IoT에 전력을 공급하는 3가지 방법··· '배터리, 태양광, 무선 전송' 장단점은?

넓은 영역에 산재한 IoT 기기에 전력을 공급하는 것은 중요하면서도 어려운 문제다.

‘사물 인터넷’이란 용어는 정보를 수집하는 센서, 정보가 전달되는 게이트웨이 그리고 데이터 처리와 장치 간 네트워크를 안정적으로 유지하는 백 엔드 시스템에 폭넓게 걸쳐져 있는 말이다. 대부분의 사람들은 IoT 시스템을 통해 데이터를 수집하고 옮기는 방법에 관심을 갖는다. 하지만 IoT 시스템의 센서에 전력을 계속 공급하는 일도 이에 못지않게 중요한 사안이다.
 

특히 IoT 시스템의 센서들이 서로 멀리 떨어져 있는 경우 센서에 전원을 공급하기가 난감해진다. 기존처럼 센서를 유선으로 이어 전원을 공급하는 것으로는 충분하지 않다. 

예컨대 농업, 발전, 수송 산업은 넓은 땅에 저전력 광역 시스템을 갖추는 게 중요하다. 화산의 진동을 감지해야 하는 화산 연구자들은 인근의 전력망에서 진동 감지 센서까지 전력 케이블을 설치하지 못할 수 있다. 농경지에 설치된 토양 습도 측정기에도 해당되는 시나리오다. 

가트너의 VP 겸 애널리스트인 알 벨로사에 따르면 (IoT 장비에) 전력을 공급하는 방법은 여러 가지가 있다. 그중 적절한 방법을 선택하려면 기업이 원하는 성과가 무엇이며, 이를 어떻게 효율적으로 달성할 수 있을지 잘 이해하고 있어야 한다. 

그는 “인프라를 광범위하게 설치하고 관리하는 데 얼마나 많은 비용이 드는지 우선적으로 자문해봐야 한다”라며 “가령 수천 마일에 걸쳐 떨어진 인프라를 관리할 경우 그곳까지 오고 가는 비용이 더 많이 든다”라고 설명했다. 

이는 작고 멀리 떨어진 IoT 요소에 전력을 공급할 때 일반적으로 고려해야 할 요소인 배터리 셀에도 해당되는 이슈다. 그 어떤 배터리도 영구 지속되지는 않으므로 결국에는 교체를 해야 한다. 포레스터의 부사장 겸 수석 애널리스트인 프랭크 질레트에 따르면 현재 가장 많이 사용되는 배터리 셀은 시계와 보청기 등에 사용되는 산화은 전지이다. 

그는 "수명이 긴 배터리일지라도 화학적 성질 때문에 10년 정도밖에 사용할 수 없다는 문제가 있다”라고 말했다. 

산화은 전지가 인기를 끄는 이유는 ‘무게 대비 충전’ 비율이 꽤 높기 때문이다. 산화은 전지는 작은 크기의 것이라도 저전력 무선 센서에 수년간 전력을 공급할 수 있다. 그렇다고 해서 제조업체들이 기기의 전력 효율성을 최대화할 방법을 고민하지 않아도 될 정도는 아니다.

기본적으로 IoT 센서는 수집한 정보를 디지털 형식으로 변환한 다음 인근의 엣지 장치로 보내 검토 및 처리되도록 하거나 혹은 백엔드로 정보를 바로 보낼 수 있어야 한다. 이 과정에서 전력이 필요하다. 기술이 발전하면서 처리와 전송 과정에서의 전력 효율성은 크게 향상되었지만, 에너지는 여전히 IoT 장치 설계를 어렵게 하는 걸림돌 중 하나다. 

질레트는 “저전력 장치의 기능을 극대화하는 방법이 모색되고 있으며, 이 중 상당수는 무선 전송 효율성을 높이는 것과 관련 있다”라고 말했다. 그는 또 “IoT 장치 말단에 있는 컴퓨팅 파트의 전력 효율성도 높여야 한다. 이 부분들이 통합되는 게 가장 최선이다”라고 말했다. 

그는 배터리 기술 발전 속도가 프로세서, 칩, 센서에 비해 느리다고 말했다. 몇몇 기업들이 IoT 장치의 전력 공급과 관련해 배터리 외에 다른 방법으로도 눈을 돌리고 있는 이유가 여기에 있다. 

그중 하나가 바로 태양 에너지이다. 태양 에너지 기술의 효율성이 향상된 덕분에 소형 IoT 장치에 적당한 크기의 태양광 패널을 붙일 수 있다. 게다가 태양광 패널의 가격도 최근 많이 떨어졌다. 
 

태양광 패널은 이론적으로는 훌륭하다. 하지만 벨로사에 따르면 태양 에너지를 사용하는 시스템은 사실상 일반 배터리 시스템보다 효율이 크게 떨어진다. 또 패널은 태양광에 충분히 노출되어야 태양 에너지를 생성할 수 있으며 유지 관리비도 많이 든다. 게다가 패널에 먼지가 끼면 태양 에너지 발전 성능이 떨어질 수도 있다. 

그는 “IoT 시설의 생애주기는 보통 1~5년 정도이며 중간에 별도 관리가 필요한 경우도 있다”라고 말했다. 

또 다른 방법으로는 무선 전력 전송 방식이 있다. Qi 충전 패드와 유사하지만 전력을 전송할 수 있는 거리가 훨씬 더 길다. 구루(GuRu)나 와이-차지(Wi-Charge) 같은 스타트업들이 무선 전력 기술을 크게 발전시켰다. 하지만 이 기술이 범용화되려면 몇 년을 더 기다려야 한다. 

애널리스트들은 분산된 IoT 시설에는 (전력을) 무선으로 전송 방식이 적합하지 않다고 지적한다. 현재 시장화 된 대부분의 무선 전송 기술은 지나치게 실험적이거나, 비싸거나, 도달 거리가 짧아 태양 전지나 배터리 혹은 유선 충전 기술의 대안이 되기에는 부족하다.

질레트는 “아직은 이례적인 경우에 한정된다. 짧은 거리이지만 전선을 깔 수 없는 특수한 상황에서 전력을 보내야 할 때도 사용된다. 이 과정에는 많은 비용이 든다”라고 말했다.

원격지에 IoT 시설을 설치하려는 기업들은 여러 전력 공급 방법에 수반되는 비용에 대해 잘 이해하고 있어야 하며, 효율성을 극대화할 수 있는 방법도 찾아야 한다. 어떤 방법이든지 유지관리 비용은 들지만, 총액에는 차이가 있다.

벨로사는 "결국 기업 차원에서 비즈니스 가치를 낼 수 있는 방법은 철처한 분석에 있다"라고 전했다. ciokr@idg.co.kr