1. 수행배경

• 전 세계의 많은 사람들이 전기의 해택을 받고 살고 있고 또 없어서는 안 될 존재로 자리 잡았다. 만약 정전이라도 난다면 많은 사람들이 바로 불편함을 느낄 것이다. 하지만 제 3세계의 사람들은 아직도 전력망이 체계적으로 자리 잡히지 않았기 때문에 전력 공급률이 매우 낮다. 다음은 동남아시아 국가들의 전력 보급률 이다.

​<동남아시아 국가별 전력 보급률 / 출처 : 코트라(KOTRA)>

• 전력 공급률이 높은 나라도 있지만 그 나라 사이에서도 캄보디아 같은 경우는 평균 전력 보급률이 31%이다. 즉, 전 국민의 반이 넘는 사람들이 전력 공급을 받지 못하고 있다. 전력 보급률이 높은 나라 조차도 자세히 보면 도심지역에서 멀리 떨어진 농어촌 지역은 전력혜택을 못 받고 있다. 전력의 풍요 속에서 사는 우리는 잘 못 느끼지만, 전력 공급 없이 사는 것은 정보의 소외 속에서 사는 것과 같다. 전력공급이 차단되면 아이들에게 교육이 이뤄지기 힘들기 때문이다. 따라서 이들은 정보에서 소외된 채로, 그리고 편리함 대신 불편함을 안고 살아가고 있다.
• ​또한 전력 보급률이 높다고 해서 전력이 원활하게 공급되는 것은 아니다. 예를 들면 인도의 경우 하루에 3번 많으면 5번까지 도시 정전이 일어나서 많은 사람들이 불편을 겪고 있다. 그래서 인도 사람들은 정전때 마다 등유램프를 사용하여야하는 불편을 겪고 있다. 이런 문제에 대한 대비책으로 태양광을 이용한 자가발전을 하여 전력을 사용하는 방법이 있다. 하지만 태양광발전에도 단점이 있는데, 우기가 긴 (3-4달) 동남아시아 지역에서는 일조량이 적으므로 필요한 시간 전력을 충족시키는 것이 어렵다. 또한 배터리를 주기적으로 교체해 주어야 한다. (교체주기 2년) 아직 태양광 보급이 부족한 이 상황 속에서 그들은 결국 2017년 현재에도 촛불과 등유램프로 밤을 지새운다. 

2. 수행기간

• 일련 번호	주요 수행내용	추진일정																								기간 (개월)
  		9		10		11		12		1		2		3		4		5		6		7		8
  1	펠티어소자 선정																									2
  2	전압측정실험																									3
  3	외형 만들기																									2
  4	라디오 동작시키기																									3
  5	LED 램프 동작시키기																									4.5
  6	보고서 작성																									1.5

3. 개발작품 설명

       1) 주요 수행내용

① 제목

촛불을 열원으로 이용한 라디오, LED전등 작동

 

② 창의적 과제의 해결 방안

전력공급이 어려운 나라에 거주하는 사람들을 위해서 그들이 평소에 사용하는 촛불을 열원으로 이용한 소규모 발전장치를 만들어 라디오, LED 램프 구동시키도록 한다.

 

③ 창의적 과제의 해결 과정

  (1) 펠티어 소자 선정

  - 다양한 펠티어 소자를 구매하여 촛불 1개를 사용했을 때 몇 volt의 전압이 발생하는지 확인한다.

    여러 펠티어 소자중 가장 높은 전압을 발생시키는 적합한 펠티어 소자를 찾아 추가 구매하도록 한다.

 

  (2) 발전장치 외형 만들기

   촛불과 펠티어 소자 하판에 적절한 간격을 정하여 오랜 시간 안정적으로 가열할 수 있도록 해야 한다. 그렇게 할 수 있는 외형을 만들기 위해   다양한 고민을 했다, 처음에는 솔리드 웍스라는 설계 프로그램을 이용하여 알루미늄 가공을 해서 하판과 상판을 따로 알루미늄 프레임으로 고정시켜서 외형을 제작하려고 했다.

라디오는 정격 3.3V 짜리 소형 라디오를 선정하였다. 발전장치로 3.3V정도를 만들게 해 라디오에 입력을 주었지만 부하효과가 일어나서 전압강하가 발생해 전원이 켜지지 않았다. 전원의 출력저항이 크기 때문에 발생한 일이었다. 그리하여 전원을 넉넉하게 10V 정도 준 뒤 강하형 DC-DC 컨버터를 사용하여 3.3V 정도로 낮추어 공급하였다. 이로써 안정적으로 라디오의 전원이 들어왔고 음질도 맑은 것을 확인하였다.

