• 대한전자공학회논문지TC
• /
• 제49권3호
• /
• pp.8-13
• /
• 2012

본 논문에서는 에너지 수집(energy harvesting) 기능이 있는 무선 센서 노드(sensor node)들이 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 신뢰성 및 정확도를 높이기 위하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 무선 센서 네트워크를 제안한다. 각 센서 노드들이 태양광, 풍력 등으로부터 에너지를 자체적으로 수집하여 전원으로 이용할 때, 수집되는 에너지의 양에 따라 적응적으로 스펙트럼 센싱을 수행하고, 그 결과를 융합 센터(fusion center)로 전송하는 적응적 스펙트럼 센싱 기법을 제안한다. 모의실험을 통해 무선 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 수와 수집되는 에너지의 통계적인 특성에 따라 스펙트럼 센싱의 성능이 어떻게 달라지는지 보이고, 센서 노드의 에너지 검출기에 사용되는 표본의 개수를 조절함으로써 융합 센터에서 오검출 확률을 최소화할 수 있음을 보여준다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권10호
• /
• pp.777-784
• /
• 2017

일반적으로 열전발전 소자를 사용하여 에너지 하베스팅을 하는 경우, 시스템의 작동환경에 의해 주어지는 온도구배를 활용하게 된다. 따라서 열전소자의 특성상 큰 온도구배를 기대하기 어려운 작동환경에서는 원하는 출력을 얻을 수 없으며, 작동 온도가 높을 때 얻어지게 되는 최적의 발전효율을 기대하기 힘들다. 자연환경에서 얻을 수 있는 태양에너지를 활용한 신재생 에너지의 활용은 그 동안 태양광발전이나 태양열발전에 국한되어 왔다. 태양광발전은 태양광의 일정 파장대만 사용하고 빛의 산란에 의해 발전효율이 낮아지는 단점이 있으며, 태양열발전은 일반적으로 대규모 설비를 갖춰야 하는 공간상의 제약이 있다. 본 연구에서는 태양열을 집광하여 열전소자에 조사함으로서 큰 온도구배를 형성하여 상용 열전소자의 출력을 향상시킬 수 있는 간단한 소형 발전시스템을 설계 및 제작하였다. 장시간 태양열 집중을 위해 태양 추적 장치를 설치하였으며, 열전소자 하부에 고온의 태양열이 전달되어 온도 편차가 줄어드는 현상을 막기 위해 액체 순환식 냉각기를 설치하여 큰 온도구배를 유지할 수 있도록 설계한 후, 일련의 실험으로 시험하여 그 유용성과 타당성을 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권9호
• /
• pp.436-443
• /
• 2017

최근, 지구온난화 등의 문제로 인해 새로운 에너지 기술의 개발이 화제가 되고 있다. 중규모 이상의 출력을 얻도록 최적화된 태양광 및 태양열, 풍력 발전과 같은 신재생에너지 기술과 다르게 에너지 하베스팅기술은 출력전력이 매우 작아 크게 주목받지 못하고 있다. 하지만 최근 모바일 산업이 활성화 되면서 에너지 하베스팅기술의 활용가치가 재평가 받고 있다. 또한, 최대전력점 추적방식기술 역시 활발히 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 일정한 저항부하를 위한 열전모듈의 새로운 최대전력점추적 제어방식을 제안한다. 열전 모듈(이하 TEM: Thermoelectric Module)의 V-I곡선특성과 내부저항을 분석하고. 기존의 MPPT제어방식을 비교하였다. P&O(Perturbation and Observation)제어방식은 전압, 전류를 측정하기위한 센서 2개를 사용해야하기 때문에 CV제어방식보다 경제성이 떨어지지만 보다 정확히 MPP를 찾는다는 장점을 가진다. CV(Constant Voltage)제어방식은 전압센서 1개만 사용하기 때문에 경제적인 측면에서는 P&O제어방식보다 뛰어나지만, MPP가 정확히 못하다는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 두 제어방식의 장점만을 가지고 TEM의 최대전력점(MPP)을 추적하도록 설계하였다. 제안된 MPPT 제어 방식은 PSIM 프로그램을 이용한 모의실험으로 확인하였으며, 하드웨어제작을 통해 제안된 MPPT제어 방식을 검증하였다.

