Energy Harvesting – Heutige Anwendungen und Zukunftsmusik

Hangout zu Energy Harvesting

In diesem Google Hangout erklärt Lorandt Fölkel, Field Application Engineer und Projektleiter des Bereichs Energy Harvesting von Würth Elektronik, was denn eigentlich Energy Harvesting (also “Energie Ernte”) bedeutet und in welchen Bereichen es Anwendung findet. Was sich zunächst nach Science Fiction anhört wird schnell als Realität entlarvt, denn Energy Harvesting ist schon heute in vielen kommerziellen Prototypen zu finden und erfreut sich steigendem Interesse und wachsender Beliebtheit.

Auch wir bei RS Components wollten mehr wissen und haben daher Lorandt und seinen Kollegen Simon Leuz zu einem Wissensaustausch auf Google Plus eingeladen. Lorandt ist bei Würth auch im Bereich der Passiven Bauelemente tätig und das neuste Gerät ist eine “Energy Harvesting To Go” Box. Die wichtigsten Inhalte des Hangouts sind hier zusammengefasst:

Was ist eigentlich Energy Harvesting?

Nicht elektrische Energie tritt zum Beispiel durch Hitze, Bewegung oder Licht auf und wird von Maschinen und Geräten in unserer Umwelt erzeugt. Diese Energie kann man einfangen (“ernten”) und mit Energy Management in nutzbare Energie umwandeln.

Gibt es schon Energie Harvesting Beispiele in unserem Alltag?

Der Solartaschenrechner ist sicherlich einer der ersten Energy Harvesting Geräte, die wir kennen und er ist durchaus der Anfang einer langen Entwicklung, welche heutzutage das “Ernten von Energie” ermöglicht.

Als ein weiteres Beispiel kann der Stromzähler in einem Mehrfamilienhaus aufgeführt werden. In Deutschland lesen wir ungefähr zwei Mal im Jahr den Strom ab. Bei einem 12-Familien-Haus braucht ein Mitarbeiter des Stromkonzerns ungefähr sechs Stunden, um den gesamten Strom in dem Haus abzulesen – von wiederholten Besuchen auf Grund von Abwesenheit der Bewohner ganz zu schweigen. Dies ist sehr umständlich und zeitaufwendig.

Mit Energy Harvesting wird die Wärme der Heizungen durch den sogenannten Seebeck-Effekt und einem Peltier-Element, einem elektrothermischen Wandler bestehend aus zwei Halbleitern, in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert. Durch einen kleinen Prozessor kann der Stand des Stromzählers übertragen werden. Das System ist komplett wartungsfrei und die Stromablesung des 12-Familien-Hauses kann nun in nur sechs Minuten durchgeführt werden.

Ein weiteres Beispiel ist die automatische Messung des Luftdrucks in Reifen – das sogenannte TPMS. Bei neuen Autos kommt diese Ausstattung bereits als Standard. In den Rädern befindet sich ein kleiner Energy Harvester, welcher die Energie der Bewegung und Wärme nutzt, um den Luftdruck zu messen und den Wert an den Bordcomputer weiterzugeben. Sollte der Wert sich nicht im empfohlenen Bereich befinden, wird der Fahrer des Wagens mit einer Warnung darauf aufmerksam gemacht ohne selber Luftdruck messen zu müssen.

Aus was last sich denn Energie ernten?

Bei der Funktechnik lässt sich durch die Anwendung von Sensoren und Schaltern lassen sich bereits geringe Energiemengen erzeugen, die ausreichend für den Sendeprozess sind.

Durch Vibration lässt sich schon ein wenig mehr Energie erzeugen, welche entweder die Leistung von Batterien erweitern oder gar ersetzen kann.

Eine weitere Quelle von “freier Energie” ist Wärme. Dadurch können zum Beispiel in der Luftfahrt Sensoren energieautark betrieben werden.

Die wohl effizienteste Variante des Energy Harvesting ist die Energieernte von Licht. Durch die Photovoltaik wird aus dem Licht aus der Umgebung durch eine Solarzelle Energie gewonnen, welche direkt für Verbraucher nutzbar gemacht werden kann.

Wie wird sich das Energy Harvesting in den nächsten 5 bis 10 Jahren entwickeln?

Die Firma Würth hat den Dialog über Energy Harvesting mittlerweile in 18 Ländern eröffnet und weitere folgen. Hierbei werden immer wieder Projekte und neue Anwendungen entdeckt, die noch vor ein paar Jahren unmöglich gewesen wären.

Die Firma Phillips hat auf der Messe in Los Angeles zum Beispiel eine Fernbedienung vorgestellt, welche in den nächsten Jahren komplett unsere heutigen batteriebetriebenen Fernbedienungen ersetzen wird. Das Schalten der Fernsehkanäle und der Laustärke wird ohne externe Energiezufuhr möglich sein, da durch das Drücken der Tasten alleine Energie gewonnen werden kann.

Auch bei unseren Lieblingsspielzeugen wie zum Beispiel Handys, welche unter chronischen Akkuverlust leiden, kann durch Bewegung der Verlust an Energie beim Telefonieren oder Surfen ersetzt werden. Zwar können Mobiltelefone noch nicht vollständig autark geladen werden, aber die Laufzeit der Akkus sollte in jedem Fall deutlich verbessert werden.

Wird Energy Harvesting jemals die traditionelle Stromgewinnung ersetzen können?

Leider können wir nicht soviel Strom ernten, um komplett auf externe Energie verzichten zu können. Energy Harvesting wird in immer mehr Bereichen des täglichen Lebens Einzug halten, aber ob wir jemals ein Laptop energieautark ohne Akku betreiben können ist noch fraglich.