Von der Forschungs- und Entwicklungsphase in die Anwendungen

Energy Harvesting statt Batterien

Wo könnten drahtlose Sensornetze noch sinnvoll eingesetzt werden? Vielleicht würde nicht jeder zuerst an Flugzeuge denken. Doch mit Daten, die zur Steuerung der Wartung herangezogen werden oder über die sich der Zustand von Verschleißteilen erkennen ließe, könnten die Fluggesellschaften die Sicherheit verbessern und Kosten sparen. Messungen ließen sich an unzugänglichen Stellen durchführen, die Innenausstattung von Kabinen ließe sich schnell und kostengünstig ändern, die Crew an Bord bräuchte nicht mehr so viele Inspektionen per Hand durchzuführen. Doch die Anforderungen sind hart: höchste Zuverlässigkeit unter schwierigen Umweltbedingungen, eine Lebensdauer von 30 Jahren – all das kostet Geld.

Ob die erforderlichen Investitionen durch die Einsparungen wieder hereingespielt werden könnten? »Energy Harvesting mag für drahtlose Sensoren eine Rolle spielen, es bleiben aber noch viele Fragen offen, in näherer Zukunft sehe ich das nicht auf uns zukommen«, sagt Prof. Thomas Becker von EADS.

Gerade die Forderung nach einer Lebensdauer von mindestens 30 Jahren, teilweise 50 Jahren, ist für Haydn Thompson, Programm Manager von Rolls Royce ein klares Argument für Energy Harvesting in drahtlosen Sensoren für Flugzeuge. Rolls Royce arbeitet mit Airbus zusammen, um Möglichkeiten zu finden, die ausufernde Verdrahtung von Sensoren in Flugzeugen reduzieren zu können. Und selbst in Anwendungen, in denen die Sensoren prinzipiell mit Batterie betrieben werden könnten, gibt es seiner Meinung nach überzeugende Argumente für Energy Harvesting: »Gerade die Li-Ionen-Batterien eigenen sich nicht in Systemen in denen laufend Energien in Spitzen gefordert sind.« Als größtes Problem des Energy Harvesting sieht er die Energiewandlung an, die schon Stephanie Fajtl angesprochen hat.

Was für Flugzeuge gilt, ist in ähnlicher Form auch für Züge richtig. In Güterwagen beispielsweise gibt es überhaupt keine Stromversorgung. »Wir wollen drahtlose Mesh-Netzwerke einsetzen«, erklärt Oriane Gatin, Wireless Telecommunication Project Manager von SNCF ganz klar. Ob über Licht, Temperaturunterschiede, Vibrationen oder sogar aus HF-Feldern aus der Umgebung, die unterschiedlichsten Quellen ließen sich  laut Oriane Gatin anzapfen, um aus der Umwelt Energie für die Sensorknoten zu gewinnen. Zur Überwachung von gefährlichen Gütern, zur Überwachung von Verschleißteilen (nicht nur im Zug selber, sondern auch in der gesamten Infrastruktur wie Gleisen, Gleisbett, Signalanlagen, Oberleitungen). Dazu hat SNCF bereits Projekte und Versuche durchgeführt. Die technischen Anforderungen liegen meist nicht sehr hoch. Zur Messungen der Beschleunigung der Gleise ist eine Bandbreite von 1 Hz erforderlich, eine Auflösung von 12 bis 16 Bit, der Knoten muss zwischen 5 und 20 s aktiv sein, wobei bei einer sehr viel befahrenen Strecke alle 3 Minuten Messungen durchgeführt werden müssen. Andere Applikationen verlangen konstante Aktivität, eine Bandbreite von 120 Hz und Auflösungen von 12 bis 16 Bit.  Für die intelligente Videoüberwachung eignet sich 6LowPAN, für die Überwachung von Gütern ZigBee und 6LowPAN. Für die Überwachung der Temperatur an den Achsen von TGV-Zügen hat sich laut Oriane Gatin der Versuch auf Basis von ZigBee nicht bewährt: Zu unzuverlässig.

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