창문을 모니터링 하는 태양광 칩

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-12

새로운 종류의 라디오 칩은 창문이 열려져 있는 것을 경고하게 된다. 이 방법으로 추운 날 열려진 창문을 통해 열에너지가 새는 것을 방지할 수 있다. 또한, 센서는 파손을 조기에 감지한다. 주목해야 하는 것은 이 칩이 태양에너지에 의해 공급되는 에너지로 작동되어 유지비가 필요없다. 추운 날 여러분들은 신선한 공기를 실내로 들이기 위해 창문을 연 후에 닫는 것을 잊어버리는 경우가 종종 있으며 이 경우 실내 온도계는 낮은 온도를 감지하고 계속해서 난방을 위해 가동된다. 그러나 열려진 창문은 난방이나 혹은 폭풍우보다 더한 문제가 된다. 예를 들어, 열려진 창문으로 침입자가 들어올 수 있기 때문에 창문이 열린 것을 감지하고 주인에게 신호를 보낼 수 있는 자동 시스템을 장착하는 것이 바람직하다. 분명히 최근의 주택 및 건물은 창문의 상태를 감지할 수 있다. 그러나 대체로 센서들은 가정이나 빌딩 자체 내부에 대한 경고를 하도록 장착되어 있으며 다른 경우에는 배터리로 가동되는 라디오 센서들이 사용된다. 그러나 몇 개의 창문들을 가진 구조물에서 배터리를 교체하는 것은 상당한 유지비가 들게 된다. Duisburg에 있는 프라운호퍼 마이크로전자 회로 및 시스템 IMS의 연구원들은 실용적인 대체시스템을 개발하였다. 손톱 크기를 가지는 라디오 센서 칩이 창문에 직접 장착되는데 이 작은 센서는 태양전지로 코팅되어 전력을 자체적으로 공급하게 된다. 약 10밀리미터의 크기를 가지는 칩은 단열 유리판의 두께를 가지며 유리 사이의 알루미늄 프로파일에 설치될 수 있다. 유리 공간 때문에 태양전지는 겨울에도 적당한 빛을 얻을 수 있다. 칩에는 만약 창문이 바로 열리거나 혹은 항상 열려있는 경우를 적는 자기와 가속 센서들이 통합되어 있다. 만약 창문이 너무 오래 열려 있으면 칩은 라디오를 통해 기지국에 신호를 보낼 수 있다. 라디오 칩의 응용은 다양하다. 집주인이 환기를 주기적으로 할 수 있게 알려주기도 하도 만약 외출할 때 창문이 열려 있으면 이를 알려주기도 한다. 또한, 창문이 닫혀 있을 때 침입자가 들어오는 것을 방지해 줄 수 있다. 센서들은 다양한 변동에서 매우 정확하게 차이를 알아낼 수 있다. 예를 들어, 유리창을 공으로 딱 치게 되거나 침입자의 쇠지렛대가 창문틀을 여는 것을 인지하고 십초 내에 시스템은 의심이 가는 곳에 경고음을 내게 된다. 전기 기술자인 Gerd vom Bögel 박사와 물리학자 Andreas Goehlich 박사 주위의 IMS 연구원들은 두 개의 어려운 점을 해결하였다. 우선, 연구원들은 태양전지를 칩의 불균일한 표면에 직접 접착시키는데 성공하였으며 둘째로는 칩이 전력을 적게 소비하여 소형 태양전지 유리에서 발생되는 전력을 적게 소비하여 밤에도 가동되도록 하였다. 마이크로 칩은 많은 전도성 통로로 코팅되어 표면이 매우 불균일하게 되어 있다. “이는 우리가 태양전지로 코팅하기 이전에 도로 프로파일과 같이 표면을 평평하게 만들고자 한 이유”라고 vom Bögel은 말한다. 현재 IMS 센서 프로토타입은 빛이 없는 조건에서도 30시간 사용할 수 있는 충분한 전력을 저장할 수 있다. 앞으로 2주 동안 사용할 수 있는 제품을 만들 수 있을 것으로 예측되고 있다. 프로세서와 칩을 매우 작게 만드는 것이 필요하며 또한, 연구원들은 에너지를 거의 소비하지 않고 매우 짧은 라디오 프로토콜을 엔지니어드하는 스위치를 만들고 있다. “우리는 모든 가능한 마이크로 암페어를 뽑고 있다”고 vom Bögel은 말한다. 전력을 전체적으로 절약할 수 있게 센서는 항상 대기 상태로 바뀌게 된다. 사용자가 선호하는 것에 따라 센서는 세팅되어 매 몇 분 혹은 몇 초 내에 울리고 측정하게 된다. 약 2년 전에 IMS에서 칩에 태양전지를 장착하여 태양 전지 라디오 칩을 개발할 수 있는 기반기술을 제공하였다. Andreas Goehlich의 개발자 그룹은 태양전지를 칩의 표면에 통합하는데 성공하였고 이들 태양전지를 사용하여 SOLCHIP은 예를 들어, 교통 신호 혹은 기후변화를 모니터링한다. “여러분들이 보는 바와 같이 응용분야는 매우 많다”고 vom Bögel은 말한다. 태양전지 코팅을 칩의 생산 공정에 직접 연계시키는 응용방법을 사용하기 때문에 생산 경비는 매우 적어든다. “간단한 부가적인 생산 단계들이 필요하기 때문에 제조공정에서 대량의 생산이 가능할 수 있다. 1월 19일~24일에 라디오 센서 칩은 뮌헨의 BAU 무역 쇼에서 전시될 예정이다. 20150106_solar.jpg http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2015/january/solar-chi-monitors-windows.html