• 한국재료학회지
• /
• 제33권7호
• /
• pp.295-301
• /
• 2023

Thermoelectric (TE) energy harvesting, which converts available thermal resources into electrical energy, is attracting significant attention, as it facilitates wireless and self-powered electronics. Recently, as demand for portable/wearable electronic devices and sensors increases, organic-inorganic TE films with polymeric matrix are being studied to realize flexible thermoelectric energy harvesters (f-TEHs). Here, we developed flexible organic-inorganic TE films with p-type Bi_0.5Sb_1.5Te₃ powder and polymeric matrices such as poly(3,4-eethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) and poly (vinylidene fluoride) (PVDF). The fabricated TE films with a PEDOT:PSS matrix and 1 wt% of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) exhibited a power factor value of 3.96 µW·m^-1·K^-2 which is about 2.8 times higher than that of PVDF-based TE film. We also fabricated f-TEHs using both types of TE films and investigated the TE output performance. The f-TEH made of PEDOT:PSS-based TE films harvested the maximum load voltage of 3.4 mV, with a load current of 17.4 µA, and output power of 15.7 nW at a temperature difference of 25 K, whereas the f-TEH with PVDF-based TE films generated values of 0.6 mV, 3.3 µA, and 0.54 nW. This study will broaden the fields of the research on methods to improve TE efficiency and the development of flexible organic-inorganic TE films and f-TEH.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보통신학회 2013년도 추계학술대회
• /
• pp.346-349
• /
• 2013

본 논문에서는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어기능을 갖는 빛, 진동 그리고 열 에너지를 이용한 삼중입력 에너지 하베스팅 회로를 설계하였다. 설계된 회로는 MPPT 제어를 통해 솔라셀과 압전소자 그리고 열전소자로부터 최대 가용 전력을 수확하고, 수확된 에너지를 저장 커패시터에 병합하여 저장한다. 병합된 에너지는 PMU(Power Management Unit)를 통해 센서노드로 공급된다. MPPT 제어는 변환소자의 개방회로전압과 MPP(Maximum Power Point) 전압간의 비례관계를 이용하여 구현하였다. 제안된 회로는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였으며, 모의실험을 통해 동작을 검증하였다. 설계된 에너지 하베스팅 회로의 칩 면적은 $945{\mu}m{\times}995{\mu}m$이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제25권3호
• /
• pp.67-74
• /
• 2018

두께 $2.5{\sim}10{\mu}m$인 n형 $Bi_2Te_3$와 p형 $Sb_2Te_3$ 레그 8쌍으로 구성되어 있는 in-plane형 열전박막소자를 전기도금법으로 Si submounts에 형성하고, LED 칩의 구동에 의해 발생하는 겉보기 온도차 ${\Delta}T$와 레그 두께에 따른 발전특성을 분석하였다. LED 방출열에 의해 인가된 ${\Delta}T$가 7.4K일 때 각기 두께 $2.5{\mu}m$, $5{\mu}m$ 및 $10{\mu}m$의 p-n 레그들로 구성된 열전박막소자는 6.1 mV, 7.4 mV 및 11.8 mV의 open circuit 전압을 나타내었으며, 6.6 nW, 12.8 nW 및 41.9 nW의 최대 출력전력을 나타내었다.

