KR20240048468A - 진동형 마찰전기 발전기 및 이를 포함하는 자가 청소 태양광 패널 - Google Patents
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Abstract
진동형 마찰전기 발전기는 접촉 대전이 일어나는 마찰 대전체를 포함하고 마찰 전기를 발생시키는 충전용 마찰전기 발전기, 충전용 마찰전기 발전기에서 발생된 마찰 전기를 전달하는 정류기, 및 정류기로부터 마찰 전기를 전달받고 상하로 진동하는 진동 충전 전극을 포함하며 진동 충전 전극이 진동함에 따라 교류 전류를 발생시키는 진동형 발전기를 포함한다.
Description
본 발명은 진동형 마찰전기 발전기 및 이를 포함하는 자가 청소 태양광 패널에 관한 것이다.
마찰전기 발전기는 기계적 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 에너지 하베스터이다. 대표적인 마찰전기 발전기의 형태로는 접촉 대전을 통해 전하를 띈 서로 다른 두 물질과 그 뒷면에 전극이 붙어있는 형태로, 대전된 두 물질의 상대적인 움직임에 따라 뒷면 전극에 유도되는 전류를 에너지 하베스팅에 이용한다. 또한, 태양광 패널의 먼지 제거에 사용되는 기술 중 하나인 'electrodynamic dust shield'는 태양광 패널 위에 comb 형태의 전극을 배치하고, 2상 혹은 3상의 진동하는 강한 전기장을 만들어 표면에 쌓인 먼지를 제거하는 방법이다. 이 장치를 작동시키기 위하여는 교류 고전압의 신호를 만들 수 있는 회로 장치가 필수적이다.
태양광 패널 세척에 관련된 종래 기술로는 세척 장치를 포함하는 태양광 발전 장치(특허문헌 1, KR 2012-0083916)가 있다. 이는 태양광 패널에 모터와 에어 콤프레서를 이용해 먼지를 제거하는 것에 대한 발명이다. 하지만, 위 발명은 브러쉬 조립체가 태양전지 면까지 도달해야 한다는 단점이 있다.
본 발명의 일 목적은 태양광 패널 표면의 먼지를 제거할 수 있는 진동형 마찰전기 발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 진동형 마찰전기 발전기를 포함하는 자가 청소 태양광 패널을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동형 마찰전기 발전기는 접촉 대전이 일어나는 마찰 대전체를 포함하고, 마찰 전기를 발생시키는 충전용 마찰전기 발전기, 상기 충전용 마찰전기 발전기에서 발생된 상기 마찰 전기를 전달하는 정류기, 및 상기 정류기로부터 상기 마찰 전기를 전달받고, 상하로 진동하는 진동 충전 전극을 포함하며, 상기 진동 충전 전극이 진동함에 따라 교류 전류를 발생시키는 진동형 발전기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 충전용 마찰전기 발전기는 상기 마찰 대전체의 상부에 배치되는 상단 전극; 및 상기 마찰 대전체의 하부에 배치되는 마찰 대전체 뒷면 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 상단 전극은 상하로 이동하며 상기 마찰 대전체와 접촉 및 비접촉을 반복하고, 상기 마찰 대전체와 상기 상단 전극이 접촉과 비접촉을 반복하며 상기 접촉 대전이 일어날 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동형 발전기는 상기 진동 충전 전극과 연결되고, 외력에 의해 상하로 진동하는 외팔보, 상기 외팔보와 연결되는 외팔보 고정부, 상기 진동 충전 전극의 상부에 배치되는 상부 충전 전극, 상기 진동 충전 전극의 하부에 배치되는 하부 충전 전극, 및 상기 상부 충전 전극과 상기 하부 충전 전극을 전기적으로 연결시키는 외부 부하를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 정류기는 상기 외팔보 및 상기 하부 충전 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 외팔보가 진동함에 따라, 상기 진동 충전 전극이 상하로 진동하고, 상기 진동 충전 전극이 상측으로 휘어짐에 따라, 상기 상부 충전 전극과 중첩하며, 상기 진동 충전 전극이 하측으로 휘어짐에 따라, 상기 하부 충전 전극과 중첩할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동 충전 전극은 양 전하로 대전되고, 상기 진동 충전 전극이 상기 상부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 하부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 상부 충전 전극으로 이동하고, 상기 진동 충전 전극이 상기 하부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 상부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 하부 충전 전극으로 이동할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동 충전 전극, 상기 상부 충전 전극, 및 상기 하부 충전 전극 각각은 comb 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동 충전 전극 및 상기 상부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않고, 상기 진동 충전 전극 및 상기 하부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 청소 태양광 패널은 태양광 패널의 표면에 배치된 제1 투명 전극, 상기 태양광 패널의 표면에 배치되고, 상기 제1 투명 전극과 교차하며 배열되는 제2 투명 전극, 및 상기 제1 및 제2 투명 전극들과 전기적으로 연결되는 진동형 마찰전기 발전기를 포함하고, 상기 진동형 마찰전기 발전기는 접촉 대전이 일어나는 마찰 대전체를 