DGIST 에너지공학과 이주혁 교수팀이 삼성전자 생산기술연구소 승완철 박사 연구팀과의 공동연구를 통해 별도의 외부 전력 없이 태양광 패널 표면의 오염물질을 스스로 제거할 수 있는 자가발전형 오염 방지 기술을 개발했습니다.

이번 기술은 풍력으로 구동되는 회전형 마찰대전 발전 소자를 활용한 것으로, 회전형 마찰대전 발전 소자는 회전 운동을 통해 물체 간 마찰로 발생하는 기계적 에너지를 이용해 전기를 생성하는 에너지 하베스팅 기술입니다.

연구팀은 이를 이용해 전력을 생산하고, 이를 전기역학 스크린 기술과 결합해 먼지를 원하는 방향으로 이동시켜 제거하는 기술을 구현했습니다.

태양광 패널 표면에 쌓이는 먼지는 전력 생산 효율을 급격히 떨어뜨리는 주요 요인으로, EDS 기술은 전기장을 활용해 표면의 먼지를 제거하는 방식으로, 별도의 세척 장비나 인력이 필요 없어 사막, 산악지대, 우주 등 사람이 접근하기 어려운 환경에서 특히 주목받고 있습니다.

그러나 기존 EDS 기술은 고전압이 필요해 외부 전원이 필수적이고, 유지비용이 추가되는 단점이 있습니다.

DGIST 연구팀은 풍력으로 직접 구동되는 3상 회전형 마찰대전 발전 소자와 3상 EDS 전극 패턴을 새롭게 설계해 오염물질을 원하는 방향으로 이송하는 자가발전형 3상 EDS 시스템을 개발했습니다.

이 기술은 패널의 설치 각도와 무관하게 높은 제거 효율을 유지하며, 먼지를 한 방향으로 몰아 제거하는 것이 가능해 기존 방식보다 효과적입니다.

실험 결과, 개발된 3상 회전형 마찰대전 발전 소자는 최대 1,383V의 고전압을 생성했고, 먼지 제거 효율은 83.48%로, 기존 1상 기반 기술 대비 1.6배 향상된 성능을 기록했습니다.

또 풍력만으로 구동했을 때, 오염된 태양광 패널의 전력 변환 효율을 초기 대비 약 96%까지 회복시켰습니다.

이주혁 교수는 "이번 연구의 핵심은 풍력으로 생성한 3상 고전압을 이용해 먼지를 원하는 방향으로 이동시키며, 별도의 외부 전원이 필요 없는 점"이라며, "태양광 패널 유지관리 비용을 줄이고, 다양한 환경에서 효율적으로 적용될 수 있을 것"이라고 밝혔습니다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 '나노미래소재 원천기술 개발사업'과 '중견연구사업'의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야 세계적 권위지인 'Nano Energy'에 게재됐습니다.