Energy Harvesting

Energie; Bild: shutterstock

Strom muss nicht immer aus der Steckdose kommen. Energy Harvesting, was in etwa Energie-Ernte bedeutet, ist die Gewinnung elektrischer Energie in kleinen Mengen aus dem Umfeld elektronischer Geräte, um diese wiederum damit zu betreiben. Klingt kompliziert – ist es aber nicht.

Energie ist praktisch überall. Bereits durch winzige Unterschiede in der Umgebungstemperatur kann elektrischer Strom erzeugt werden. Durch den Einsatz spezieller Instrumente ist es möglich, diesen Strom aufzufangen und zu nutzten. Als Energiequellen dienen neben der Umgebungstemperatur, Druckluftschwankungen, Vibrationen, Abwärme oder Luftströmungen. Auch Licht, biologische Prozesse oder vorhandene Funkwellen können zur Stromerzeugung verwendet werden.

Bekannt ist die Methode bereits vom Einsatz spezieller Sensoren in flexiblen Gehwegplatten oder Tanzflächen. Sie wandeln Trittenergie in elektrische Energie um und ermöglichen so den Betrieb von LED-Lichtanlagen oder Straßenbeleuchtung.

Es gibt unterschiedliche Verfahren des Energy Harvesting. Beim sogenannten piezoelektrischen Effekt wird durch piezoelektrische Kristalle elektrische Spannung erzeugt, wenn sie durch Krafteinwirkung verformt werden. An der Windschutzscheibe von Autos sind Regen- und Lichtsensoren angebracht, die die vorhandenen Karosserieschwingungen zur Energiegewinnung nutzen. Zum Einsatz kommen auch Thermoelemente, in denen sich Spannung aufbaut, sobald sie Temperaturunterschieden ausgesetzt sind. Eine weitere Möglichkeit ist ein elektrodynamischer Wandler, der, wenn er bewegt oder Druck auf ihn ausgeübt wird, mittels eines Magneten oder einer Spule einen Spannungsimpuls erzeugt.

Durch Energy Harvesting werden nur winzige Energiemengen erzeugt, aber diese genügen, um kleine autonome Geräte zu versorgen, etwa drahtlose Sensoren. In öffentlichen Gebäuden werden energieautarke Sensoren eingesetzt, um Temperatur oder Lufttemperatur zu erfassen und so die Klimaanlage zu steuern. Die Mini-Stromerzeuger haben eine Reihe von Vorteilen. Im Gegensatz zu batteriebetriebenen Sensoren müssen sie nicht gewartet werden. Gegenüber kabelgebundenen Systemen entfällt das Verlegen von Kabeln.

Auch allein schon durch reine Körperwärme kann Strom erzeugt werden. So wäre etwa der kabellose Betrieb medizinischer Sensorik möglich. Für den Einsatz von Ambient Assisted Living, speziellen technischen Hilfsmitteln für Menschen mit Assistenzbedarf, ergeben sich neue Möglichkeiten. Mittels Energy Harvesting können die Betriebszeiten mobiler Geräte verlängert oder unbeschränkte Standby-Zeiten realisiert werden. An Brücken wurden Sensoren installiert, die deren Schwingungen auffangen. Einige Armbanduhren lassen sich durch die Bewegung des Handgelenks betreiben. In Fenstergriffe wurden Mini-Sensoren integriert, die das Öffnen des Fensters melden und so die Heizung abschalten.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig und die Technologien vielversprechend. Die Forschung steckt aber noch in den Kinderschuhen. Obgleich es bereits zahlreiche Anwendungsbeispiele gibt, besteht noch jede Menge Forschungs- und Entwicklungsbedarf, bevor herkömmliche Batterien endgültig in den Müll verbannt werden dürfen.

Josephin Lehnert

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