빛으로 전력을 실어 나르는 꿈의 기술, 무선전력전송 기술

안녕하세요 시제품 개발 전문기업​ 디자인웨일입니다.

​미국 캘리포니아 공과대학교에서 올해 6월 우주에서 빛을 활용한 무선전력전송 기술을 시험해 성공했다고 발표했습니다.

칼텍은 지구에서 무선전력전송 기술을 테스트한 뒤에 우주로 위성을 쏘아 올려

우주 환경에서 해당 실험을 진행한 것으로 알려졌습니다.

우주 공간에서의 무선 전력 송수신과 우주-지구 간 무선 전력 송수신에 대한 시연이

성공적으로 수행된 첫 사례로 기록될 전망입니다.

오늘은 이러한 빛으로 전력을 실어 나르는 꿈의 기술, 무선전력전송 기술에 대해 알아보겠습니다.

 

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1.무선 전력 송수신 기술이란?

무선 전력 송수신 장치 내부(출처: 칼텍)

전송선을 사용하지 않고 전기에너지를 특정 주파수 신호로 변환 시

발생하는 부하 및 전자기파를 이용하여 에너지를 전달하는 기술입니다.

 

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​2. 무선 전력 송수신 기술의 방식별 응용현황

무선전력전송방식은 크게 자기장을 이용한 방식과 안테나를 이용한 방식이 있으며,

대부분 개발되는 응용분야는 자기장을 이용한 근거리 전송기술입니다.

 

 

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​3. 무선 전력 송수신 기술의 원리

 

상기와 같은 원리로 전력 전송되며 크게 자기유도 방식, 자기 공진 방식, 전자기파 방식으로 분류합니다.

 

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4. 무선전력전송기술의 종류

4-1) 자기유도방식

 

4-2) 자기 공명 방식

 

4-3 ) 전기파 방식

	자기유도방식	자기공명방식	전자기파방식
전송거리	수 mm 내외	수 m 내외	수 Km 내외
동작원리	송수신 코일간의 자기 유도현상을 이용함	송수신 공진기 간의 자기공진 특성을 이용함	마이크로웨이브 대역에서 송수신 안테나간의 방사특성 이용함
주파수 범위	125~135 KHz	수십 ~ 수백 MHz	수 GHz
전송전력	저출력 ( 수 W )	저출력 ( 수십 W )	고출력 ( 수십 W )
전송효율	수 mm 이내 90% 이상	1m에서 90% 2m에서 40%	10~50%
적용 분야	휴대기기, 전기자동차 등	휴대기기, 전기자동차, 공공서비스 등	우주 태양광 발전 무선 전력 전송 등
장점	기술성숙도가 높음 표준화 완료 소형화 가능 인체 무해 지중 및 수중 이용가능	코일의 품질계수가 높음 수 m내에서 이용가능 코일배치에 대한 자유도가 우수함	고출력으로 이용가능 수 km 내에서 이용 가능
한계점	소형기기에 적합 수 mm로 짧은 거리 발열이 심한 편임 충전위치에 따른 충전 효율이 달라짐	전송효율이 낮아 충전시간이 긴편임 발열이 심한 편임 인체 안전성 및 EMI/EMC 테스트 진행중임	송수신 안테나가 큼 효율이 낮음 인체의 유해성이 높음

 

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5. 무선전력전송기술의 응용분야

무선 전력전송 기술은 ICT나 가전 분야를 넘어 의료기 분야에까지 적용되고 있습니다.

대표적 사례로는 부정맥 치료에 주로 사용되는 심박조율기(pacemaker)를 들 수 있습니다.

무선 전력전송 방식의 심박조율기 작동 개요.  출처 ) the week

심박조율기는 심장에서 나오는 전기신호를 감지하여 정상 수치보다 맥박이 느릴 경우에는 전기 자극을 심장에 주는 역할을 합니다.

이렇게 전기 자극을 받은 심장은 수축과 이완의 속도가 빨라지면서 맥박도 다시 빨라지게 됩니다.

 

또한 미국 캘리포니아 공과대학교(California Institute of Technology, Caltech, 이하 칼텍)가

올해 6월 우주에서 빛을 활용한 무선전력전송 기술을 시험해 성공했다고 발표했습니다.

무어연구소 옥상에서 무선으로 전력이 송신됐는지 감지하는 모습(출처: 칼텍)

칼텍은 지구에서 무선전력전송 기술을 테스트한 뒤에 우주로 위성을 쏘아 올려 우주 환경에서 해당 실험을 진행한 것으로 알려졌는데요. 우주 공간에서의 무선 전력 송수신과 우주-지구 간 무선 전력 송수신에 대한 시연이 성공적으로 수행된 첫 사례로 기록될 전망입니다.

‘우주 태양광 발전’에서 가장 중요한 부분인, 생산한 전력을

지구로 전송하는 문제에 대한 실마리를 풀어줄 것으로 기대됩니다.

‘우주 태양광 발전’은 대기 산란 효과가 없고 24시간 발전이 가능합니다.

그뿐만 아니라 지구 표면보다 8배 이상 효율이 높은 데다 전력 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않는 장점도 갖고 있습니다.

간단한 장치만 있으면 언제 어디서든 무한 전력 공급을 받을 수 있기 때문에

전쟁터나 재난 지역의 긴급 공급용으로도 사용할 수 있습니다.

그간 무선 전력 송수신의 가장 큰 장애물이었던 비용과 안전성 문제를 해결함으로써

새로운 기술의 실현 가능성이 커지고 있습니다.

 

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6. 무선전력전송기술의 미래

   지구는 물론 달, 화성에서도 추가 인프라에 의존하지 않고 빛으로 전력을 무선 송수신할 수 있는 기술은

소위 ‘에너지 혁명’ 가운데 하나라고 할 수 있습니다.

성큼성큼 다가오는 미래에 새로운 기술 발전은 인류의 삶을 또 어떻게 바꿔 놓을지 기대가 됩니다.

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오늘은 빛으로 전력을 실어 나르는 꿈의 기술, 무선전력전송 기술에 대해서 알아봤는데요.

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