Energie-autarke Funksensornetze

Temperaturdifferenz als Basis

Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung eines Thermowandlers, der auf dem Seebeck-Effekt basiert. Beim Seebeck-Effekt wandeln die Halbleiterbauelemente – Hunderte so genannte Schenkel – eines Peltier-Elementes einen durch eine Temperaturdifferenz hervorgerufenen Wärmestrom zu einem gewissen Teil in elektrische Energie um. Die Firma Micropelt beispielsweise stellt integrierte Peltier-Elemente mit Tausenden von Schenkeln her, die eine Ausgangsspannung von einigen Volt liefern.

Demgegenüber liegt die Hauptproblematik bei Standard-Peltier-Elementen in der Nutzung der geringen Ausgangsspannung bei kleinen Temperaturdifferenzen. Hier sind demzufolge Spannungswandlerkonzepte nötig, die eine Wandlung von etwa 100 mV auf 2 bis 3 V bei einer Leistung von rund 100 µW ermöglichen.

Ein entsprechendes Konzept wurde von der Fraunhofer TEG im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts EnAS (Energieautarke Aktor- und Sensorsysteme für die intelligente drahtlose Vernetzung von Produktionsanlagen; Computer&AUTOMATION 2007, H. 7, S. 58ff.) entwickelt, realisiert und in einen Demonstrator verbaut: Im Deckel einer Thermoskanne befindet sich das Peltier-Element zusammen mit der Spannungswandlerschaltung, Mikrocontrollern, LCD-Anzeige und Funkmodul (Bild 1). Der Füllstand und die Temperatur des heißen Inhalts können per Funk alle paar Sekunden angezeigt und übertragen werden. Die minimal nutzbare Temperaturdifferenz für eine solche Sensorik liegt bei 3 K. Im industriellen Kontext wäre eine Vielzahl von Wärmequellen wie Prozesswärme oder Motoren nutzbar.

• Vibrationswandler

Vibrationswandler der Firma Perpetuum Ltd ermöglichen schon seit einiger Zeit die resonante Kopplung an vibrierende Maschinenteile beziehungsweise Motoren.

1. Energie-autarke Funksensornetze
2. Autarke Funksensorsysteme der Zukunft
3. Temperaturdifferenz als Basis
4. Energetische Charakterisierung