는 압전기는 미약하지만 금속박을 삽입하면서 여러 장을 겹칠 경우 그 양이 크게 증대 된다는 것이 알려졌다. 또한, 결정판에는 고유의 진동이 있고 탄성진동과 전기진동이 일치하면 압전기와 결합되어 더욱 강한 진동이 일어난다는 사실도 발견되었다. 고체에 힘을 가하였을 때 결정 겉면에 전기적 분극이 일어나는 현상으로 피에조 저항 효과라고도 한다.
5cm 충격하중에서는 2개의 피크만 보여주는 짧은 파형 길이의 특성을 보여주었다. 또한, 전압파형에서 나타난 4개의 피크값의 순서가 내림차순의 형태가 아닌 첫 번째(메인 피크)와 세 번째 피크값이 두 번째와 네 번째 피크값보다 크게 나타나는 특성을 나타내었다. 이는 첫 충격 이후에 발생되는 잔파의 영향으로 사료된다.
둘째, 압전발전수확기 케이스 개발에 사용된 두 종류 케이스에서는 압전 세라믹 하부에 고무판을 배열하는 것이 압전 세라믹 상부에 고무판을 설치함으로써 전달 하중이 감소로 인하여 압전수확발전기 발생 전압이 감소함을 알 수 있었다. 셋째, 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장에 압전발전수확기를 설치하였을 때 발생되는 전압크기를 알기 위한 연구에서는 시멘트 콘크리트 포장에 설치된 압전발전수확기가 아스팔트 콘크리트 포장에 설치된 압전발전 수확기보다 측정된 전압이 큼을 알 수 있었다.
실험을 통해 도로에서 도로표층부에 설치할 수 있는 압전 발전체의 형상조건에 대한 기본적인 방향을 계획하는데 도움이 되는 실험 결과이었고, 이후 지속적인 실험을 통해 도로에 적용할 수 있는 압전 발전체의 적합한 형상 모델을 제안할 예정이다. 이번 실험을 통해 얻은 결과를 정리해 보면 첫째, 압전수확발전기에 가해지는 충격하중이 증가할수록 발생되는 전압의 크기가 비례하여 증가함을 알 수 있었다. 따라서, 압전수확발전기의 발전 효율을 높이기 위해서는 압전발전수확기에 강한 충격을 전달할 수 있는 시스템 개발이 요구되어진다.
후속연구
본 연구의 목적은 압전 소자의 기본적인 특성을 파악하고, 도로에 적용하기 위한 압전발전체 형상 연구에 필요한 실험 데이터를 확보하는 것과, 향후 압전 발전체의 상용화를 위한 다양한 실험 방법을 개발하는 것이다. 또한, 본 연구에서 개발하고자 하는 압전발전체는 도로표층부에 설치하여 미끄럼 방지 기능용으로도 사용하고자 한다. 이를 위해 아스팔트 콘크리트 포장과 시멘트 콘크리트 포장체 위에서의 압전소자의 발전거동을 측정 분석하였다.
실험을 통해 도로에서 도로표층부에 설치할 수 있는 압전 발전체의 형상조건에 대한 기본적인 방향을 계획하는데 도움이 되는 실험 결과이었고, 이후 지속적인 실험을 통해 도로에 적용할 수 있는 압전 발전체의 적합한 형상 모델을 제안할 예정이다. 이번 실험을 통해 얻은 결과를 정리해 보면 첫째, 압전수확발전기에 가해지는 충격하중이 증가할수록 발생되는 전압의 크기가 비례하여 증가함을 알 수 있었다.
또한 압전발전수확기가 설치되는 하부구조의 강도와 전압 발생과도 연관성이 있음을 암시하고 있다. 향후 압전발전체 개발과 함께 충전시스템의 연구를 수행하고자 한다.
높이 변화별 5번의 반복실험을 수행하였으며, 평균값을 도출하여 사용하였다. 향후 연구에서는 실제 차종별 주행차량의 속도별 충격에너지를 측정하여 본 연구에서 사용한 결과값과 비교하여 발전량을 예측하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압전 세라믹이란 무엇인가?
압전 세라믹은 기계적 에너지를 가하여 전기 에너지를 만들어 낼 수 있는 재료이며, 기계적 진동에너지를 전기적 에너지로도 변환이 가능한데, 이러한 원리를 이용해 도로에 적용한 사례로는 이스라엘의 한 업체가 있다. 이스라엘의 이노와텍(Innowattech)은 도로를 주행하는 자동차의 움직임으로부터 전기 에너지를 수확하기 위한 시험시공을 2009년 8월에 수행했었다.
이스라엘의 이노와텍이 실시한 도로를 주행하는 자동차의 움직임으로부터 전기 에너지를 수확하기 위한 시험시공에서는 어떤 연구를 수행했나?
이스라엘의 이노와텍(Innowattech)은 도로를 주행하는 자동차의 움직임으로부터 전기 에너지를 수확하기 위한 시험시공을 2009년 8월에 수행했었다. 시험 시공에서는 이노와텍에서 개발한 압전 발전체를 도로 포장체 내부에에 설치하여 자동차 주행에서 발생되는 자동차의 역학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 연구를 수행하였으며, Test bed도 시공하였다(권수안 외, 2010; http://www.innowattech.
전 세계는 CO2 배출을 줄이기 위해 어떤 노력을 해왔나?
국제 사회는 산업 중심 기반의 경제 성장으로 무분별한 화석연료 개발과 사용으로 인하여 지구 온난화라는 전 지구적인 문제에 직면하게 되었다. 지구 온난화를 줄이기 위해서 세계적으로 CO2 배출을 줄이기 위해, 기후변화협약(1992)이나 교토의정서1)1(1997) 채택 등으로 온실가스 감축을 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 정부는 기후온난화 현상으로 인하여 기후변화 문제가 심각해질수록 국제사회에서 탄소배출을 규제하기 위한 강한 규제를 만들 것을 대비하여, “저탄소 녹색성장”이라는 향후 국가비전을 제시한 후, 신재생에너지와 같은 기후 친화적 산업을 육성하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.
참고문헌 (14)
강형원 외2, 압전 발전의 이해, 전기의 세계, 제 58권 12호, pp. 38-41, 2009
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