포함하고, 마찰 전기를 발생시키는 충전용 마찰전기 발전기, 상기 충전용 마찰전기 발전기에서 발생된 상기 마찰 전기를 전달하는 정류기, 및 상기 정류기로부터 상기 마찰 전기를 전달받고, 상하로 진동하는 진동 충전 전극을 포함하며, 상기 진동 충전 전극이 진동함에 따라 전하가 유도되어 교류 전류를 발생시키는 진동형 발전기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동형 발전기에서 발생된 상기 교류 전류에 따라, 상기 제1 및 제2 투명 전극들 사이에 교류 전기장이 발생될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 투명 전극 및 상기 제2 투명 전극 각각은 comb 구조를 가지고, 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동형 발전기는 상기 진동 충전 전극과 연결되고, 외력에 의해 상하로 진동하는 외팔보, 상기 외팔보와 연결되는 외팔보 고정부, 상기 진동 충전 전극의 상부에 배치되는 상부 충전 전극, 상기 진동 충전 전극의 하부에 배치되는 하부 충전 전극, 및 상기 상부 충전 전극과 상기 하부 충전 전극을 연결시키는 외부 부하를 더 포함하고, 상기 제1 투명 전극은 상기 상부 충전 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 투명 전극은 상기 하부 충전 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 정류기는 상기 외팔보 및 상기 하부 충전 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 외팔보가 진동함에 따라, 상기 진동 충전 전극이 상하로 진동하고, 상기 진동 충전 전극이 상측으로 휘어짐에 따라, 상기 상부 충전 전극과 중첩하며, 상기 진동 충전 전극이 하측으로 휘어짐에 따라, 상기 하부 충전 전극과 중첩할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동 충전 전극은 양극으로 대전되고, 상기 진동 충전 전극이 상기 상부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 하부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 상부 충전 전극으로 이동하고, 상기 진동 충전 전극이 상기 하부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 상부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 하부 충전 전극으로 이동할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동 충전 전극, 상기 상부 충전 전극, 및 상기 하부 충전 전극 각각은 comb 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동 충전 전극 및 상기 상부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않고, 상기 진동 충전 전극 및 상기 하부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않을 수 있다.
실외에 설치된 태양광 패널은 대기 중의 먼지가 패널 표면에 달라붙어 출력이 낮아지는 문제가 있다. 그렇기에 태양광 패널은 주기적인 청소가 필요하다. 하지만 도심에 위치한 태양광 패널은 접근성이 떨어져 청소가 어렵다. 본 발명의 진동형 마찰전기 발전기를 이용하면 충격이 발생하는 다양한 환경(예를 들면 도보, 도로)에 설치되어 보행자와 자동차로부터 생기는 충격을 이용하여, 청소가 힘든 위치에 있는 태양광 패널의 먼지를 자동으로 제거할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 진동형 마찰전기 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동형 마찰전기 발전기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기에서 발생된 전압 및 전류를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기를 포함하는 자가 청소 태양광 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 자가 청소 태양광 패널을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 8의 자가 청소 태양광 패널이 적용된 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동형 마찰전기 발전기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기에서 발생된 전압 및 전류를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기를 포함하는 자가 청소 태양광 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 자가 청소 태양광 패널을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 8의 자가 청소 태양광 패널이 적용된 예시를 설명하기 위한 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 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 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4는 진동형 마찰전기 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 진동형 마찰전기 발전기(V-TENG)는 충전용 마찰전기 발전기(1), 정류 회로(2), 및 진동형 발전기(3)를 포함할 수 있다.
