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Thermal Energy Harvesting

Thermogeneratoren für autarke Sensoren und Micro-Aktuatoren

Thermal Energy Harvesting Thermogeneratoren für autarke Sensoren und Micro-Aktuatoren

8/2012

Die treibende Kraft funkgestützter Applikationen ist in den meisten Fällen ein Batteriesatz, denn die wesentliche Motivation für die Verwendung der Technologie ist es, auch bei stationären Geräten auf Kabel verzichten zu können. Für viele Anwendungen ist ein gelegentlicher Batteriewechsel ein "no-go", speziell wenn man an Hunderten oder gar Tausenden Geräten die Batterien regelmäßig tauschen und entsorgen muss. Einen Ausweg aus dieser speziellen "Energiekrise" bietet die sogenannte Energy-Harvesting-Technologie. Energie Harvesting bezeichnet die Wandlung von Verlust-, Abfall- oder Überschuss-Energie in nutzbare elektrische Energie. Abwärme, Maschinen-Schwingungen, Magnetfelder, oder Licht werden für den Betrieb von ULP-Elektronik nutzbar gemacht.

 

Thermisches Energy-Harvesting, inzwischen auch kurz "Thermoharvesting" genannt, nutzt eine breit verfügbare "Primär-Energiequelle": die Abwärme, aus warmen und heißen Prozessen, aus Roll- und Reibbewegungen, aus der Energieerzeugung und -verteilung. Auf diesem Sektor hat das Unternehmen Micropelt seinen Fokus gesetzt. Die Verschmelzung zweier Basistechnologien, der thermoelektrischen Materialwissenschaft einerseits und der massenhaften Chipherstellung andererseits, bilden die Grundlage der Micropelt Chip-Thermogeneratoren (TEG). Micropelt nutzt die bekannte Peltier-Technik, allerdings in stark miniaturisierter Form. Wie herkömmliche Peltier-Elemente bestehen auch die Micropelt-Produkte aus einer Reihenschaltung von gegensätzlich dotierten Halbleiter-Segmenten. Jeweils ein p- und ein n-dotiertes "Klötzchen" bildet ein so genanntes Thermopaar, das Strom erzeugt, wenn es einem Wärmefluss ausgesetzt wird.

 

Wann kann ein Thermogenerator eine vollwertige Alternative zu Batterien sein? Als Referenzgröße dient hier die Netto-Energieentnahme eines Systems über die spezifizierte Batterielebensdauer, z.B. auf ein Jahr normiert. Eine Nettobetrachtung ist deswegen wichtig, weil insbesondere bei mehrjähriger Batterie-Lebensdauer die Selbstentladung einen zunehmenden Anteil am Energieverlust der Zelle hat. Sobald der Thermoharvester im Verlauf eines Jahres mindestens die Netto-Energiemenge produziert, die das zu versorgende System verbraucht, ist eine positive Energiebilanz gegeben. Sobald die vom Harvester erzeugte Energie, über alle Schwankungen gemittelt, für den beabsichtigten Zweck ausreicht, ist der Harvester richtig dimensioniert.

 

Wladimir Punt von der Micropelt GmbH aus Freiburg wird anlässlich der Konferenz "Materialien für neue Energien" am 13. September 2012 in Frankfurt die Bausteine einer autarken Sensorarchitektur vorstellen, die mit Thermoharvesting batteriefrei versorgt werden können. Mit praktischen Beispielen aus unterschiedlichen Applikationen werden Einsatzszenarien erläutert.

 

www.micropelt.com


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