“사물인터넷(IoT)의 핵심은 배터리다. 이제는 BoT(Battery of Thing) 시대다”.  


조남성 삼성SDI 대표가 작년 10월에 열린 한 행사의 기조연설에서 한 말입니다. 사물인터넷의 등장으로 다양한 기기와 센서가 설치되면서 안정적이고 지속적인 전원 공급이 중요해지고 있기 때문입니다.


IoT의 확산으로 몇 년내에 조 단위의 센서가 설치될 것으로 예상되는 상황에서 모든 센서에 전원을 공급하기 위해 선을 연결하거나 배터리를 장착한다는 것은 불가능하죠.

그래서 최대한 배터리를 작고 오래 사용할 수 있도록 개선하거나, 열, 압력, 전파, 소리 등 다양한 자연의 에너지원을 이용해서 전기를 생산하는 방법도 탐구하고 있습니다.


열전발전(thermoelectric generation)은 그 중에서도 가장 상용화에 가깝게 접근해 있는 대체 에너지 기술입니다. 이것은 두 접점 사이의 온도차로 인해 생기는 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 현상(제베크 효과, Seebeck Effect)을 이용하여 전기를 생산하는 방식을 말합니다.






그동안 열전발전은 대체에너지의 한 종류로서 꾸준히 관심을 받아왔던 기술이었지만 에너지 변환효율이 10%를 넘지 못해서 그동안 주로 고열이 발생해서 온도차가 높은 경우에만 적용되어 왔습니다.


하지만, 저희 회사가 이번에 개발한 모듈은 열 효율을 대폭 올릴 수 있어 바로 상용제품에 적용이 가능합니다. 이름하여 타이니테크(TinyTEG)입니다. 매우 작은 열전발전 소자라는 뜻입니다. ^^



< TinyTEG 구성원리 > 



일반적으로 낮은 온도차에서 열전발전소자의 출력 전압은 수 밀리볼트(mV)에서 수십 밀리볼트에 불과해 바로 구동전압으로 사용할 수가 없습니다. 그러나 TinyTEG는 고밀도로 발전전압을 높이고 승압회로까지 내장하고 있어 수 밀리볼트를 볼트(Volt) 수준으로 승압하기 때문에 바로 구동전압으로 사용할 수 있습니다.


이번 TinyTEG의 성능 테스트 결과, 열원과 외기의 온도차가 3℃ 이상일 경우에는 LED의 구동이 바로 가능하고, 온도차가 5℃ 이상일 경우에는 무선센서의 송수신 통신이 가능한 수준으로 나타났습니다.


다시 말해 일반적인 소형 센서에는 바로 적용이 가능해서 배터리의 수명을 거의 반영구적으로 늘릴 수 있고, 아예 배터리 없는 기기를 만들 수 있다는 뜻도 됩니다.


무엇보다 이런 기술이 적용되어 자가발전이 되는 기기가 나오게 되면, 폐배터리로 인한 환경 오염을 막을 수 있고, 사람이 접근하기 힘들거나 위험한 장소에 센서를 설치하기 위해 전원작업을 하거나 배터리를 교체할 필요가 없어지기 때문에 사람이 다칠 위험을 줄여 준다는 것도 큰 의의가 있습니다. 이것이 휴모트가 지향하는 ‘사람을 행복하게 기술’입니다. ^^


다음 편에는 테스트 중인 TinyTEG 데모 영상을 올려드리겠습니다.  








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IT 업계의 주요 이슈 중의 하나이고 생활에도 큰 변화를 가져올 기술을 들라면 단연

사물 인터넷(Internet of Things)을 첫 손가락으로 꼽을 수 있겠습니다.
정보 기술 연구 및 자문회사 가트너에 따르면 2009년까지 사물 인터넷 기술을 사용하는 사물의

개수는 9억개였으나 2020년까지 이 수가 260억 개에 이를 것으로 예상하고 있고, 시스코 시스템

즈의 조사에 따르면 2013년부터 2022년까지 10년간 사물 인터넷이 14조 4천 달러의 경제적 가치를

창출할 것으로 예상하고 있기도 합니다. 

