KR102117953B1 - 태양광, 바람, 빗물에서 에너지를 수확하는 발전기 - Google Patents

태양광, 바람, 빗물에서 에너지를 수확하는 발전기 Download PDF

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Abstract

에너지 발전기가 개시된다. 상기 에너지 발전기는 태양광 발전기, 상기 태양광 발전기의 상부에 결합되어 물에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 제1 접촉대전 발전기, 및 상기 태양광 발전기의 하부에 결합되어 바람에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 제2 접촉대전 발전기를 포함한다.

Description

태양광, 바람, 빗물에서 에너지를 수확하는 발전기{Generator harvesting energy from Sunlight, Wind, Raindrop}
본 발명은 발전기에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 태양광, 바람, 빗물 각각으로부터 에너지를 수확하여 발전할 수 있는 발전기에 대한 것이다.
태양광 발전기는 에너지 수확 관점에서 다른 발전 방식의 소자들보다 뛰어난 에너지 효율을 보이지만 햇빛이 들어오지 않는 흐린 날에는 발전 효율이 감소하여 사용에 제약이 생긴다. 또한, 주로 야외에 설치되는 특성상 솔라셀(solar cell)의 표면에 먼지나 이물질이 쌓이게 되면 태양광의 투사율이 감소하여 발전 효율이 떨어지는 문제점도 있다.
이에 따라, 날씨의 제약과 같은 외부 환경 조건과 관계없이 어떠한 상황에서도 에너지 하베스팅을 가능하게 할 수 있는 에너지 발전 소자가 필요하다.
대한민국 등록특허 제1572584호 대한민국 등록특허 제1748222호
본 발명의 목적은 태양광뿐만 아니라, 빗물과 바람으로부터도 접촉대전에 의해 발생되는 에너지를 수확할 수 있어 날씨의 제약이나 외부 환경 조건과 관계없이 기존의 태양광 발전기보다 더 효율적으로 에너지를 수확할 수 있는 에너지 발전기를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 발전기는 태양광 발전기, 상기 태양광 발전기의 상부에 결합되어 물에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 제1 접촉대전 발전기, 및 상기 태양광 발전기의 하부에 결합되어 바람에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 제2 접촉대전 발전기를 포함할 수 있다.
여기에, 상기 제1 접촉대전 발전기는 상기 태양광 발전기의 상부에 결합되는 단일 전극, 및 상기 단일 전극의 상부에 형성되는 소수성 막을 포함하고, 상기 제2 접촉대전 발전기는 상기 태양광 발전기의 하부에 결합되는 상부 전극과 상기 상부 전극의 하부에 이격되어 위치하는 하부 전극, 및 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치하여 바람에 따라 진동하는 필름을 포함할 수 있다.
여기에, 상기 단일 전극은 상기 태양광 발전기가 흡수하는 태양광의 투과를 위하여 투명하게 형성될 수 있다.
여기에, 상기 단일 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 전극일 수 있다.
여기에, 상기 소수성 막은 PDMS(polydimethylsiloxane)일 수 있다.
여기에, 상기 소수성 막은 표면에 마이크로렌즈 어레이(microlens array) 또는 마이크로보울 어레이(microbowl array)가 형성될 수 있다.
여기에, 상기 소수성 막은 상기 제1 접촉대전 발전기를 밀봉하도록 형성될 수 있다.
여기에, 상기 필름은 표면에 수직 방향으로 정렬된 나노와이어 어레이(nanowire array)가 형성될 수 있다.
여기에, 상기 필름은 PTFE(polytetrafluoroethylene)일 수 있다.
여기에, 상기 제2 접촉대전 발전기는 상기 상부 전극과 하부 전극을 연결하고, 상기 필름을 고정하는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 발전기는 태양광 발전기, 및 상기 태양광 발전기의 하부에 결합되어 바람에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 접촉대전 발전기를 포함할 수 있다.
여기에, 상기 접촉대전 발전기는 상기 태양광 발전기의 하부에 결합되는 상부 전극과 상기 상부 전극의 하부에 이격되어 위치하는 하부 전극, 및 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치하여 바람에 따라 진동하는 필름을 포함할 수 있다.
여기에, 상기 접촉대전 발전기는 상기 상부 전극과 하부 전극을 연결하고, 상기 필름을 고정하는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
여기에, 상기 필름은 PTFE(polytetrafluoroethylene)이고, 표면에 수직 방향으로 정렬된 나노와이어 어레이(nanowire array)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광뿐만 아니라, 빗물과 바람으로부터도 접촉대전에 의해 발생되는 에너지를 수확할 수 있어 날씨의 제약이나 외부 환경 조건과 관계없이 에너지를 생산할 수 있다.