충전용 마찰전기 발전기(1)는 하부 전극, 마찰 대전체, 및 상부 전극을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극은 전기가 통하는 어떠한 금속(예를 들어, 알루미늄)이라도 적용될 수 있다. 상기 마찰 대전체는 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극의 사이에 배치될 수 있고, 마찰을 통해 전하가 분리되어 접촉 대전이 일어나는 어떠한 물질(예를 들어, PDMS)이라도 적용될 수 있다. 외력에 의해 상기 상부 전극과 상기 마찰 대전체 사이에 마찰이 발생하면, 충전용 마찰전기 발전기(1)는 마찰 전기를 발생시킬 수 있다.
정류 회로(2)는 충전용 마찰전기 발전기(1)와 진동형 발전기(3) 사이에 연결되어, 충전용 마찰전기 발전기(1)에서 발생된 교류의 마찰 전기를 입력받아, 직류의 출력으로 변환할 수 있다.
진동형 발전기(3)는 이동 전극 및 고정 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이동 전극은 상기 정류 회로(2)에서 양의 전하를 제공받도록 연결되고, 상기 고정 전극은 상기 정류 회로(2)에서 음의 전하를 제공받도록 연결될 수 있다. 상기 고정 전극 사이에는 외부 부하(load)로 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 양의 전하로 대전된 상기 이동 전극이 수평 방향으로 이동하면, 상기 고정 전극에 유도된 전하가 이동하며 전자가 흐를 수 있다. 또한, 상기 이동 전극과 상기 고정 전극 사이의 전하 유도 현상을 이용하므로, 상기 이동 전극이 이동하는 동안 상기 이동 전극은 상기 고정 전극과 접촉하지 않을 수 있다.
도 4를 참조하면, 양의 전하로 대전된 상기 이동 전극이 반대의 수평 방향으로 이동하면, 상기 고정 전극에 유도된 전하가 반대로 이동하며 전자가 흐를 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이동 전극이 좌우의 수평 방향으로 이동을 반복함에 따라, 진동형 발전기(3)는 교류 전류를 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동형 마찰전기 발전기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동형 마찰전기 발전기(1000)는 외력에 의해 충격이 가해지면 교류 고전압 신호를 수초간 발생시킬 수 있다. 일 실시예에서, 진동형 마찰 전기 발전기(1000)는 충전용 마찰전기 발전기(10), 정류기(103), 및 진동형 발전기(20)를 포함할 수 있다.
충전용 마찰전기 발전기(10)는 기계적 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 에너지 하베스터일 수 있다. 일 실시예에서, 충전용 마찰전기 발전기(10)는 접촉 대전을 통해 전하를 띈 서로 다른 두 물질과 그 뒷면에 전극이 붙어있는 형태로, 대전된 두 물질의 상대적인 움직임에 따라 뒷면 전극에 유도되는 전류를 에너지 하베스팅에 이용할 수 있다.
일 실시예에서, 충전용 마찰전기 발전기(10)는 마찰 전기를 발생시킬 수 있고, 마찰 대전체(100), 상단 전극(101) 및 마찰 대전체 뒷면 전극(102)을 포함할 수 있다.
마찰 대전체(100)는 상단 전극(101) 및 마찰 대전체 뒷면 전극(102) 사이에 배치될 수 있고, 마찰을 통해 전하가 분리되어 접촉 대전이 일어나는 어떠한 물질(예를 들어, PDMS, 고무, PTFE 등)이라도 적용될 수 있다.
