가정용 미니 수직농장에 적합한 자가발전(핸드크랭크, 자전거 등) 실험기
수직농장은 실내에서 식물을 재배하는 현대 농업의 한 형태로, 온도·습도·광량·물 공급 등을 인공적으로 조절할 수 있다는 장점이 있습니다. 그런데 이런 첨단 구조의 뒤에는 항상 전력 소비라는 숙제가 따라붙습니다. 특히 LED 조명, 환기팬, 수경재배용 펌프는 하루 몇 시간씩 꾸준히 전력을 사용하기 때문에 가정에서 미니 수직농장을 운영하는 경우에도 전기료 부담을 무시하기 어렵습니다.
여기서 문득 이런 생각이 들었습니다.
“내가 직접 발전해서 이 전력을 충당할 수 있다면 어떨까?”
그 결과, 자가발전 방식 중 가정에서도 설치 가능한 핸드크랭크 발전기와 자전거 발전기를 실험해 보기로 했습니다.
핸드크랭크는 손으로 돌려 전기를 만들고, 자전거 발전기는 페달을 밟아 회전 에너지를 전기로 바꿉니다.
둘 다 구조가 단순하고 제작 난이도가 비교적 낮아 실험 대상으로 적합했습니다.
이 글에서는 필자가 직접 가정용 미니 수직농장에 적합한 자가발전 방법을 실험한 과정을 소개합니다.
자가발전 원리와 적용 가능성 분석
자가발전의 원리는 단순합니다.
코일과 자석이 상대적으로 움직이면 전류가 발생하는 전자기 유도 현상을 이용합니다.
핸드크랭크든 자전거든 결국 바퀴나 손잡이를 돌려 기계적 회전을 만들고,
이 회전이 발전기 내부의 자석과 코일을 움직여 전기를 생산하게 됩니다.
핸드크랭크 발전기
핸드크랭크 발전기는 손잡이를 돌려 전기를 생산합니다.
작은 크기로 책상 위에도 올려놓을 수 있고,
필요할 때 1~2분 돌려서 LED 조명을 잠깐 켜는 식으로 쓰기에 좋습니다.
하지만 장시간 발전하려면 팔 근육에 상당한 부담이 오므로,
하루 필요 전력을 전부 생산하는 데는 적합하지 않습니다.
자전거 발전기
자전거 발전기는 페달을 밟아 발전기를 회전시키는 방식입니다.
페달을 밟으면 바퀴나 체인 구동부가 연결된 다이너모 발전기가 회전하며 전기가 만들어집니다.
페달링은 전신 근육을 사용하므로,
핸드크랭크보다 훨씬 오랜 시간 안정적으로 전력을 공급할 수 있습니다.
게다가 운동 효과도 덤으로 얻을 수 있습니다.
전력 요구량 계산
제가 사용하는 3단 미니 수직농장의 하루 전력 소비를 계산해 보면 다음과 같습니다.
- LED 조명: 20W × 6시간 = 120Wh
- 환기팬: 5W × 6시간 = 30Wh
- 펌프: 10W × 1시간 = 10Wh
총합 약 160Wh/일이 필요합니다.
핸드크랭크만으로는 현실적으로 힘들지만,
자전거 발전을 병행하면 전력망 의존도를 절반 이상 줄일 수 있습니다.
실험 준비와 장치 구성
이번 실험을 위해 다음과 같이 장치를 구성했습니다.
중심에는 12V 12Ah 용량의 배터리를 두고,
한쪽에는 발전기(핸드크랭크·자전거)를 연결해 충전하고,
다른 쪽에는 LED·팬·펌프 등 부하 장치를 연결해 전력을 공급했습니다.
[표1] 실험 장치 사양
| 핸드크랭크 발전기 | 출력 12V / 20W, 1:3 기어비 적용 | 보조 전력 생산 |
| 자전거 발전기 | 12V / 100W 다이너모, 체인 구동 방식 | 주 전력 생산 |
| 배터리 | 12V 12Ah 납축전지 | 전력 저장 |
| LED 조명 | 20W 풀스펙트럼 LED 패널 | 광원 공급 |
| 부하 제어기 | 12V 충방전 컨트롤러 | 전력 안정화 |
자전거 발전기의 경우 실내 고정 거치대를 사용해, 운동하듯 페달을 밟으면서 발전할 수 있도록 했습니다.
핸드크랭크 발전기는 책상 위에 두고, 필요할 때 빠르게 돌려 보조 충전을 할 수 있게 구성했습니다.
실험 과정과 측정 데이터
핸드크랭크 단독 발전
- 1분간 약 60회전 속도로 돌림 → 3Wh 생산
- LED 20W 조명을 약 10분 켤 수 있는 전력 확보
- 결론: 비상 상황에서 LED 점등이나 소형 펌프 작동에 유용
자전거 발전 단독 운용
- 30분간 시속 15km 수준의 페달링 → 약 80Wh 생산
- 하루 전력 요구량의 약 50%를 커버 가능
- 결론: 꾸준히 20~30분 투자하면 실질적인 전력 보급 가능
혼합 운용
- 아침에 자전거 15분, 저녁에 핸드크랭크 2분 → 약 90Wh 확보
- 기존 전기 사용량을 절반 가까이 줄임
[표2] 발전 방식별 효율 비교
| 핸드크랭크 | 3Wh | — | 짧은 시간 보조용 |
| 자전거 발전 | 2.6Wh | 80Wh | 주 발전원 가능 |
활용 방안과 개선 아이디어
실내 미니 수직농장 적용 방법
자가발전 전력을 LED 조명, 펌프, 환기팬 중 일부에 연결하면
전력망 사용량을 크게 줄일 수 있습니다.
특히 조명은 점등 시간이 길어 발전 효율 차이를 체감하기 쉽습니다.
장치 개선 아이디어
- 자전거 발전기 회전에 플라이휠을 부착해 회전 관성을 높이면,
페달을 멈추더라도 일정 시간 발전이 이어져 효율이 높아집니다. - 태양광 패널과 병행하면 흐린 날이나 운동 불가 시에도 전력 확보가 가능합니다.
- 기어비를 조절해 RPM이 최적 범위에서 유지되도록 세팅하면 발전 효율이 더 좋아집니다.
생활 속 부가가치
자가발전은 단순히 전기를 생산하는 것을 넘어,
운동 부족 해소, 아이들과 함께하는 과학 교육, 비상 시 자급자족형 전원 공급 등 다양한 부가 효과를 줍니다.
이번 실험을 통해 가정용 미니 수직농장의 전력 일부를 자가발전으로 충분히 대체할 수 있음을 확인했습니다.
핸드크랭크는 비상 시 짧게 쓰기 좋고, 자전거 발전기는 꾸준한 전력 생산에 적합합니다.
완전한 전기 자급을 위해서는 배터리 용량 확장, LED 소비 전력 최적화, 펌프 효율 개선 같은 추가 과제가 필요합니다.
그러나 지금 당장이라도 전기료 절감, 운동 효과, 환경 보호라는 세 마리 토끼를 동시에 잡는 시도를 시작할 수 있습니다.
앞으로 기술이 발전하면, 자가발전 기반의 완전 독립형 가정용 수직농장이 일상 속에서도 충분히 구현 가능해질 것입니다.