Wartungsfreie Energie für Funksensoren

Energy Harvesting in der M2M-Kommunikation
Wartungsfreie Energie für Funksensoren
geschrieben von Dipl.-Ing. Burkhard Habbe, Vice President Business Development bei Micropelt am 24.03.2011
Funksensorik stellt eine sehr junge Technik aus der M2M-Kommunikation (Machine to Machine) dar. Ein Hindernis für den breiten Einsatz bildet jedoch die Energieversorgung der autarken Systeme: Batterien müssen früher oder später gewechselt werden. Da Funksensoren oft an schlecht zugänglichen Stellen zum Einsatz kommen, kann die Wartung schnell recht teuer kommen. Eine Lösung des Problems für die Zukunft verspricht so genanntes Energy Harvesting, das kostenlose Energie aus der Umgebung des Funksensors generiert.

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Funksensoren sind attraktiv, weil sie versprechen, die Effizienz von Gebäuden und Prozessen zu steigern, sowie Daten zur effektiveren Nutzung von Produktionsanlagen und zur zustandsbasierten, also punktgenauen Instandhaltung zu liefern. Über 50 Prozent der heutigen Wartungskosten ließen sich sparen sowie erhebliche Zusatz- und Folgeeffekte in der Produktion realisieren, behaupten die einschlägigen Experten für Prozessoptimierung und Wartung. Erforderlich wäre dazu allerdings eine mehr oder weniger flächendeckende Ausstattung mit Funksensoren zur Überwachung von Temperaturen, Drücken, Schwingungen und anderen Größen. Neue Techniken bei Sensoren, Mikro-Controllern und Funkchips holen aus immer weniger Energie immer mehr Leistung. Dennoch ist ein Batteriewechsel letztlich unvermeidlich – was mit steigender Sensorzahl immer inakzeptabler wird und bisher den großen Durchbruch verhindert hat.
Zur Lösung dieses Dilemmas rückt Energy Harvesting immer mehr ins Zentrum des Interesses. Diese ebenfalls recht neue Technik wandelt die in der Umgebung eines Funksensors vorhandene Primärenergie wie Licht, Vibration oder Abwärme in verwertbare Elektrizität um. Energy Harvesting tritt an, Batterien zu längerem Leben zu verhelfen, oder sie gar ganz zu ersetzen. Speziell die Variante des Energy Harvestings aus Abwärme, kurz Thermo-Harvesting, erscheint viel versprechend. Die geringen von Harvestern gewandelten Energiemengen stehen umweltfreundlich, wartungsfrei und völlig kostenlos zur Verfügung, denn die Primärenergie ist im Fall der Abwärme bereits bezahlt und wäre ohnehin an die Umgebung abgegeben worden. Die auch ökologisch bedenklichen Batterien als Energiequelle für drahtlose Sensoren und andere Kleinstverbraucher ließen sich also auf sehr umweltfreundliche Art auf den zweiten Platz verweisen.
Ein Beispiel für die technischen Umsetzung von Thermo-Harvesting stellt das wachsende Produktportfolio des jungen Freiburger Herstellers Micropelt dar. Die angebotenen, unterschiedlichen Harvesting-Konzepte basieren sämtlich auf den nur wenige Quadratmillimeter großen Thermogeneratorchips (TEG) aus eigener Entwicklung. Die Lösungen adressieren dabei zwei verschiedene Standardszenarien und sollen Nutzern helfen, das Potenzial autarker Funksensorik mit Energy-Harvesting-Energieversorgung zu erschließen und auch auf andere energieautarke Systeme anzuwenden.
Thermo-Harvesting per Chip

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