(출처 : 위키백과 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%AC%EB%AC%BC_%EC%9D%B8%ED%84%B0%EB%84%B7)   

IoT는 말그대로 다양한 사물들에 센서와 통신기능을 내장해 상호 연결해 제어할 수 있도록 한다는

개념을 말하는데, 센서나 통신기술은 이미 있기 때문에 기술적인 어려움은 그다지 많지 않다고 할

수 있습니다. 다만, 실용성이나 보안 이슈의 측면에 더 관심을 두고 있습니다. 

우리나라에서도 새로 짓는 아파트에서는 집안의 가전제품들에 IoT 개념을 적용해 스마트폰으로

원격에서 제어하는 등의 시범적인 모델을 선보이고 있습니다.  
깜빡하고 다리미 코드를 빼지 않고 나왔을 때 외부에서 전원을 차단할 수도 있고, 휴가기간

빈집 처럼 보이지 않도록 일정 시간에 조명이 켜지도록 세팅할 수도 있고, 집안 내부를 카메라로

확인할 수도 있을 겁니다.


그런데, 여기에는 눈에 띄지는 않지만 중요한 이슈가 있습니다. 바로 센서가 작동하고 통신을

하기 위해서는 지속적으로 전기 에너지가 공급되어야 한다는 점입니다. 냉장고, TV처럼 지속적으로

전기가 공급되는 기기에 내장된 센서는 문제가 없겠지만, 부착형이나 센서 자체가 독립적으로

존재하면서 작동해야 하는 경우에는 이 전기에너지를 어떻게 공급해야 하는가가 중요한 이슈가 됩니다. 


모든 센서에 전기콘센트를 연결할 수는 없으니 결국 소형 건전지를 배터리로 활용해서 전기를 공급해야

합니다. 결국 센서 크기는 전적으로 이 건전지의 크기에 종속되고, 주기적으로 건전지를 교체해줘야

하고, 폐건전지 배출에 따른 환경오염도 문제가 됩니다.  

이 지점에서, 버려지는 열을 전기로 바꿔주는 열전발전(Thermoelectric generation)의 필요성과

실용성이 부각됩니다. IoT 시스템에서 사용하는 센서는 대부분 소형이며 필요한 전력도 그리

높지 않습니다. 말그대로 매우 적은 전력만 공급되어도 충분히 작동하기 때문에 그동안 효율성이

낮아서 실용성이 떨어졌던 열전발전이 의미를 갖게 됩니다.

여기에는 태양열을 비롯해 태양광같은 빛, 바람, 진동, 자성, 그리고 온도차를 이용한 발전까지

다양한 에너지원을 사용할 수 있습니다.  


그리고, 센서가 작동하는 환경이 매우 다양하기 때문에 단지 태양광이나 열에만 의지하기에는

부족합니다. 그래서, 온도차, 빛, 진동 등 자연환경에서 발생하는 다양한 에너지원을 모두 활용해서

전기에너지로 변환할 수 있는 기술과 부품이 필요합니다. 

열전소자(thermoelectric element)가 이미 그런 역할을 담당하고 있지만, IoT에서는 소자가 필요한

환경이 매우 다양하므로 좀더 다양한 에너지원을 모아서 전기에너지로 변환하는

시스템(Energy Harvesting System)이 요구됩니다.


< 출처 : https://flic.kr/p/eMcSMG >


가슴을 관통하는 것 같은 쓸쓸한 가을바람, 눈부시고 포근한 봄볕, 지친 어깨를 감싸주는 따뜻한

손길... 이 모든 것이 말 그대로 에너지로 새롭게 태어나게 됩니다. 

어디서부터 시작될지는 모르겠습니다만, 휴모트도 이미 준비하고 있습니다. 

아주 가까이서 친환경에너지의 모습을 보게 될 날을 기다려주세요. ^^

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