또한, 셀단위로 제작이 가능함에 따라 크기 변화가 용이하고 휴대성이 간편하여 야외 활동시에도 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전기를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 접촉대전 발전기를 도시한 것이다.
도 3a는 소수성 막에 형성된 마이크로보울 어레이를 도시한 것이다
도 3b는 소수성 막에 형성된 마이크로렌즈 어레이를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초발수성 막의 제조방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 접촉대전 발전기를 도시한 것이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전기를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전기(10)는 태양광 발전기(100), 제1 접촉대전 발전기(200) 및 제2 접촉대전 발전기(300)를 포함하며, 제2 접촉대전 발전기(300), 태양광 발전기(100) 및 제1 접촉대전 발전기(200)가 순서대로 적층된 구조로 형성될 수 있다.
태양광 발전기(100)는 태양이 복사하는 열에너지에 대한 흡수, 저장, 열변환 등을 통하여 전기 에너지를 생산하는 장치로, 일반적으로 태양광인 빛을 흡수하여 전기에너지로 변환할 수 있는 솔라셀(solar cell) 등의 태양광 발전기판이 사용될 수 있다. 여기서, 솔라셀은 예를 들면 pn접합을 이용한 실리콘 솔라셀, 화합물 반도체 솔라셀(compound semi-conductor solar cell) 또는 연료감응형 솔라셀(dye-sensitized solar cell) 등 다양한 형태의 솔라셀일 수 있다.
제1 접촉대전 발전기(200)는 태양광 발전기(100)의 상부에 결합된다. 제1 접촉대전 발전기(200)는 태양광 발전기(100)의 상부에 결합되어 날씨가 흐리거나 비가 와서 태양광 발전기(100)에 의한 전기 에너지 생산이 어렵거나 불가능한 경우에도 빗물에 의한 접촉대전과 정전기 유도 현상을 통해 에너지 생산이 가능하도록 한다.
제2 접촉대전 발전기(300)는 태양광 발전기(100)의 하부에 결합된다. 제2 접촉대전 발전기(300)는 태양광 발전기(100)의 하부에 결합되어 태양광 발전기(100)에 의한 전기 에너지 생산과는 별도로 바람이 부는 경우에 바람에 의한 접촉대전을 통해 에너지 생산이 가능하도록 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전기(10)는 기존의 태양광 발전기(100)의 상부에는 빗물을 이용하여 발전하는 제1 접촉대전 발전기(200)가 결합되고, 하부에는 바람을 이용하여 발전하는 제2 접촉대전 발전기(300)를 결합되어 태양광뿐만 아니라 빗물 및 바람에 의한 에너지 발전이 가능하다. 이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 제1 접촉대전 발전기(200) 및 제2 접촉대전 발전기(300)에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 접촉대전 발전기를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 접촉대전 발전기(200)는 단일 전극(210) 및 소수성 막(220)을 포함한다.
단일 전극(210)은 태양광 발전기(100)의 상부에 결합된다. 단일 전극(210)은 지면과 그라운드되어 물방울과 소수성 막(220)의 접촉대전에 따라 전류가 단일 전극(210)과 지면간에 흐를 수 있도록 한다. 단일 전극(210)은 전기 전도성이 우수하고, 제1 접촉대전 발전기(200)의 하부에 위치한 태양광 발전기(100)로 태양광이 투과할 수 있도록 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 일 예로서, 단일 전극(210)은 ITO(Indium Tin Oxide) 전극일 수 있다.
한편, 단일 전극(210)은 투명한 기판(211)의 상부에 ITO 전극(212)이 형성된 구조일 수 있다. 여기서, 투명한 기판(211)은 예를 들면 PET(polyethylene terephthalate) 기판일 수 있다.
소수성 막(220)은 물에 의한 접촉대전을 위하여 표면에 떨어지는 물방울이 표면에 잘 맺히지 못하고 쉽게 굴러 떨어지도록 단일 전극(210)의 상부에 형성되는 막이다. 물의 침투를 막기 위하여, 소수성 막(220)은 제1 접촉대전 발전기(200)를 밀봉하는 형태로 형성될 수 있다.
