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Märkte + Technologien
Kommentar
Energieernten bald gängige Praxis?
Kommentar: Tony Armstrong, Linear Technology
Das „ernten“ von Energie aus Quellen,
die in der Umgebung vorhanden
sind, öffnet neue potenzielle
Möglichkeiten für Stromversorgungsanwendungen,
die damit völlig ohne
Verdrahtung oder Batterien auskommen,
oder die – zumindest - die Betriebszeit von
Batterie betriebenen Systemen verlängern.
Die erfolgreiche Implementierung einer
Energie erntenden Lösung erfordert jedoch
ein detailliertes Verständnis der Eigenschaften
der vorhandenen Energiequelle
und der Energiemenge, die der Energieerntende
Energiewandler-Baustein an seinem
Ausgang liefern kann sowie auch der
Leistung, die das System benötigt.
Energiequellen, die in unserer Umgebung
vorhanden sind, sind Licht, Temperaturunterschiede,
mechanische Schwingungen,
Hochfrequenzsignale während der
Übertragung sowie jede andere Quelle, die
eine elektrische Ladung mit einem Signalwandler
(Transducer) erzeugen kann. Alle
diese Energiequellen umgeben uns und
können mit einem geeigneten Wandler ihre
Energie in elektrische umsetzen. Geeignete
Wandler sind zum Beispiel, wenn ein
Temperaturunterschied vorhanden ist,
thermoelektrische Generatoren (TEG), bei
mechanischen Schwingungen ein piezoelektrisches
Element, eine fotovoltaische
Zelle für Sonnenlicht (oder Innenbeleuchtung)
und sogar solche, die galvanische
Energie aus Feuchtigkeit erzeugen. Diese
so genannten „kostenfreien“ Energiequellen
können verwendet werden, um elektrische
Komponenten und Systeme autonom
mit Strom zu versorgen.
Die typische Konfiguration eines Energie
erntenden Systems oder drahtlosen
Sensorknotens (WSN = wireless sensor node)
besteht aus vier Funktionsblöcken, und
zwar: 1. einer Energiequelle in der Umgebung,
2. einem Wandlerelement und einer
Schaltung zur Leistungsumsetzung, die die
nachfolgende Elektronik versorgt, 3. eine
Messkomponente, die den Sensorknoten
mit der realen Welt verbindet sowie einem
Rechenelement, das aus einem Mikroprozessor
oder Mikrocontroller besteht, der
die Messdaten verarbeitet und in einem
Speicher ablegt, 4. eine Kommunikationskomponente,
die zur drahtlosen Kommunikation
mit benachbarten Knoten und der
Außenwelt aus einer
Funkverbindung
mit kurzer
Reichweite besteht.
Ist die elektrische
Energie einmal erzeugt,
kann sie mit
Tony Armstrong ist
einer Energie-erntenden
Schaltung Marketing, Power
Director of Product
in eine geeignete Product, bei der Linear
Energieform umgesetzt
und modifi-
Technology Corporation/
USA.
ziert werden, um
die nachfolgende Elektronik zu versorgen.
Auf diese Weise kann ein Mikroprozessor
einen Sensor „aufwecken“ um eine Messwert
aufzunehmen oder eine Messung
durchzuführen, die dann mit einem Analog/Digital-Wandler
zur Übertragung mit
einem drahtlosen Sender mit extrem geringer
Verlustleistung manipuliert werden
kann.
Es gibt bereits viele unterschiedliche Anwendungen
der Energieernte um uns herum.
Beispiele dafür sind: Reifenverschleiß-/
Reifendrucküberwachung, induktiv gekoppelte
Smart-Grid-Überwachung, Klimaanlagen-
und Beleuchtungssteuerungssysteme.
In Kürze werden auch die Überwachung
der Klimaanlagen von Flugzeugen
und Güterverfolgungssysteme dazu kommen.
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alle Bilder: Linear Technology
Die Hauptfunktionsblöcke eines typischen Energie-erntenden Systems oder drahtlosen Sensorknotens.
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STMicroelectronics, ARaymond, Micropelt
Thermoharvesting-Lösung: Energieautarke drahtlose Sensoren
STMicroelectronics, ARaymond und Micropelt
zeigten auf der Hannover Messe
Lösungen, die durch Thermoharvesting,
also durch Umwandlung von Wärmeenergie
in elektrischen Strom, intelligente Sensoren
und Mikrosysteme dauerhaft mit
Energie versorgen.
Micropelt hat Thermogeneratoren im
nur wenige Quadratmillimeter großen
Chipformat entwickelt, die lokale Temperaturdifferenzen
in elektrische Energie
wandeln und so intelligente Systeme mit
sehr geringer Leistungsaufnahme versorgen
können. Die gemeinsame Entwicklungs-Initiative
von ST und Micropelt fokussierte
ein Evaluierungssystem, in dem
Die Thermoharvesting-Stromversorgung von
STMicroelectronics.
die robuste und langlebige Dünnschicht-
Festkörperbatterie EnFilm von ST mit dem
TEG-Chip (Thermal Electrical Generator)
von Micropelt kombiniert wird. Das als
Perpetual Energy Module (PEM-TE01) bezeichnete
System macht deutlich, wie diese
beiden Technologien gemeinsam konstant
Energie liefern und so eine praktisch wartungsfreie
Energiequelle für langlebige
drahtlose Systeme bilden können.
ARaymond und Micropelt wiederum arbeiten
zusammen, um ein Konzept für eine
hermetisch dichte Kapselung der Evaluierungs-Plattform
TE-Power NODE zu entwickeln,
einem Funksensor mit Energy-
Harvesting-Technik. Resultat ist der energetisch
völlig autonome drahtlose Temperatursensor
Heat BiTe von ARaymond.
Dieser ist zum Beispiel für Solarthermie-
Anwendungen geeignet, die mit Flüssigkeiten
entweder wärmer oder kälter als die
Umgebung, arbeiten.
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Bild: STMicroelectronics
16 elektronik industrie 04/2011
www.elektronik-industrie.de
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