Energieeffizienz : Energy Harvesting - Der große Faktencheck

Die erhofften Einsparpotenziale sind gewaltig: Autarke Reifendrucksensoren etwa, ohne Batterien betrieben, könnten erheblich dazu beitragen, im Auto Kabelbaumlängen einzusparen. Nur schwer erreichbare Sensorik in Industrieanlagen müsste nicht mehr von Mitarbeitern manuell vor Ort überprüft werden. Möglich macht dies Energy Harvesting, die Gewinnung kleiner Energiemengen aus Quellen wie Temperatur, Luftströmungen oder Vibration. Aber was kann die Technologie? INDUSTRIEMAGAZIN bat Lorandt Fölkel von Würth Elekronik eiSos zum Faktencheck.

Vor wenigen Wochen präsentierten US-Wissenschaftler ein Smartphone, das ohne oder zumindest nur mit sehr wenig Energie auskommt – genau Ihr Thema: Energy Harvesting bei Würth Elektronik oder?

Lorandt Fölkel Ja und Nein. Es war kein Smartphone, es war ein schnurloses Telefon ohne Bildschirm und es lassen sich nur Telefonate führen. Aber nichtsdestotrotz: Es ist der Beweis, dass Energy Harvesting funktioniert. Das Telefon verbraucht nur 3,5 Mikrowatt Strom, den es sich aus den Radiowellen der Umgebung oder per Solarzelle aus der Sonnenenergie zieht. Energy Harvesting, oder das Ernten von Energie, steht für die Stromerzeugung aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen.

Also ist der Taschenrechner aus den 90er Jahren ein Vorbild?

Fölkel Irgendwie schon, aber wir wollen ja komplexe Systeme steuern und Energy Harvesting muss sich darauf einstellen und sich weiterentwickeln. Seit über fünf Jahren forschen wir auf diesem Feld und präsentieren immer wieder neue Ideen und Anwendungen. Wir leisten Pionierarbeit.

Woran forschen Sie genau?

Fölkel Wir müssen Bauelemente klein halten, um Verluste zu reduzieren. Die Chiphersteller investieren viel Geld in neue Generationen von Chips, die Energie im Picowatt-Bereich verbrauchen und einschlafen, wenn sie nicht gebraucht werden. Das ist doch fantastisch.

Aber irgendwo muss doch die Energie herkommen?

Fölkel Ja, aus der Solarzelle, aus Piezoaktoren, aus der Bewegung, Vibrationen, Thermal, oder eben aus Radiowellen wie in den USA.

Was ist Piezo?

Fölkel Kinetische Bewegungsenergie kann mit dem piezoelektrischen Effekt nutzbar gemacht werden. Durch mechanische Verformung eines Piezokristalls infolge einer Krafteinwirkung durch Zug oder Druck werden Ladungen generiert, die an den Elektroden des Piezoelements als elektrische Spannung messbar sind. Mit einer entsprechenden Elektronik lässt sich dann daraus ein autarkes Energieversorgungssystem herstellen.

Und das funktioniert?

Fölkel Ja. Sie sind skeptisch, wie einige Industrieanwender, die sich oft eine Sicherheitsbatterie, ein Backup, wünschen. Durch unsere Technik können wir die Lebensdauer dieser Batterie auf 15 Jahre verlängern und dann sind die größten Skeptiker auch bereit, über eine komplett autarke Lösung nachzudenken.

Es ist also auch eine Designfrage?

Fölkel Klar, wir müssen mit den Softwareentwicklern sprechen, dass keine unnötigen Loops gefahren werden und wir müssen mit den Kollegen für das Analoge sprechen, ob immer maximale Leistung gefordert wird und wie die Hardware ausgelegt werden soll.

Warum setzt sich Energy Harvesting durch?

Fölkel Die Industrie möchte Kosten reduzieren. Stellen Sie sich vor, Sie können im Auto Kabelbaumlängen einsparen, weil der Reifendrucksensor autark arbeitet oder Sie sparen Wartungszeiten ein, wenn der Mitarbeiter einen nur schwer erreichbaren Sensor nicht mehr überprüfen muss.

Sie haben ein Demokit für Energy Harvesting, wer kauft das und was machen die Kunden damit?

Fölkel Im Prinzip gibt es dafür keine spezifische Zielgruppe. Diese Technologie ist für alle anwendbar und das ist auch der Sinn des Kits. Es bietet einen Einstieg für Entwickler und stellt eine fertige Systemlösung aus Software- und Hardwarekomponenten dar, was den Start deutlich erleichtert.

Lorandt Fölkel ist gelernter Radio-Fernsehtechniker. Neben dem Beruf studierte er Elektrotechnik und startete seine Ingenieurskarriere 1996 bei der R. Stahl AG in Künzelsau. Drei Jahre später unterschreibt er beim heutigen Nachbarunternehmen Würth Elektronik eiSos seinen Vertrag. 2005 startet Fölkel seine neue Karriere als Produktmanager für EMV-Bauteile. Zwei Jahre macht er den Job, dann bieten sich ihm neue Aufgaben. Er kümmert sich als FAE (Field Application Engineer) um die Schulungen, das Wissensmanagement und hat mehr Zeit für sein Lieblingsthema: Energy Harvesting.