예전부터 비를 이용한 우력 발전은 고안되어 왔지만, 기술적인 문제에 의해 스케일 업에 애를 먹었다고 합니다.
이번에 새롭게 중국의 연구팀이 우력 발전의 돌파구를 마련했다고 합니다.
Rational TENG arrays as a panel for harvesting large-scale raindrop energy | TUP Journals & Magazine | IEEE Xplore
https://doi.org/10.23919/IEN.2023.0015
Collecting energy from raindrops using solar | EurekAlert!
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
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 운동 에너지와 정전 에너지가 포함되어 있으며 이러한 에너지를 이용하여 발전할 수 있습니다. 실제로 과거에는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF) 막이라는 압전체의 막에 빗방울이 충돌하는 진동 에너지를 이용하여 우산을 발광시키는 시도도 실현되고 있습니다.
그런데, 낙하하는 빗방울로부터 에너지를 효율적으로 수집하는 시도에는 기술적인 장애물이 있어, 대규모의 빗방울 발전을 실현할 수 없었다고 합니다. 최근 연구에서는, 마찰 대전(triboelectrification)과 정전 유도의 조합으로 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 마찰 대전형 나노 발전기(TENG)를 이용한 액적 기반의 TENG(D-TENG)으로, 적지만 측정 가능한 전력을 수집하는 데 성공했습니다.
그런데 D-TENG은 순간적인 고출력을 실현할 수 있지만, 메가와트 레벨의 전자기기에 대해 1대로 지속적으로 전력 공급하는 것은 여전히 곤란하다는 것. 또한 태양 전지 패널은 많은 태양 전지를 하나의 회로로 결합하여 고출력을 실현하고 있습니다. 이는 용량성 커플링(capacitive coupling)이 발생하여 셀간의 전력 손실이 커지기 때문에 전체 출력이 저하되는 문제가 있습니다.
그래서 중국 · 심천에 있는 칭화대학 심천국제대학원의 Zong Li 교수 연구팀은 어레이 하부 전극과 브리지 환류 구조를 갖추고, 각 발전 유닛을 서로 독립시키면서 용량 결합의 영향을 배제한 태양광 패널 같은 "브리지 어레이 발전기"를 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 환류 구조를 추가하여 빗방울의 에너지를 효율적으로 수집할 수 있게 되었다고 합니다.
연구팀이 다양한 구조의 브리지 어레이 발전기로 테스트를 실시한 결과, 브리지 어레이 발전기의 피크 출력은 기존의 같은 크기의 빗방울 발전 패널에 비해 약 5배로, 1 제곱미터당 200W에 달한다는 것입니다.
Li 교수는 "액적 TENG는 순간적으로 고출력을 실현할 수 있지만 메가와트 레벨의 전자기기에 대해 1대로 연속적으로 전력을 공급하는 것은 여전히 어렵습니다. 따라서 여러 D-TENG을 동시에 사용하는 것이 매우 중요합니다. 다수의 태양광 발전 유닛을 병렬로 연결하여 전기를 공급하는 태양 전지 패널의 설계를 참고하여, 우리는 빗방울 에너지 수확을 위한 간단하고 효과적인 방법을 제안합니다."라고 코멘트하고 있습니다.
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