1. 정의
에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 주변 환경에 존재하는 **소규모의 에너지원(빛, 열, 진동, 전자기파 등)**을 수집하여 전기에너지로 변환·저장·활용하는 기술을 말합니다.
→ 쉽게 말하면, 기존의 배터리 충전이나 전력 공급 없이 주변에서 버려지는 에너지를 회수하여 전원으로 활용하는 기술입니다.
2. 필요성
- 배터리 의존성 감소: 초소형 IoT(Internet of Things, 사물인터넷)·웨어러블 기기는 배터리 교체·충전이 어려움.
- 지속성 확보: 장기간 유지보수가 어려운 환경(센서 네트워크, 군사용 장비 등)에서 유용.
- 친환경적 전력 공급: 재생 가능 에너지 활용으로 에너지 효율 및 친환경성 증대.
3. 주요 에너지원 및 변환 기술
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태양광(Solar/Photovoltaic)
- 태양전지(PV Cell)를 통해 빛을 전기에너지로 변환
- 웨어러블 의류형 태양전지, 스마트워치 충전 등에 적용
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열에너지(Thermal)
- 열전소자(TEG, Thermoelectric Generator)를 이용하여 체온·기계 열을 전력으로 변환
- 군사용/의료용 웨어러블에서 체열 기반 전력 공급
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진동·기계적 에너지(Vibration/Mechanical)
- 압전소자(Piezoelectric), 전자기 유도 방식을 활용
- 기계 구조물, 교량, 차량 진동 → 센서 전력 공급
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무선 전력(EM Wave Harvesting)
- 라디오 주파수(RF, Radio Frequency), Wi-Fi, 5G 신호 등에서 전자기파 에너지 회수
- 배터리 없는 센서 네트워크 구현 가능
4. 장점
- 무선/자율 전력 공급 가능
- 배터리 교체·충전 비용 절감
- 친환경적·지속 가능 전력
- 초소형 IoT 기기의 상시 동작 가능
5. 한계 및 문제점
- 수집 가능한 에너지 밀도가 낮음 (수 mW ~ 수백 mW 수준)
- 환경 의존적 (빛이 없거나 진동이 없으면 전력 생산 불가)
- 전력 변환 효율 및 안정성 문제
- 소형화 과정에서 출력 제한
6. 응용 분야
- 웨어러블 디바이스: 체열·태양광을 통한 자율 충전 스마트워치
- 스마트 시티/스마트 팩토리: 무전원 센서 네트워크
- 군사/항공우주: 장기간 유지보수가 어려운 장비의 전원 공급
- 의료기기: 이식형 의료기기의 자율 전력 공급
7. 결론
에너지 하베스팅은 IoT·웨어러블·스마트 센서의 자율 동작을 가능케 하는 핵심 전원 기술로, 배터리 의존성을 줄이고 친환경적 전력 확보에 기여합니다. 다만, 출력 한계·환경 의존성·효율성이라는 과제를 극복하기 위해, 초저전력 설계, 에너지 저장 기술(슈퍼커패시터 등), 하이브리드 에너지 하베스팅이 함께 연구되고 있습니다.
👉 정리하면, 에너지 하베스팅 = 주변에서 버려지는 작은 에너지를 모아 전기로 바꿔 쓰는 기술이고, 웨어러블·IoT 시대에 필수적인 기반 기술입니다.
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