상단 전극(101)은 마찰 대전체(100)의 상부에 배치되며, 알루미늄, 구리 등의 대전 서열 상 양으로 대전되는 금속일수록 적절할 수 있다. 마찰 대전체 뒷면 전극(102)은 마찰 대전체(100)의 하부에 배치되며, 전기가 통하는 어떠한 금속이라도 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 정류기(103)는 충전용 마찰전기 발전기(10) 및 진동형 발전기(20) 사이에 배치되어, 충전용 마찰전기 발전기(10) 및 진동형 발전기(20)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 그에 따라, 정류기(103)는 충전용 마찰전기 발전기(10)에서 발생된 상기 마찰 전기를 교류에서 직류로 변환하여 진동형 발전기(20)로 전달할 수 있다.
진동형 발전기(20)는 정류기(103)로부터 상기 마찰 전기를 전달받아, 교류 전류를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 진동형 발전기(20)는 진동 충전 전극(105), 외팔보(104), 외팔보 고정부(108), 상부 충전 전극(106), 하부 충전 전극(107), 및 외부 부하(109)를 포함할 수 있다. 진동 충전 전극(105), 외팔보(104), 외팔보 고정부(108), 상부 충전 전극(106), 및 하부 충전 전극(107)은 전기가 통하는 어떠한 금속이라도 적용될 수 있다.
진동 충전 전극(105)은 comb 구조를 가질 수 있고, 상부 충전 전극(106)과 하부 충전 전극(107) 사이에 배치될 수 있다. 진동 충전 전극(105)은 외팔보(104)와 연결되어, 상하로 진동할 수 있다.
외팔보(104)는 외팔보 고정부(108)와 진동 충전 전극(105) 사이에 배치되고, 진동 충전 전극(105)과 연결될 수 있다. 외팔보(104)는 외력에 의해 상하로 진동할 수 있고, 외팔보(104)가 진동함에 따라 진동 충전 전극(105)이 상하로 진동할 수 있다. 일 실시예에서, 외팔보(104)의 금속 재질, 두께, 길이, 너비 등을 설정하여, 진동 충전 전극(105)의 진동 주파수를 조절할 수 있다.
외팔보 고정부(108)는 외팔보(104)의 일측을 고정시켜, 외팔보(104)의 타측과 연결된 진동 충전 전극(105)이 상하로 진동하도록 할 수 있다.
상부 충전 전극(106)은 진동 충전 전극(105)의 상부에 배치될 수 있고, comb 구조를 가질 수 있다. 진동 충전 전극(105)이 상측으로 휘어짐에 따라, 진동 충전 전극(105)은 상부 충전 전극(106)과 중첩할 수 있다. 이 경우, 진동 충전 전극(105)과 상부 충전 전극(106)은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않을 수 있고, 진동 충전 전극(105)은 마찰 없이 상하로 진동할 수 있다.
하부 충전 전극(107)은 진동 충전 전극(105)의 하부에 배치될 수 있고, comb 구조를 가질 수 있다. 진동 충전 전극(105)이 하측으로 휘어짐에 따라, 진동 충전 전극(105)은 하부 충전 전극(107)과 중첩할 수 있다. 이 경우, 진동 충전 전극(105)과 하부 충전 전극(107)은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않을 수 있고, 진동 충전 전극(105)은 마찰 없이 상하로 진동할 수 있다.
진동 충전 전극(105), 상부 충전 전극(106), 및 하부 충전 전극(107)이 comb 구조를 가지고 서로 깍지 낀 모양으로 배치됨에 따라, 진동 충전 전극(105)과 상부 충전 전극(106) 사이의 중첩 표면적 및 진동 충전 전극(105)과 햐부 충전 전극(107) 사이의 중첩 표면적이 향상될 수 있다.
