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Als Energy Harvesting bezeichnte man die Erzeugung von Strom aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen. Die Industrie entwickelt bereits heute Energiequellen für drahtlose Sensornetzwerke oder Anwendungen wie etwa Fernbedienungen an schwer erreichbaren Stellen. Energy Harvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batterien. An diese Art der Stromgewinnung wird zur Zeit intensiv gearbeitet. Dabei sind einige Hürden zu nehmen. Dazu zählt zunächst die Schaltanordnung eines solchen Systems. Dieses muss die Energie erzeugen, anreichern, speichern und schließlich an das zu versorgende Gerät weitergeben. Eine weitere Herausforderung stellt die Energiequelle dar – wie etwa die Vibration einer Maschine –, die nicht ständig verfügbar ist. Erst ab einem bestimmten Schwellenwert kann sie ausgenutzt werden. Andererseits braucht das Modul im Falle zu hoher Leistungen Mechanismen, um sich vor Überlastschäden zu schützen. Die abgegebene Energie eines Moduls wiederum muss an den Bedarf der zu versorgenden Systeme angepasst sein. Je nach Auslastung kann die dafür erforderliche Energiemenge also über mehr oder weniger große Zeiträume angesammelt werden. Sie muss dann jedoch ausreichen, damit der Sensor einen Arbeitszyklus wie etwa den Transfer von Messdaten ausführen kann.

Die Möglichkeit der Energiegewinung durch den Piezoelektrischen Effekt wird nun näher erläutert. Der direkte piezoelektrische Effekt (Ladungsverschiebung infolge mechanischer Krafteinwirkung) kann nicht nur bei Sensoren, Transformatoren und zur Dämpfung von Strukturschwingungen eingesetzt werden, sondern ist auch zur Energieerzeugung und zur Wandlung ungenutzter Energien sinnvoll einsetzbar.

Als Energieerzeuger sind insbesondere Piezozünder bekannt, die die meist durch Handbetätigung eingebrachte mechanische Energie in einen Zündfunken wandeln. Neuere Anwendungen in diesem Bereich sind Funkschalter, bei denen die für das Funksignal notwendige Energie ebenfalls durch von Hand betätigte Piezoelemente bereitgestellt wird.

Im Bereich autarker Sensoren können Piezoelemente die für das Messverfahren und eine eventuelle Funkübertragung benötigte Energie erzeugen, in dem sie in der "Umgebung" vorhandene Schwingungsenergie wandeln. Beispiele von Sensoren, die möglichst ohne Verkabelung auskommen sollten, sind z. B. Regen- oder Lichtsensoren, die direkt an der Windschutzscheibe eines Kfz angebracht werden und die vorhandenen Karosserieschwingungen zu Energiegewinnung ausnutzen.

Auch für den Breiteneinsatz in der Konsumgüterindustrie werden in Zukunft System benötigt, die z. B. aus der ganz normalen Laufbewegung etwas Energie ‚abzwacken', um Geräte wie Handy, mp3-player oder Digitalkameras mit der notwendigen Energie zu versorgen. Darüber hinaus wird es ‚intelligente' Kleidung geben, die ebenfalls mit Energie versorgt werden muss, wie z. B. den neuen Sportschuh "ADIDAS 1", der seine Dämpfung der jeweiligen Laufsituation anpasst. Intelligenter Laufschuh, der automatisch seine Dämpfung anpasst.

Quelle: Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn

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