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압전 에너지 하베스팅의 이해 - 국내외 압전 에너지 하베스팅 연구 동향 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.63 no.8, 2014년, pp.31 - 36  

강형원 (전자부품연구원) ,  한승호 (전자부품연구원) ,  이형규 (전자부품연구원) ,  박정욱 (연세대학교)

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문제 정의

  • 본 고에서는 국내외 압전 에너지 하베스팅의 연구 동향에 대해서 소개하였다. 소개된 것 이외에도 압전 에너지 하베스팅 관련하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
  • 그럼에도 불구하고 압전 에너지 하베스팅에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있는 것은 그림 2에 나타낸 바와 같이 다른 에너지 하베스팅과 비교하여 변환 효율이 우수하기 때문이다. 본 고에서는 이러한 압전 에너지 하베스팅과 관련하여 국내외 연구 동향에 대해서 살펴보고자 한다.
  • 이와 같은 대체에너지 원의 특징은 주위에 흔히 존재하며 버려지고 있다는 것인데 이러한 의미와 연관지어 버려지는 대체에너지 원으로부터 에너지를 생산해내는 것을 신재생에너지라고 한다. 이 중 외부의 진동(기계적 에너지)으로부터 전압(전기적 에너지)을 생산해 내는 방식으로는 여러 가지 방식(압전, 정전, 전자기, 자왜)이 있으나 여기에서는 압전 방식에 대해서 설명하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압전 에너지 하베스팅이란? 압전 현상이란 세라믹에 외력을 가하여 기계적 변형을 유도하면 그 힘에 의해 전기적 에너지를 나타내는 현상을 말한다. 즉, 외부의 진동 에너지를 세라믹에 그대로 전달하여 최대 변형을 유도한 후 세라믹의 에너지 변환 특성을 최대화하여 전기 에너지를 생산해 내는 것이 압전 신재생에너지 생산, 압전 에너지 하베스팅이다.
미국의 Georgia Tech.는 나노 압전 에너지 하베스터와 어떤 시스템을 제안하였는가? 이다. ZnO 나노선을 햄스터의 근육에 부착하여 근육의 수축과 이완으로부터 전기를 생산할 수 있는 나노 발전 시스템을 제안하였다.
압전 에너지 하베스팅의 4단계는 무엇인가? 압전 에너지 하베스팅은 그림 1에 나타낸 바와 같이 총 4단계로 나눌 수 있는데 첫 번째는 환경으로부터 발생되는 진동 즉 에너지 원의 단계이고 두 번째는 그 진동을 압전 소자에 최대로 전달할 수 있도록 하는 에너지 하베스터 구조에 관한 것을 나타내는 단계이며 세 번째는 전달받은 진동으로부터 압전 현상에 의해 최대로 전기로 변환해 내는 단계이고 마지막은 발생한 교류 전압으로부터 직류 전압으로 변환하는 단계로 나눌 수 있다. 이것을 줄여서 M-M-E-E로 표현할 수 있는데 기계 에너지 전달인 M-M 단계에서는 기계 에너지의 불일치, 감쇠, 반사 등의 이유로 인해 손실이 발생하고 기계 전기 변환인 M-E 단계에서는 압전 소재의 특성인 전기 기계 결합 계수 및 압전 상수 (d, g)에 의해 손실이 발생하며 전기 에너지 전달인 E-E 단계에서는 전기 임피던스 불일치로 인해 손실이 발생되어 최대 전력 전달이 이뤄지지 않는다.
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