외부 부하(109)는 하부 충전 전극(107)과 상부 충전 전극(106)을 서로 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 6은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기에서 발생된 전압 및 전류를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6(a)를 참조하면, 상단 전극(101)이 상하로 이동하며 마찰 대전체(100)와 접촉 및 비접촉을 반복할 수 있고, 그에 따라 상기 접촉 대전이 일어나며 충전용 마찰전기 발전기(10)는 상기 마찰 전기를 발생시킬 수 있다. 상기 마찰 전기는 정류기(103)를 통해 진동형 발전기(30)를 충전시킬 수 있으며, 진동 충전 전극(105)은 양 전하로 대전될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 외력에 의해 외팔보(104)가 진동함에 따라, 진동 충전 전극(105)이 상측으로 휘어질 수 있다. 그에 따라, 진동 충전 전극(105)은 상부 충전 전극(106)과 중첩할 수 있고, 하부 충전 전극(107)에 존재하던 전자가 외부 부하(109)를 통해 상부 충전 전극(106)으로 이동할 수 있다.
도 6(c)를 참조하면, 외력에 의해 외팔보(104)가 진동함에 따라, 진동 충전 전극(105)이 하측으로 휘어질 수 있다. 그에 따라, 진동 충전 전극(105)은 하부 충전 전극(107)과 중첩할 수 있고, 상부 충전 전극(1076)에 존재하던 전자가 외부 부하(109)를 통해 하부 충전 전극(107)으로 이동할 수 있다.
도 6(b) 및 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 진동 충전 전극(105)이 상하로 진동할 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 진동형 발전기(20)는 교류 전압(Voc) 및 교류 전류(Isc)를 발생시킬 수 있다.
도 8은 도 5의 진동형 마찰전기 발전기를 포함하는 자가 청소 태양광 패널을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8의 자가 청소 태양광 패널을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 청소 태양광 패널(2000)은 태양광 패널(301), 제1 투명 전극(302), 제2 투명 전극(303), 및 진동형 마찰전기 발전기(1000)를 포함할 수 있다. 진동형 마찰전기 발전기(1000)는 교류 전류를 발생시킬 수 있고, 자가 청소 태양광 패널(2000)은 상기 교류 전류를 이용하여 제1 투명 전극(302) 및 제2 투명 전극(303) 사이에 강한 교류 전기장을 발생시켜 태양광 패널(301)의 표면에 쌓인 먼지를 제거할 수 있다.
제1 투명 전극(302)은 태양광 패널(301)의 표면에 배치되고, comb 구조를 가지며, 상부 충전 전극(106)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 투명 전극(303)은 태양광 패널(302)의 표면에 배치되고, comb 구조를 가지며, 제1 투명 전극(302)과 교차하며 배열되고, 하부 충전 전극(107)과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 정류기(103) 및 진동형 발전기(20)는 케이스(304)에 삽입될 수 있고, 충전용 마찰전기 발전기(10)는 케이스(304)의 하부에 배치될 수 있다. 그에 따라, 케이스(304)에 외력이 가해지면 외팔보(104)가 진동하며 동시에 충전용 마찰전기 발전기(10)로 상기 외력이 전달되므로, 충전용 마찰전기 발전기(10)와 진동형 발전기(2)를 동시에 구동시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 태양광 패널(301)(또는, 유리 기판 등)의 표면에 제1 투명 전극(302) 및 제2 투명 전극(303)이 배치될 수 있고, 제1 투명 전극(302) 및 제2 투명 전극(303)을 보호하기 위한 투명 필름(401)이 더 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 진동형 마찰전기 발전기(1000)로 외력이 가해지면 진동형 마찰전기 발전기(1000)는 교류 전류를 발생시킬 수 있고, 제1 및 제2 투명 전극들(302, 303)은 상기 교류 전류를 전달받아 제1 및 제2 투명 전극들(302, 303) 사이에 교류 전기장이 발생될 수 있다. 태양광 패널(301) 표면에 있는 먼지 입자(405)는 진동하는 강한 교류 전기장에 의해 태양광 패널(301) 밖으로 튕겨져 나갈 수 있다.
도 10은 도 8의 자가 청소 태양광 패널이 적용된 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동형 마찰전기 발전기(1000)를 도로 밑에 내장 설치하여, 진동형 마찰전기 발전기(1000)로 보행자의 발걸음이나 자동차의 하중에 따른 외력이 가해지도록 설치할 수 있다. 진동형 마찰전기 발전기(1000)는 상기 외력에 의해 교류 전류를 발생시키고, 상기 교류 전류에 따라 태양광 패널(301)의 표면에 강한 교류 전기장이 발생되면, 태양광 패널(301)의 표면에 존재하는 먼지가 튕겨져 나갈 수 있다.
