무선 전력 전송 기술의 동향과 미래 발전 방향

목차

무선 전력 전송 기술 동향
무전 전력 전송 기술의 미래 발전 방향

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무선 전력 전송 기술 동향

 

1) 소전력 

무선 전력 전송 기술 중에 약 10W 이하의 전력을 전송하는 경우 소전력으로 분류한다. 10W 이하의 소전력 무선 전력 전송 분야에서는 스마트 폰 무선 충전기가 주로 사용되고 있다. 여러 가지 표준이 생겼으며, 민간 표준을 기반으로 제품 출시 및 개발이 이뤄지고 있다. 

 

주요 민간 표준으로는 WPC(Wireless Power Consortium), PMA(Power Matters Alliance), A4WP (Alliance for Wireless Power)가 있다. WPC는 자기 유도 방식으로 2008년에 발족되어, 5W급 표준을 주도하고 있으며, 다양한 업체들이 가입해 있다. PMA는 자기 유도 방식으로 2012년에 발족되어 "Wireless Charging Spots" 서비스를 제공하고 있다. A4WP는 자기 공명방식으로 'Rezence' 55W급 표준을 개발하였다. 

 

WPC표준이 가장 높은 호환성을 가지고 있지만, PMA 표준은 "Wireless Charging Spots" 서비스를 통해 사용자 접근성을 높이고 있다. A4WP 표준은 고출력이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 

표준	방식	주요 특징
WPC (Qi)	자기 유도	5W급 표준 주도, 높은 호환성
PMA	자기 유도	Wireless Charging Spots' 서비스 제공
A4WP	자기 공명	정렬 불필요, 향후 고출력 가능성

소규모 무선 충전 표준 단체별 특징( 삼성전자, 한국무선전력전송포럼자료실)

 

2) 중전력

 무선 전력 전송 기술 중 중전력은 약 50W 이상 3kW 이하의 전력 전송하는 기술이다. 중전력의 무선 전력 전송 기술은 가전제품, 전기자전거, 보행 보조 로봇 등의 생활과 밀접하게 관련된 분야에 적용이 가능하다. 이 기술이 더 활성화된다면 산업 발전뿐만 아니라 안전한 생활환경 조성에도 기여 가능할 것이다. 

 

대부분의 연구는 스마트폰 충전용 소전력 분야와 자동차 충전용 대전력 분야에 집중되어 있어 아직은 개발이 진행되고 있는 단계이다. 2012년에 LS전선이 자기 공명 방식으로 LED TV에 전원을 공급하는 시스템을 개발한 사례가 있다. 특히 요즈음에는 식당에 서비스 로봇 시스템이 많아지고 있다. 서비스 로봇이나, 로봇 청소기의 경우 작동 후 로봇이 스스로 충전 지역을 찾아가 자동으로 충전하는 기능을 가지고 있다. 

 

서빙로봇

 

3) 대전력 

무선 전력 전송 기술 중 대전력은 약 3.3kW 이상에 해당하는 전력을 전송하는 방식이다. 이 방식은 자기 유도 방식과 자기 공명 방식이 경쟁하고 있다. 주로 적용되는 응용 분야는 전기 자동차의 무선 충전에 활용되고 있다. 

 

전기자동차-무선충전 (출처: Charged EVs, 정보통신기획평가원)

 

 

무전 전력 전송 기술의 미래 발전 방향

 

1) 무선전력전송 기술별 기술 발전 방향

무선 전력 전송 기술은 크게 3가지의 방삭의 기술이 현재 사용되고 있다. 자기 유도 방식, 자기 공명 방식, 마이크로파 효율 방식이다. 근거리에서는 자기 유동 방식, 1m 내의 중거리에는 자기 공명 방식, 거리가 멀 경우에는 마이크로파 방식이 사용되고 있다. 

 

자기 유동 방식의 경우, 효율이 높지만 거리가 짧다는 단점이 있다. 따라서 앞으로 전송거리를 확장하는 방향으로 연구되고 발전되어 나갈 것이다.

 

자기 공명 방식의 경우, 전기자동차에 활용되고 있어 중거리까지는 유리한 기술이다. 이 기술은 더 큰 전력과 더 높은 효율을 가질 수 있도록 연구가 진행될 것이다.

 

마지막으로 마이크로파 방식은 우주 태양광 발전에 고려되고 있는 기술이다. 이 기술은 먼 거리에서 전력을 전송할 수 있는 장점이 있지만, 효율이 극도록 낮다. 따라서 앞으로 효율을 개선하기 위한 연구가 진행될 것이다. 

무선전력전송 기술 발전 방향(출처 : 무선 전력 전송 진흥 포럼)

 

2) 무선 전력 전송 기술의 새로운 전송 방식 요구됨

무선 전력 전송 기술의 미래는 위해서는 새로운 방식이 요구된다. 현재 기술을 전송거리와 전송효율로 구분하면 아래의 그림과도 같다. 현재 에너지 문제가 큰 이슈가 되고 있는데 에너지 문제 해결을 위해 우주 태양광 발전이 주목되고 있다. 우주 태양광 발전이 성공하려면, 우주에서 생산된 전기에너지를 지구로 전송하는 기술이 필수적이다. 현재는 전송거리가 멀고 전송효율이 높은 기술은 없는 실정이다. 따라서, 앞으로 장거리 전송 및 높은 전송 효율을 가지는 새로운 전송 방식에 대한 연구도 계속 진행될 것이다.  

 

무선전력전송 기술의 새로운 방식 필요 (출처: 무선 전력 전송 진흥 포럼)

 

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