Energy Harvesting
Strom aus der Brücke
Beim Fraunhofer-Institut IIS in Erlangen wird voraus gedacht
Erlangen, im Sommer 2011
„Energy Harvesting“: Der Begriff steht für „Energie aus der Natur ernten.“ Ein Prinzip, das bald in viele Bereiche des täglichen Lebens eindringen könnte, wie Forscher vom Erlanger Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme (IIS) hoffen. Am diesem Institut wurde einst auch die heute weit verbreitete „MP3“-Technik entwickelt, mit der heute fast jeder große Musikdateien auf kleinen, transportablen Geräten abspielen kann.
Thermoelektrik ist eine dieser altbekannten Energieerntetechniken. Dabei werden in einem so genannten Piezoelement aus Wismut und Tellurit Ladungsträger getrennt. Doch obwohl altbekannt, hat das bis heute (fast) niemand wirklich industriell angewandt. Forscher vom Erlanger Fraunhofer-Institut IIS wollen das nun ändern. Deshalb gehen sie damit „hausieren“. Zum Beispiel auf Messen. Eine ist die jährlich stattfindende Embedded World, die nach eigenen Angaben „größte internationale Fachmesse mit Kongress zum Thema Embedded Systeme“ am Nürnberger Messegelände.
Dr.-Ing. Peter Spies legt seine flache Hand auf einen unscheinbaren schwarzen Klotz mit silbrigem Deckel. Sofort steigen an einer in der Nähe stehenden Großanzeige drei Zahlen: Spannung, Strom, Temperatur. Was wie Zauberei aussieht, ist tatsächlich „Energy Harvesting“.
In diesem Fall wird Körperwärme zur Stromproduktion ausgenutzt. Im Temperatursensor-Klotz selbst befindet sich ein kleiner Stromspeicher: Auch dessen Energieinhalt gewinnt der Thermogenerator an der Oberseite. So können die Messwerte selbst dann per Funk übertragen werden, wenn keine Hand den Sensor wärmt.
Auf der „Embedded Systems“, jener Messe, wo es um kleinste elektronische Bauelemente in Geräten jeder Größe geht, war bislang „Energie“ kaum ein Thema. Doch heuer stellten sich einige Hersteller dem Trend Energieeffizienz. Ein Beispiel: Verbrauchsmessgeräte an Heizkörpern. Wo gemessen wird, sind meist Stromleitung oder Steckdose nicht vorhanden. Alle paar Jahre muss eine Servicekraft die Batterien im Messgerät austauschen: Ein erheblicher Personalaufwand für die Ablesefirma, erklärt Dr. Spies. Warum also nicht mit ein bisschen Heizkörperwärme Strom produzieren? Ein kleiner schwarzer Kasten, „Smart Energy Gateway“ genannt, genügt. Das könne noch viel mehr, doziert der Fraunhofer-Ingenieur. Der „Kasten vernetzt die Energiezähler für Wärme, Wasser und Strom und sorgt dafür, dass aus den aktuellen Verbräuchen und Tarifinformationen die richtige Steuerung zur Effizienzsteigerung eingeleitet wird.“
Aber nicht nur mit Wärme, sondern auch mit vielen anderen Energien, die überall aus der Umwelt zur Verfügung stehen, funktioniert Energy Harvesting. An Windkraft oder Sonnenlicht denken die meisten Menschen zuerst. Aber was, wenn an der Unterseite einer Brücke Luftfeuchte, Temperatur, Windstärke gemessen werden soll; dort, wo kein Sonnenstrahl hinkommt? „Dann nutzen wir die Vibration der Brücke aus. Die Resonanzfrequenz beträgt 3 bis 4 Hertz“; die Brücke schwingt also drei bis vier mal pro Sekunde ein klein Wenig auf und ab, erklärt Dr. Spies: Das reiche zur Stromversorgung des Sensors.
Auch an Bahn- und Schiffs-Containern funktioniere das Prinzip, Schwingung oder Beschleunigung in Strom zu verwandeln, berichtet der Fraunhofer-Mann: Der Besitzer könne dann orten, wo seine Kisten gerade sind. Oder an Ölbohrinseln: Mit Wackelenergie wird festgestellt, ob sie zu sehr vibrieren.
Für Energy Harvesting gäbe es also genügend Anwendungen. Nur wisse (fast) keiner, was und wie es geht. Doch Peter Spies ist vom Erfolg der Technik überzeugt. Nur über den Zeitpunkt will er (noch) nichts sagen.
Autor: WRA