또한, 화성 탐사 로봇 등과 같은 우주 탐사 로봇에 태양광 패널이 적용되는 경우, 본 발명의 자가 청소 태양광 패널을 상기 우주 탐사 로봇에 적용하여 태양광 패널의 효율을 극대화시킬 수 있다.
이상 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 진동형 마찰전기 발전기
10: 충전용 마찰전기 발전기
20: 진동형 발전기 2000: 자가 청소 태양광 패널
20: 진동형 발전기 2000: 자가 청소 태양광 패널
Claims (18)
- 접촉 대전이 일어나는 마찰 대전체를 포함하고, 마찰 전기를 발생시키는 충전용 마찰전기 발전기;
상기 충전용 마찰전기 발전기에서 발생된 상기 마찰 전기를 전달하는 정류기; 및
상기 정류기로부터 상기 마찰 전기를 전달받고, 상하로 진동하는 진동 충전 전극을 포함하며, 상기 진동 충전 전극이 진동함에 따라 교류 전류를 발생시키는 진동형 발전기를 포함하는 진동형 마찰전기 발전기. - 제1 항에 있어서, 상기 충전용 마찰전기 발전기는
상기 마찰 대전체의 상부에 배치되는 상단 전극; 및
상기 마찰 대전체의 하부에 배치되는 마찰 대전체 뒷면 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기. - 제2 항에 있어서, 상기 상단 전극은 상하로 이동하며 상기 마찰 대전체와 접촉 및 비접촉을 반복하고,
상기 마찰 대전체와 상기 상단 전극이 접촉과 비접촉을 반복하며 상기 접촉 대전이 일어나는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기. - 제1 항에 있어서, 상기 진동형 발전기는
상기 진동 충전 전극과 연결되고, 외력에 의해 상하로 진동하는 외팔보;
상기 외팔보와 연결되는 외팔보 고정부;
상기 진동 충전 전극의 상부에 배치되는 상부 충전 전극;
상기 진동 충전 전극의 하부에 배치되는 하부 충전 전극; 및
상기 상부 충전 전극과 상기 하부 충전 전극을 전기적으로 연결시키는 외부 부하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기. - 제4 항에 있어서, 상기 정류기는 상기 외팔보 및 상기 하부 충전 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기.
- 제4 항에 있어서, 상기 외팔보가 진동함에 따라, 상기 진동 충전 전극이 상하로 진동하고,
상기 진동 충전 전극이 상측으로 휘어짐에 따라, 상기 상부 충전 전극과 중첩하며,
상기 진동 충전 전극이 하측으로 휘어짐에 따라, 상기 하부 충전 전극과 중첩하는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기. - 제6 항에 있어서, 상기 진동 충전 전극은 양 전하로 대전되고,
상기 진동 충전 전극이 상기 상부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 하부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 상부 충전 전극으로 이동하고,
상기 진동 충전 전극이 상기 하부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 상부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 하부 충전 전극으로 이동하는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기. - 제6 항에 있어서, 상기 진동 충전 전극, 상기 상부 충전 전극, 및 상기 하부 충전 전극 각각은 comb 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기.
