Was ist Energy Harvesting?

 

Gliederung

Was ist Energy Harvesting?

Was sind die Vorteile?

Wo ist es nützlich?

Marktnachfrage

Anwendungen

Spezifikationen

 

 

Was ist Energy Harvesting?

Prozess bei dem Energie aus externen Quellen für die Verwendung in elektronischen Systemen abgeleitet, gesammelt und gespeichert wird

Energy Harvesting ist ein Prozess bei dem Umgebungsenergie erfasst und in Elektrizität für kleine eigenständige Geräte umgewandelt wird, wie z.B. Satelliten, Laptops und Sensornetzwerkverbindungen, um diese selbst zu versorgen.

Energiequellen wie beispielsweise Licht, Temperaturunterschiede, Vibrationen und Funkwellen (HF energy)  kann wiederverwendet werden, um Low-Power Geräte zu betreiben.

 

Wo ist es nützlich?

Dort wo Netzspannung nicht verfügbar oder zu teuer ist

Dort wo Batterien zu teuer oder schwer zu ersetzen sind

Dort wo Energie nur benötigt wird, wenn Umgebungsenergie vorhanden ist

 

Marktnachfrage

 

 

Durch ein 2-stelliges Wachstum wird sich das Marktvolumen in den nächsten 5 Jahren nach 2015 vervierfachen

 

 

Beispiel

Status der Energy Harvesting Geräte* in den verschiedenen Anwendungsgebieten, 2009

 

Typische Anwendungen

Tragbare Verbraucherelektronik Taschenrechner, Spielzeug, Piezo-Gasfeuerzeuge, elektronische Autoschlüssel, elektronische Kleidung etc.

Industrie hauptsächlich Gebäude, Maschinen, Motoren, nicht vernetzte drahtlose Sensoren und Auslöser

Armbanduhren

Laptops, E-books

Handys

Drahtlose Sensoren

Militär und Raumfahrt, ausgenommen WSN

Gesundheitswesen Implantate, Einweg-Tester, Medikamenten- verabreichung,…

Andere Forschung, Tiere, Landwirtschaft etc.

 

 

 

Wo man „freie Energie“ findet

Typische Energy Harvester Ausgangsleistung

 

 RF: 0.1μW/cm²

 

 Vibration: 1mW/cm²

 

 Thermal: 10mW/cm²

 

 Photovoltaik: 100mW/cm²

Source: Intel – Kamal Shah - Energy Harvesting Presentation

 

 

Typische Energy Harvester Spannungen

 RF: 0.01mV

 

 Vibration: 0.1-0.4 V

 

 Thermal: 0.02 - 1.0 V

 

 Photovoltaik: 0.5 / 0.7 Vtyp/pro Zelle

 

Leistungsaufnahme 

Batteriebetriebene Anwendungen in Body Area Networks

3μW = 1.8V * 1.7μA

 

Industrialisierung

Bedarf an besserer Leistungsdichte

Ultra Low Power Elektronik

Kleine Energiespeichergeräte mit großer Energiekapazität

Drahtlose Kommunikationsstandards & Verbesserungen der Übertragungsrate

 

Marktakzeptanz von Energy Harvesting Geräten ist sehr anwendungsabhängig

Dies beruht auf mehreren Parametern:

Größe & Gewicht

Menge an erzeugtem Strom vs. Menge an vom System benötigtem Strom

Kosten: einfacherer Zugang zu Stromnetzen & -modulen oder -systemen

Anzahl der Geräte

Einsatz des Modules oder Systems

Benötigter Gerätelebenszyklus: geplante Lebenszeit der Energy Harvesting Geräte verglichen mit Bauteilelebenszyklus des Systems

 

Ein wichtiger Aspekt der berücksichtigt werden muss ist, ob genügend Strom für eine bestimmte Anwendung aus einer bestimmten Umgebung gewonnen wurde und ob der gesammelte Strom gespeichert werden muss.

 

Energie sammeln

Club

 

--> Ein Tanzclub in Rotterdam erzeugt Energie um die LED Lichter mit Strom zu versorgen jeder Besucher erzeugt beim Tanzen auf dem beweglichen Boden 20W Strom

Fußgängerzone

 

--> Nutzen von piezoelektronischem Materialien, um elektrische Energie von Passanten zu gewinnen, die darüber laufen

 

Energy Harvesting

Energy Harvesting Anwendungen sind potenziell überall

Bedarf an Energie für typische Anwendungen sinkt weiter

Eigenschaften der Energiequelle bestimmen die Wahl des Umwandlers

Zuverlässig, regulierter Strom ist mit einem gut designtem System machbar