Leistungsfähige Power-Management-ICs bringen Energie-Ernte ein

Energy Harvesting wandelt Traum in Trend

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Bereits 30 mV Seebeck-Spannung und 6 mA Eingangsstrom reichen dem Energy-Harvesting-Schaltregler LTC3109, um eine einstellbare Ausgangsspannung von 2,35 V, 3,3 V, 4,1 V oder 5 V abzuliefern.

Der Traum des Perpetuum Mobile wird zwar auch mit Energy Harvesting nicht wahr. In der Praxis unterscheiden sich beide aber kaum, weil unsere Umwelt voller Energiequellen ist, die man nur anzapfen muss. Die Technologie dafür ist aber nicht trivial.

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Miro Adzan, Texas Inszruments: »MPPT ist eine extrem wichtige Voraussetzung für effizientes Energy Harvesting«.

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Miro Adzan, Texas Inszruments: »MPPT ist eine extrem wichtige Voraussetzung für effizientes Energy Harvesting«.

Energy Harvesting - Energie ernten. Das war schon lange ein kaum erfüllbarer Traum, der aber allmählich zum Trend wird, weil neueste, bezahlbare Technologien, die den Kinderschuhen entwachsen sind, die in Wind, Sonnenstrahlung, Wärme, Vibration, Rotation enthaltenen und andere frei verfügbare Energien in elektrische Energie umwandeln können. Bis vor wenigen Jahrzehnten gelang es nur, Wasserkraft und Windenergie für diesen Zweck kommerziell zu nutzen. Mittlerweile kam die direkte Umsetzung von Sonnen- oder Bewegungsenergie in Strom hinzu, jedoch sind all diese Methoden entweder nur mit größeren Anlagen möglich oder die Energie reicht gerade aus, um zum Beispiel einen kleinen Funksender mit einem Tastendruck oder einen Taschenrechner mit einer kleinen Solarzelle zu betreiben.

Ein großes Problem ist allerdings, dass diese Geräte bei Dunkelheit und Dämmerung ohne Stromversorgung sind, außer sie verfügen über einen Ladungsspeicher. Für den kleinen Funksender, der nur zum Übertragen eines kurzen Telegramms nach dem Drücken einer Taste da ist, ist das kein Problem. Der deutsche Energy-Harvesting-Spezialist EnOcean (www.enocean.com) setzte diese Idee bereits vor etlichen Jahren mit einem inzwischen sehr erfolgreichen Konzept um. Und auch die Überwachung des Reifendruckes im Fahrbetrieb mit Hilfe eines Funksensors, der seine Versorgung über einen piezoelektrischen Wandler aus der Bewegungsenergie des zu überwachenden Autoreifens bezieht, ist so gesehen kein Problem.

In vielen anderen Applikationen ist diese Unberechenbarkeit aber schon ein Problem. Es lässt sich zum Beispiel eliminieren, wenn man statt einer Solarzelle einen thermo-elektrischen Generator einsetzt, der (als technische Anwendung des Seebeck-Effektes) elektrische Spannung aus einem Temperaturgradienten erzeugt. Der Seebeck-Effekt ist die Umkehrung des Peltier-Effektes, bei dem die Grenzschicht zwischen zwei verschiedenen elektrische Leitern bei Stromfluss je nach Stromrichtung kälter oder wärmer wird. Man muss allerdings für Dauerbetrieb sicherstellen, dass immer ein ausreichender Temperaturgradient erhalten bleibt. Ist das nicht der Fall, ist auch hier ein Energiespeicher unentbehrlich. Der muss allerdings mit einer Lade- und Powermanagement-Schaltung ausgerüstet sein, deren Aufgaben vielfältig sind und deren Entwurf keine leichte Aufgabe ist.

1. Teil: Energy Harvesting wandelt Traum in Trend
2. Teil: Wer sät, wird auch ernten
3. Teil: Effizienzsteigerung dank MPPT und geringem Eigenverbrauch

Weiterführende Links:

• Ladeschaltung kommt schon mit 100 mV aus: TI: Effiziente Stromernte
• Assisted Living: Selbstbestimmt dank Energy Harvesting
• Energy Harvesting: Heizungsventile batterielos steuern
• Kommentar: Wieviel Energie gibt die Umwelt her?
• IC-Hersteller baut Angebot im Bereich drahtloser Sensornetzwerke aus: Linear Technology übernimmt Dust Networks
• Interview mit Linear Technologys CEO Lothar Maier: LTC: Mit antizyklischer Strategie ins neue Jahr
• Licht und Wärme werden zum lokalen Stromspender: Energy Harvesting: Kaum Stromernte ohne Speicher!
• Drahtlose Sensornetzwerke: Avnet Abacus unterstützt bei der Umsetzung: Energy Harvesting beseitigt den »Hemmschuh« für drahtlose Sensornetze