- 제8 항에 있어서, 상기 진동 충전 전극 및 상기 상부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않고,
상기 진동 충전 전극 및 상기 하부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 진동형 마찰전기 발전기. - 태양광 패널의 표면에 배치된 제1 투명 전극;
상기 태양광 패널의 표면에 배치되고, 상기 제1 투명 전극과 교차하며 배열되는 제2 투명 전극; 및
상기 제1 및 제2 투명 전극들과 전기적으로 연결되는 진동형 마찰전기 발전기를 포함하고,
상기 진동형 마찰전기 발전기는
접촉 대전이 일어나는 마찰 대전체를 포함하고, 마찰 전기를 발생시키는 충전용 마찰전기 발전기;
상기 충전용 마찰전기 발전기에서 발생된 상기 마찰 전기를 전달하는 정류기; 및
상기 정류기로부터 상기 마찰 전기를 전달받고, 상하로 진동하는 진동 충전 전극을 포함하며, 상기 진동 충전 전극이 진동함에 따라 전하가 유도되어 교류 전류를 발생시키는 진동형 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널. - 제10 항에 있어서, 상기 진동형 발전기에서 발생된 상기 교류 전류에 따라, 상기 제1 및 제2 투명 전극들 사이에 교류 전기장이 발생되는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널.
- 제10 항에 있어서, 상기 제1 투명 전극 및 상기 제2 투명 전극 각각은 comb 구조를 가지고, 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널.
- 제10 항에 있어서, 상기 진동형 발전기는
상기 진동 충전 전극과 연결되고, 외력에 의해 상하로 진동하는 외팔보;
상기 외팔보와 연결되는 외팔보 고정부;
상기 진동 충전 전극의 상부에 배치되는 상부 충전 전극;
상기 진동 충전 전극의 하부에 배치되는 하부 충전 전극; 및
상기 상부 충전 전극과 상기 하부 충전 전극을 연결시키는 외부 부하를 더 포함하고,
상기 제1 투명 전극은 상기 상부 충전 전극과 전기적으로 연결되며,
상기 제2 투명 전극은 상기 하부 충전 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널. - 제13 항에 있어서, 상기 정류기는 상기 외팔보 및 상기 하부 충전 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널.
- 제13 항에 있어서, 상기 외팔보가 진동함에 따라, 상기 진동 충전 전극이 상하로 진동하고,
상기 진동 충전 전극이 상측으로 휘어짐에 따라, 상기 상부 충전 전극과 중첩하며,
상기 진동 충전 전극이 하측으로 휘어짐에 따라, 상기 하부 충전 전극과 중첩하는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널. - 제15 항에 있어서, 상기 진동 충전 전극은 양극으로 대전되고,
상기 진동 충전 전극이 상기 상부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 하부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 상부 충전 전극으로 이동하고,
상기 진동 충전 전극이 상기 하부 충전 전극과 중첩함에 따라, 상기 상부 충전 전극에 존재하던 전자가 상기 하부 충전 전극으로 이동하는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널. - 제15 항에 있어서, 상기 진동 충전 전극, 상기 상부 충전 전극, 및 상기 하부 충전 전극 각각은 comb 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널.
- 제17 항에 있어서, 상기 진동 충전 전극 및 상기 상부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않고,
상기 진동 충전 전극 및 상기 하부 충전 전극은 서로 깍지 낀 모양으로 배치되어 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 자가 청소 태양광 패널.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120083916A (ko) | 2009-10-19 | 2012-07-26 | 플라트프로그 라보라토리즈 에이비 | 터치 면 상의 하나 이상의 물체를 표시하는 터치 데이터의 추출 |
| KR101870278B1 (ko) | 2017-05-23 | 2018-06-22 | 연세대학교 산학협력단 | 주파수 상향식 마찰 전기 에너지 하베스터 및 이를 활용한 자가 구동 능동 환경 센서 |
| KR101979148B1 (ko) | 2018-04-04 | 2019-05-15 | 성균관대학교산학협력단 | 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템 |
-
2023
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120083916A (ko) | 2009-10-19 | 2012-07-26 | 플라트프로그 라보라토리즈 에이비 | 터치 면 상의 하나 이상의 물체를 표시하는 터치 데이터의 추출 |
| KR101870278B1 (ko) | 2017-05-23 | 2018-06-22 | 연세대학교 산학협력단 | 주파수 상향식 마찰 전기 에너지 하베스터 및 이를 활용한 자가 구동 능동 환경 센서 |
| KR101979148B1 (ko) | 2018-04-04 | 2019-05-15 | 성균관대학교산학협력단 | 에너지 생성부 및 에너지 저장부가 일체화된 에너지 생성 시스템 |
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