Energiemanagement Applikationsgerechte Systeme für Energy Harvesting

Energy Harvesting gewinnt weiterhin an Bedeutung in verschiedensten Anwendungen vom Umwelt-Monitoring bis hin zur Prozessüberwachung.
Energy Harvesting gewinnt weiterhin an Bedeutung in verschiedensten Anwendungen vom Umwelt-Monitoring bis hin zur Prozessüberwachung.

Energy Harvesting gewinnt weiterhin an Bedeutung in verschiedensten Anwendungen vom Umwelt-Monitoring bis hin zur Prozessüberwachung. Neue Ansätze zum Energiemanagement sollen schlanke Messsysteme ermöglichen, die bisherigen Systemen hinsichtlich Miniaturisierungsgrad, funktionaler Robustheit gegenüber Änderungen in den spezifischen Umgebungsgrößen und ihren Umwelteigenschaften überlegen sind.

Energieautarke Sensoren sind Systeme, die vollständig über eine integrierte Energiequelle versorgt werden. Dabei ermöglichen Energy Harvester die Wandlung von Umgebungsgrößen aus dem unmittelbaren Umfeld des Sensors in elektrische Energie – und können damit die Einsatzzeit verteilter sensorischer Systeme gegenüber dem reinen Batteriebetrieb erheblich verlängern. Neben der Gebäudeautomatisierung treten zunehmend auch Applikationen der Prozess- und Zustandsüberwachung in industriellen Umgebungen in den Vordergrund. Der wartungsfreie kabellose Betrieb ermöglicht dabei über eine örtlich hoch aufgelöste Datenerfassung hinaus Zugang zu Orten, die mit drahtgebundenen Systemen schwer zugänglich sind. Trotz stetigen Effizienzsteigerungen von energiesparenden Prozessoren, Energiezwischenspeichern und integrierten Schaltkreisen des Power Management führen die endlichen Leistungsdichten der Energiewandler zu einem wesentlichen Volumen- und Gewichtsanteil am Gesamtsystem.

Eine schlanke, applikationsgerechte Auslegung der Energieversorgungseinheit ist daher der Schlüssel für Miniaturisierung und umweltgerechte Entwicklung autarker Sensorsysteme. Dabei muss die Funktion zu jedem Zeitpunkt, und zwar über die gesamte Bandbreite des Anwendungsbereiches sowie die Einsatzdauer des Sensors, gewährleistet sein. Eine präzise Definition des verbraucherseitigen Lastprofils sowie der Umgebungsbedingungen sind damit unabdingbar. Der Entwicklungsprozess von Energy-Harvesting-Systemen beginnt in der Regel mit einer Charakterisierung der nichtelektrischen physikalischen Eingangsgrößen vor Ort und endet mit der Verifizierung des Systems im Feld. Die Abbildung dieser Umgebungsgrößen in Labor und Simulation ist für die Auswahl und Konfiguration von Teilkomponenten sowie deren Optimierung im Kontext der gesamten Energiewandlungskette ein wichtiger entwicklungsbegleitender Schritt.