Energy Harvesting ist eine Technik, die wohl bald in viele Bereiche des täglichen Lebens eindringen dürfte. 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 diese Energie wird vom Thermogenerator an der Oberseite gewonnen. So können die Messwerte auch dann per Funk übertragen werden, wenn keine Hand den Sensor wärmt.
Thermoelektrik heißt dieses altbekannte Prinzip, in dem in einem Piezoelement aus Wismut und Tellurit Ladungsträger getrennt werden. Nur wirklich industriell angewandt hat es noch (fast) niemand. Die IIS-Forscher wollen das nun ändern, weshalb sie damit auch auf die Embedded World gegangen waren, die „größte internationale Fachmesse mit Kongress zum Thema Embedded Systeme“ am Nürnberger Messegelände.
Wo es um kleinste elektronische Bauelemente in Geräten jeder Größe geht, war bislang „Energie“ kaum ein Thema. Doch diesmal hatte sich die „Embedded“ dem Trend Energieeffizienz gestellt. Schließlich müssen riesige Strommengen dafür aufgewendet werden, Wärmeverluste aus Gehäusen oder Gebäuden zu transportieren: Warum nicht einfach den Strom optimal ausnutzen?
Dennoch: Oft sei dort, wo gemessen wird, überhaupt keine Stromleitung, keine Steckdose, keine Speicherbatterie vorhanden, erklärt Spies. Deshalb ist er sicher: Für Energy Harvesting gäbe es genügend Anwendungen. Nur wisse das (fast) keiner. Als Beispiel nennt Spies die Verbrauchsmessgeräte an Heizkörpern. Auch wenn nur alle paar Jahre eine Servicekraft die Batterien austauschen muss, sei das ein erheblicher Personalaufwand für die Ablesefirma.
Zudem: Das kleine schwarze „Smart Energy Gateway“ 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.“ Doch nicht nur Wärme! Energy Harvesting klappt auch mit vielen anderen Energien, die in der Umwelt zur Verfügung stehen. Windkraft oder Sonnenlicht, darauf setzen viele Sensor- und Funkhersteller am häufigsten. Die US-Firma Cymbet wirbt beispielsweise dafür.
Doch was, wenn an den Sensor an der Unterseite einer Brücke kein Licht hinkommt und ich trotzdem Luftfeuchte, Temperatur, Windstärke messen will? „Dann nutzen wir die Vibration der Brücke aus. Die Resonanzfrequenz beträgt 3 bis 4 Hertz“, erklärt Spies und ist damit einer Meinung mit den Entwicklern von Texas Instruments.
Dasselbe Prinzip, nämlich Beschleunigung in Strom zu verwandeln, funktioniert laut Fraunhofer-Mann Peter Spies auch an Bahn- und Schiffs-Containern: Der Besitzer weiß, wo die Kisten gerade sind. Oder an Ölbohrinseln: Damit wird festgestellt, ob sie zu sehr vibrieren.
(Heinz Wraneschitz)