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Klimakontrolle in Smart Buildings

Autarker CO2-Sensor

17. Juli 2017, 10:49 Uhr | Matthias Heise

Der von GSS, Sharp und der University of West Scotland entwickelte Prototyp misst die CO2-Konzentration. Er versorgt sich dabei selbst mit Energie aus dem Umgebungslicht.

Für die Klimakontrolle in Smart Buildings haben Gas Sensing Solutions (GSS), Sharp und die University of West Scotland einen CO2-Sensor entwickelt, der seine Energie komplett aus dem Umgebungslicht zieht. Die drahtlose Kommunikation ist dabei mitinbegriffen.

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Smart Buildings benötigten autarke Geräte, die wenig oder keine Wartung benötigen. Daher der Ausdruck »Fit-and-Forget« oder »Einbauen und Vergessen«. Diese Geräte bestehen oft aus Sensoren/Aktuatoren, die Energie benötigen. Die Verwendung von austauschbaren Batterien oder die Nutzung des Stromnetzes ist oft nicht ideal, bedingt durch den Einsatzort, die Kosten oder auch zunehmend die Nutzerwünsche.

Um diesen Marktbedarf zu adressieren haben Gas Sensing Solutions (GSS), Sharp und die University of West Scotland zusammen den Prototypen eines CO₂-Sensors entwickelt. Der Sensor versorgt sich mit Hilfe von Sharps Energy-Harvesting-Technik selbst mit Energie und kann die Messe drahtlos weitergeben. Auch bei niedrigen Helligkeiten bis hinunter zu 200 lux funktioniert der Prototyp ohne Probleme. Solche Lichtverhältnisse werden typischerweise in Gebäuden und Fabriken gefunden.

Der Prototyp besteht aus einem neuen Sharp Energy Harvester, einem GSS SmartIR CO₂-Sensor und einem Low-Power-MCU/Wireless-Modul sowie einem Modul zum Management eines Energiespeichers. Dieser Energiespeicher kann entweder ein Lithium-Ionen-Akku oder einen Superkondensator sein.

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Effizienter CO2-Sensor

GSS patentierte SmartIR-Technik misst die Konzentration von CO₂ mit der Nicht-Dispersiven-InfraRot-Absorption (NDIR). CO2 absorbiert Infrarotlicht mit Wellenlängen zwischen 4,2 und 4,4 µm. Je höher die CO₂-Konzentration ist, umso mehr Licht wird absorbiert.

Herkömmliche CO₂-Detektoren nutzen Heizdrähte, um das benötigte Infrarotlicht zu erzeugen. Dabei entsteht Licht mit einem großen Wellenlängenbereich. Das Ergebnis sind hohe Energieverluste, da das Licht gefiltert werden muss, um nur die benötigten Wellenlängen durchzulassen. Im Gegensatz dazu hat GSS die ersten kommerziellen Infrarot-LEDs entwickelt, die nur zwischen 4,2 und 4,4 µm emittieren. Dadurch können die CO₂-Sensoren sehr effizient werden.