소수성 막(220)은 바람직하게는 초발수성 막일 수 있다. 초발수성 막은 표면이 마이크로와 나노 수준의 복합적인 구조로 형성되어 물에 대한 표면 접촉각이 150°이상이 되는 표면으로서, 초발수성 막을 채용하게될 경우 빗물이 표면에서 보다 잘 흘러내릴뿐만 아니라, 막의 표면에 형성된 먼지 등을 털어내는 자가세정을 통하여 태양광이 보다 잘 투과될 수 있도록 한다. 또한, 소수성 막(220)은 태양광의 투과를 위하여 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 일 예로서, 소수성 막(220)은 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
한편, 소수성 막(220)이 초발수성 막인 경우 막의 표면에 마이크로렌즈 어레이(microlens array) 또는 마이크로보울 어레이(microbowl array)가 형성될 수 있다. 막의 표면에 마이크로렌즈 어레이 또는 마이크로보울 어레이 구조를 형성함으로써 초발수성 막을 구현할 수 있다.
소수성 막에 형성된 마이크로보울 어레이와 마이크로렌즈 어레이를 도시한 도 3a와 3b를 참조하면, 도 3a와 같이 마이크로보울 어레이(221a)는 소정의 지름과 소정의 깊이를 갖는 복수개의 마이크로보울이 균일하게 배열된 것일 수 있다. 마이크로렌즈 어레이(221b)는 도 3b와 같이 소정의 지름과 소정의 높이를 갖는 복수개의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 것일 수 있다. 여기서, 마이크로보울 또는 마이크로렌즈의 종횡비를 조절하여 초발수성의 정도를 조절할 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 초발수성 막의 제조방법의 순서도를 도시한 도 4를 참조하면, 상술한 마이크로보울 어레이(221a) 또는 마이크로렌즈 어레이(221b)가 형성된 초발수성 막의 제조는 1) 템플릿을 제조하는 단계(S410), 2) 마이크로보울 어레이 또는 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 단계(S420)를 거쳐 수행된다.
S410 단계에서는 마이크로보울 어레이(221a)를 형성하고자 하는 경우 마이크로렌즈 어레이 템플릿이 제조될 수 있고, 마이크로렌즈 어레이(221b)를 형성하고자 하는 경우 마이크로보울 어레이 템플릿이 제조될 수 있다.
일 예로서 마이크로렌즈 어레이(221b)를 형성하고자 하는 경우, S410 단계는 기판의 일측면에 포토레지스트(photoresist)를 형성하고, 포토마스크(photomask)와 디퓨저(diffuser)를 이용하여 자외선(UV)을 랜덤하게 노출시켜 포토레지스트에 마이크로보울 형태의 노광영역을 형성한다. 이에 따라, 마이크로렌즈 어레이(221b) 형성을 위한 마이크로보울 어레이 템플릿이 형성된다.
여기서, PDMS의 접착 문제를 피하기 위하여 템플릿을 제조하는 단계(S410) 이후에 템플릿의 표면을 자기조립 단층(SAM)으로 처리하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
다음으로, S420 단계는 소수성 막(220)의 물질로서 PDMS를 사용하는 경우 마이크로보울 어레이 템플릿의 상부에 PDMS를 부운 다음 경화시키고, 경화시킨 PDMS를 마이크로보울 어레이 템플릿에서 떼어 내어 마이크로렌즈 어레이(221b)가 형성된 초발수성 막을 얻을 수 있다.
한편, 마이크로보울 어레이(221a)는 템플릿을 제조하는 단계에서 마이크로렌즈 어레이 템플릿을 형성하고 이를 이용함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 명세서에서는 초발수성 막의 일 실시예로서 위와 같은 형태를 개시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 초발수성 막 형성을 위한 다양한 형태가 채용될 수 있음은 자명하다.
이하에서는 상술한 구성을 포함하는 제1 접촉대전 발전기(200)의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 제1 접촉대전 발전기(200)는 두 가지 동작에 의하여 전기 에너지를 생산한다.
제1 접촉대전 발전기(200)가 물방울의 초기 전하에 의하여 발전하는 경우, 소수성 막(220)의 표면에 떨어지는 물방울이 양의 전하인 경우일 때 양의 전하를 띄는 물방울은 소수성 막(220)의 표면에 양의 전계를 유도한다. 유도된 양의 전계는 평형 상태를 얻기 위하여 지면에서 단일 전극(210)으로 전자의 흐름을 유도하며, 이에 따라 양의 전류가 생성된다. 그러다가 소수성 막(220)의 표면에 떨어졌던 물방울이 표면을 따라 흘러내리면, 전자는 전극에서 지면으로 흐르게 되며 이에 따라 음의 전류가 생성된다.