 

2) 과제 수행방법

 

실험1

펠티어 소자 1개와 양초 1개로 불을 지피는 실험을 하였다. 불을 지핀 결과 1.8V 정도가 나와서 우리의 기대보다 많이 낮은 전압이 측정되었다. 이 실험에 대한 회의 결과 한 면의 온도를 올리지만 반대쪽의 온도 역시 높아지기 때문에 결과적으로 온도차이는 별로 나지 않는다. 따라서 전위차가 작다고 추정했다. 히트싱크를 이용하여 윗부분을 냉각하기로 하고 히트싱크를 구매하였다.

 

실험2

펠티어 소자 윗면에는 냉각부 히트싱크, 아랫면에는 가열부 히트싱크를 열 전도가 잘 되는 서멀구리스로 부착하였고 냉각부는 공기접촉부를 최대로 키워 냉각효과를 최대로 하기 위해 가열부보다 큰 히트싱크를 부착하였다. 실험결과 촛불 한 개로 2.5V 정도의 전압을 얻을 수 있었다. 토의 결과 여러 개의 펠티어 소자를 이용하면 우리가 원하는 전압을 얻을 수 있다 가정하여 라디오와 펠티어 소자, 히트싱크를 구입하였다.

 

실험3

펠티어 소자 2개와 라디오를 연결하는 실험을 하였다. 이론적으로 펠티어 소자의 2개 값은 5V를 얻어서 직렬연결로 정격 3V 라디오와 연결했지만 전압강하가 심하게 일어나서 라디오 단자전압이 1.3V로 내려갔고. 라디오는 켜지지 않았다. 아래 그림은 실험한 사진이다. 교수님께서는 이런 상황에 DC-DC 컨버터를 이용하라고 하셨다.

 

• 라디오는 정격 3.3V 짜리 소형 라디오를 선정하였다. 발전장치로 3.3V정도를 만들게 해 라디오에 입력을 주었지만 부하효과가 일어나서 전압강하가 발생해 전원이 켜지지 않았다. 전원의 출력저항이 크기 때문에 발생한 일이었다. 그리하여 전원을 넉넉하게 10V 정도 준 뒤 강하형 DC-DC 컨버터를 사용하여 3.3V 정도로 낮추어 공급하였다. 이로써 안정적으로 라디오의 전원이 들어왔고 음질도 맑은 것을 확인하였다.

4. 활용방안

• 위 작품은 전력공급이 원활하지 않은 지역에서 전력의 혜택을 벗어나서 사는 사람들에게 라디오와 LED 램프를 사용할 수 있게 함으로서 그들도 정보의 소외로부터 벗어나게끔 도움을 주려고 한다. 지구상 아직도 수많은 사람들이 전력으로부터 소외되서 살아가고 있다. 오지에 살고 있는 수 많은 사람들이 전력공급의 혜택에서 벗어나서 아직도 밤이되면 촛불과 등유램프를 사용하고, 해가 떠있는 대낮에도 책을 읽기 힘들 정도로 매우 어둡게 지낸다. 때문에 이러한 문제를 해결하기위하여 그들이 평소 사용하는 촛불을 이용하여 전력을 공급하면 어떨까 하는 생각을 하게 되었고 위 작품을 만들게 되었다. 우리는 우리가 만든 제품을 라디오로 한정짓지 않아도 된다는 것을 알았다. 라디오 뿐 아니라 LED 램프도 생각해냈다. 촛불 자체가 밝게 생활하기 위한 제품인데 무엇 때문에 또 굳이 LED를 켜느냐 라고 생각할 수도 있겠지만 촛불로 LED를 켠다면 약 100배정도 밝은 조도를 얻을 수 있었다. 촛불로 책을 읽을 때는 양초를 10개씩 킨다 한들 책이 잘 읽히지 않았지만 그것으로 LED를 킴으로서 수월하게 책을 읽을 수 있었다. 이것을 동남아등 어둠속에서 책을 읽는 아이들에게 선물한다면 더 이상 어둡게 책을 읽을 필요가 없을 것이다. 생활고로 인해 공부하고 배울 시간이 부족한 아이들이 어두운 공간에서 책을 읽으며 자신의 꿈을 키우는 모습을 봤을 때 마음이 아팠다. 이 작품을 통하여 그런 친구들도 집에서 쉴 때 그 짧은 시간동안이라도 밝은 곳에서 책을 읽을 수 있도록 도울 수 있었으면 좋겠다. 또한 많은 나라들이 양초와 등유램프를 쓰기 때문에 이에 맞춰서 제품을 제작한다면 그 나라에서 쓰는 많은 양초의 불빛이 더욱 더 값지고 좋은 곳에 쓰일 수 있다. 또한 라디오와 LED뿐만 아니라 다른 소형 전자제품들도 충분히 구동이 가능하다. 우리가 만든 이 작품으로 세상에 도움이 될 수 있다면 좋겠다.