• 한국분말재료학회지
• /
• 제30권2호
• /
• pp.130-139
• /
• 2023

Thermoelectric materials and devices are energy-harvesting devices that can effectively recycle waste heat into electricity. Thermoelectric power generation is widely used in factories, engines, and even in human bodies as they continuously generate heat. However, thermoelectric elements exhibit poor performance and low energy efficiency; research is being conducted to find new materials or improve the thermoelectric performance of existing materials, that is, by ensuring a high figure-of-merit (zT) value. For increasing zT, higher σ (electrical conductivity) and S (Seebeck coefficient) and a lower κ (thermal conductivity) are required. Here, interface engineering by atomic layer deposition (ALD) is used to increase zT of n-type BiTeSe (BTS) thermoelectric powders. ALD of the BTS powders is performed in a rotary-type ALD reactor, and 40 to 100 ALD cycles of ZnO thin films are conducted at 100℃. The physical and chemical properties and thermoelectric performance of the ALD-coated BTS powders and pellets are characterized. It is revealed that electrical conductivity and thermal conductivity are decoupled, and thus, zT of ALD-coated BTS pellets is increased by more than 60% compared to that of the uncoated BTS pellets. This result can be utilized in a novel method for improving the thermoelectric efficiency in materials processing.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보통신학회 2014년도 추계학술대회
• /
• pp.565-568
• /
• 2014

본 논문에서는 열전에너지 하베스팅을 위한 안정화된 출력을 갖는 0.2V DC/DC 변환기를 설계하였다. 열전소자의 저전압을 이용하기 위해 native NMOS 트랜지스터와 저항으로 이루어진 시동회로가 0.2V의 입력전압을 내부 컨트롤 블록 회로가 동작할 수 있는 VDD까지 승압한다. VDD가 원하는 전압 값에 도달하면 전압감지기가 이를 감지하고 시동회로에 공급되는 전류를 차단하여 전류소모를 최소화 한다. 이후 비교기의 출력에 따라 VDD를 일정전압 이상으로 유지하기 위한 부스트 변환기와 VSTO를 승압하기 위한 부스트 변환기를 번갈아가며 동작시켜서 VSTO를 벅 변환기가 동작하는 전압까지 승압해준다. VSTO가 2.4V 이상이 되면 벅 변환기가 동작하여 안정화된 최종 출력 VOUT을 얻는다. 모의실험 결과 설계한 변환기는 0.2V의 입력으로부터 1.8V의 안정화된 전압을 출력하며, 최대 전력효율은 60%이다. $0.35{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 설계한 칩의 크기는 PAD를 포함하여 $1.1mm{\times}1.0mm$이다.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제18권4호
• /
• pp.1201-1210
• /
• 2018

The applications of thermoelectric generators (TEGs) have received a lot of attention both in terms of harvesting waste thermal energy and the need for multi-levels of power. It is critical to track the optimum electrical operating point using DC to DC converters controlled by a pulse that is generated through a maximum power point tracking algorithm (MPPT). In this paper, the hardware implementation of a short-current pulse algorithm has been demonstrated under steady stated and transient conditions. In addition, the MPPT algorithm has been proposed, which is one of the most effective and applicable algorithms for obtaining the maximum power point of TEGs. During this study, the proposed prototype has been validated both analytically and experimentally. It has also demonstrated successful performance, which highlights the claimed advantages of the proposed MPPT solution.

• 동력기계공학회지
• /
• 제16권2호
• /
• pp.36-42
• /
• 2012

본 논문은 고파워 전자소자로부터 에너지를 수확하는 열전생성기의 성능에 pellet의 기학학적 구조가 미치는 영향들을 보고한다. 열경계저항을 포함하는 열전모델을 적용하여, 다양한 경계조건들과 열원의 열율들에 대해 pellet의 높이, pellet의 단면적, thermocouple의 수를 최적화 하고, 이처럼 최적화된 pellet의 기하학적 구조를 갖는 열전생성기의 성능과 일반적인 pellet으로 구성된 열전생성기의 전력생성성능과 효율이 예측되고 비교되어진다. 예측된 결과는 최적화된 pellet으로 구성된 열전생성기가 일반적인 pellet으로 구성된 열전생성기보다 2-10배까지 생성효율이 우수함을 보여준다. 최적화된 pellet으로 구성된 열전생성기와 일반적인 pellet으로 구성된 열전생성기의 열적성능도 예측되고 비교된다.