제1 접촉대전 발전기(200)가 방울과 소수성 막(220) 사이의 마찰 전기에 의하여 발전하는 경우, 물방울이 소수성 막(220)이 접촉하게 되면 소수성 막(220)은 음전하로 대전되고 양전하로 대전된 전기 이중층 모델(EDL)이 형성된다. 소수성 막(220)이 음전하를 띄는 동안, 물방울로부터 양전하가 나오며, 음전하는 전극과 지면 사이에 전기장을 유도한다. 이때, 전자는 평형 상태에 도달하기 전까지 전극에서 지면으로 이동한다. 여기서 다음 물방울이 소수성 막(220)의 표면에 접촉하게 되면, 소수성 막(220)의 음전하는 물방울의 전하를 끌어당겨서 또다른 양전하로 대전된 전기 이중층 모델을 생성한다. 생성된 전기 이중층 모델에 의하여 소수성 막(220)의 음전하는 부분적으로 차폐되고, 이에 따라 양의 전위가 생성된다. 전자는 다시 평형을 이루기 위하여 지면에서 전극으로 이동하여 전류가 생성된다. 상술한 동작에 의하여, 제1 접촉대전 발전기(200)는 태양광 발전기(100)와 별도로 날씨가 흐리거나 비가 오는 날에도 흐르는 물에 의하여 발전할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 접촉대전 발전기를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 접촉대전 발전기(300)는 한 쌍의 전극(310a, 310b), 필름(320) 및 스페이서(330)를 포함한다.
한 쌍의 전극(310a, 310b)은 태양광 발전기(100)의 하부에 결합되는 상부 전극(310a)과 상부 전극(310a)의 하부에 이격되어 위치하는 하부 전극(310b)으로 구성될 수 있다. 한 쌍의 전극(310a, 310b)은 상부 전극(310a)과 하부 전극(310b) 사이에 위치하는 필름(320)과의 접촉에 따라 전류가 유도된다. 한 쌍의 전극(310a, 310b)은 예를 들면 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 텅스텐(W), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 이리듐(Ir), 또는 은(Ag)과 같이 전기 전도성이 우수한 금속으로 형성될 수 있다.
필름(320)은 상부 전극(310a)과 하부 전극(310b) 사이에 위치하여 바람에 따라 위·아래로 진동한다. 필름(320)은 바람에 의하여 진동하면서 상부 전극(310a) 또는 하부 전극(310b)과 접촉대전을 일으켜 전극에 전류를 흘린다. 필름(320)은 예를 들면 FEP(fluorinated ethylene-propylene), PTFE, PDMS, polyimide(Kapton) 또는 PET 등과 같이 다양한 폴리머 박막일 수 있다. 바람직하게는, 필름(320)은 전극과 접촉될 때 많은 양의 마찰 대전을 유도할 수 있는 PTFE일 수 있다.
필름(320)의 표면에는 유효 접촉 면적을 증가시키기 위하여 수직 방향으로 정렬된 나노와이어 어레이(nanowire array)가 형성될 수 있다. 나노와이어 어레이는 소정의 지름과 소정의 높이를 갖고 수직으로부터 돌출 형성된 복수개의 나노와이어가 균일하게 배열된 구조일 수 있다.
스페이서(330)는 상부 전극(310a)과 하부 전극(310b)을 연결하고, 필름(320)을 고정한다. 스페이서(330)는 한 쌍의 전극(310a, 310b)의 연결과 필름(320)을 고정시킬 수 있는 다양한 형태 및 물질이 채용될 수 있다. 일 예로서, 스페이서(330)는 상부 전극(310a)과 하부 전극(310b)의 각 모서리에 위치하는 자성을 갖는 물질일 수 있다.
이하에서는 상술한 구성을 포함하는 제2 접촉대전 발전기(300)의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
제2 접촉대전 발전기(300)는 한 쌍의 전극(310a, 310b)과 진동하는 필름(320) 사이에 발생하는 접촉대전에 따라 전기 에너지를 생성한다. 보다 구체적으로, 제2 접촉대전 발전기(300)에 바람이 불면, 한 쌍의 전극(310a, 310b) 사이에 위치한 필름(320)은 전극 사이에서 위·아래로 진동한다. 필름(320)의 진동에 따라 필름(320)의 일측면과 타측면은 각각 상부 전극(310a) 및 하부 전극(310b)과 접촉과 분리를 반복하게 되는데, 만일 필름(320)이 음전하로 대전되면 전극은 양전하로 대전된다. 필름(320)이 진동하는 도중에 하부 전극(310b) 쪽으로 접촉하는 경우 접촉대전에 따라 생성된 전류는 평형 상태를 만들기 위해 상부 전극(310a)에서 하부 전극(310b)으로 흐른다. 그러다가 필름(320)이 진동하기 전의 위치로 돌아오게 되면 전류는 하부 전극(310b)에서 상부 전극(310a)으로 흐른다. 한편, 필름(320)이 상부 전극(310a) 쪽으로 진동하면 전류는 하부 전극(310b)에서 상부 전극(310a)으로 흐르고, 필름(320)이 진동하기 전의 위치로 돌아오게 되면 전류는 상부 전극(310a)에서 하부 전극(310b)으로 흐른다. 상술한 동작에 의하여, 제2 접촉대전 발전기(300)는 태양광 발전기(100)와 별도로 바람이 불 때 전력을 생산할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전기(10)는 태양광을 이용한 발전과 동시에 빗물 및 바람에 의한 발전도 동시에 수행함으로써 기존의 태양광 발전기(100)보다 더 많은 양의 에너지를 생산할 수 있다.
