Von der Forschungs- und Entwicklungsphase in die Anwendungen

Energy Harvesting statt Batterien

Auf breiter Front hat sich Energy Harvesting noch nicht durchgesetzt. Doch es gibt genügend Anwendungen, wo Energy Harvesting äußerst wünschenswert erscheint, vor allem in drahtlosen Sensornetzwerken. Während noch viel geforscht und entwickelt wird, zeigen erste Firmen bereits, dass Energy Harvesting in Volumenmärkte Einzug halten kann.

© Sauter 

Vollbild

Das Raumbediengerät von Sauter, das auf dem STM-300-Modul von EnOcean basiert

Schliessen

© Sauter

Das Raumbediengerät von Sauter, das auf dem STM-300-Modul von EnOcean basiert

Energy Harvesting steht am Anfang – und das seit 20 Jahren. Trotzdem wagt Righ Das, IDTechEx, Veranstalter der Energy Harvesting Konferenz 2010 in München, einen Ausblick: »In zehn Jahren werden wir Energy Harvester in hohen Stückzahlen in Consumer- und in medizinischen Geräten finden.« Die bekannteste Methode des Energy Harvesting ist es, Energie aus Licht über Photozellen zu gewinnen, stark im Trend liegen derzeit Methoden, die Energie aus den Piezoelektrischen Effekt zu generieren.

Was ist von Energy Harvesting derzeit zu erwarten? Stephanie Fajtl von ST Ericsson erklärt das am Beispiel von Mobiltelefonen, die mit Solarzellen ausgestattet sind. Sitzt das Solarpanel auf der Rückseite des Handys, so steht immerhin eine Fläche von rund 30 cm² zur Verfügung. Theoretisch kann monokristallines Silizium mit einem Wirkungsgrad von 15 bis 20 Prozent daraus eine Spannung von 0,5 V liefern, Polysilizium liefert einem Wirkungsgrad mit 10 bis 15 Prozent rund 0,43 V, amorphes Silicon-on-Glas rund 0,6 V. Übersetzt in die Einheiten, die den Endkunden interessieren, bedeutet dies heute: Eine Stunde Ladezeit reicht aus, um 5 bis 10 Minuten übers Handy zu sprechen, 20 SMS-Nachrichten zu senden oder das Gerät 12 Stunden im Standby-Modus zu versorgen.

Was einfach klingt, stellt die Techniker künftig vor große Herausforderungen. Wie sollen die Zellen verschaltet werden? In Reihe geschaltet, führt die Verschattung nur einer einzigen Zelle zu einem hohen Ernteverlust. Und gerade in typischen Gebrauchssituationen ist das Handy ständig Verschattungen ausgesetzt.

Grundsätzlich stellen aber die niedrigen Spannungen und niedrigen Ströme, die die Zellen liefern, die Ingenieure vor das große Problem, beides in verwertbare Energie umzuwandeln. Die verwendeten Hochsetzsteller müssen bei niedrigen Spannungen und Strömen starten, darin liegt die Herausforderung. Es gilt aber, noch weitere Hürden zu überwinden, insbesondere die mechanische Integration des Panels in das Handy ist nicht trivial. Die Oberfläche muss resistent gegen Kratzer sein (schon kleine Kratzer führen zu merklichem Energieverlust), die Zelle muss dicht gegenüber Wasser und Dampf sein, sie muss gegenüber UV-Licht beständig sein und große Temperaturschwankungen aushalten. Nicht zuletzt muss sie auch noch den Drop-Test für Handys bestehen. Es bleiben also noch eine Menge offener Fragen. Dennoch arbeitet ST Ericsson laut Stephanie Fajtl weiter an der Integration von Photozellen in Handys. Endgültige Antworten zeichnen sich allerdings noch nicht ab. ST Ericsson jedenfalls arbeitet parallel zu den Versuchen mit Photozellen auch daran, die Handys mit Brennstoffzellen zu laden, die über USB angeschlossen werden.

1. Teil: Energy Harvesting statt Batterien
2. Teil: Die Hürden
3. Teil: Kein Problem – wenn man´s richtig macht
4. Teil: Drahtlose Sensornetze in Flugzeugen und in der Bahn

Weiterführende Links:

• Solarwandler mit MPPC: Linear setzt Energie-Ernte fort
• Drahtlose Sensornetzwerke mit Energie versorgen: Micropelt will 2012 bis zu 500.000 Chips produzieren