한편, 상술한 실시예와 달리, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 발전기는 태양광 발전기(100)의 하부에 제2 접촉대전 발전기(300)가 결합된 구조일 수도 있다. 즉, 태양광 발전기(100)의 상부에 제1 접촉대전 발전기(200)가 결합되지 않는 구조를 채용하여 태양광 발전기(100)의 발전 효율을 그대로 유지하여 태양광을 이용한 발전을 수행함과 동시에 바람에 의한 접촉대전을 통해 발전을 수행할 수도 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
에너지 발전기 : 10
태양광 발전기 : 100
제1 접촉대전 발전기 : 200
단일 전극 : 210 소수성 막 : 220
제2 접촉대전 발전기 : 300
상부 전극, 하부 전극 : 310a, 310b 필름 : 320
스페이서 : 330

Claims (14)

  1. 태양광 발전기;
    상기 태양광 발전기의 상부에 결합되어 물에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 제1 접촉대전 발전기; 및
    상기 태양광 발전기의 하부에 결합되어 바람에 의한 접촉대전 발전을 수행하는 제2 접촉대전 발전기를 포함하며,
    상기 제2 접촉대전 발전기는
    상기 태양광 발전기의 하부에 결합되는 상부 전극과 상기 상부 전극의 하부에 이격되어 위치하는 하부 전극; 및
    상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 위치하여 바람에 따라 진동하는 필름을 포함하고,
    상기 필름은 표면에 수직 방향으로 정렬된 나노와이어 어레이(nanowire array)가 형성되는 에너지 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접촉대전 발전기는
    상기 태양광 발전기의 상부에 결합되는 단일 전극; 및
    상기 단일 전극의 상부에 형성되는 소수성 막을 포함하는 에너지 발전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단일 전극은 상기 태양광 발전기가 흡수하는 태양광의 투과를 위하여 투명하게 형성되는 에너지 발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단일 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 전극인 에너지 발전기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 소수성 막은 PDMS(polydimethylsiloxane)인 에너지 발전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소수성 막은 표면에 마이크로렌즈 어레이(microlens array) 또는 마이크로보울 어레이(microbowl array)가 형성된 에너지 발전기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 소수성 막은 상기 제1 접촉대전 발전기를 밀봉하도록 형성되는 에너지 발전기.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 PTFE(polytetrafluoroethylene)인 에너지 발전기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 접촉대전 발전기는
    상기 상부 전극과 하부 전극을 연결하고, 상기 필름을 고정하는 스페이서를 더 포함하는 에너지 발전기.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102699180B1 (ko) * 2020-07-16 2024-08-27 한국전력공사 접촉 대전 발전 장치
EP4142139A1 (en) 2021-08-27 2023-03-01 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Energy harvesting device and self-powered sensor using the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101572584B1 (ko) * 2014-08-11 2015-12-01 한국과학기술원 하이브리드 전력 생산 장치 및 제조 방법
KR101580409B1 (ko) * 2014-09-03 2015-12-29 연세대학교 산학협력단 투명하고, 유연한 에너지 수확 소자 및 이의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101411999B1 (ko) * 2011-11-29 2014-06-27 부산대학교 산학협력단 액체방울을 이용한 초소형 발전기
KR101819131B1 (ko) * 2015-11-10 2018-01-17 한국과학기술원 자연력을 이용한 융합형 발전기 및 이를 이용한 발전 방법
KR101748222B1 (ko) 2016-05-02 2017-06-16 연세대학교 산학협력단 바람 에너지 하베스터
KR102581468B1 (ko) * 2016-08-05 2023-09-21 삼성전자주식회사 전극 구조체, 이를 포함하는 마찰대전 발전기 및 그 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101572584B1 (ko) * 2014-08-11 2015-12-01 한국과학기술원 하이브리드 전력 생산 장치 및 제조 방법
KR101580409B1 (ko) * 2014-09-03 2015-12-29 연세대학교 산학협력단 투명하고, 유연한 에너지 수확 소자 및 이의 제조방법

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