Projekt 35b: Energy Harvesting - Versionsgeschichte

Robert Keck: /* Weiteres Vorgehen */

2015-02-06T21:25:22Z

Weiteres Vorgehen

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:25 Uhr
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	== ~~Weiteres Vorgehen~~ ==		== Youtube Video ==
	Zu diesem Projekt wurde ein Youtube-Video erstellt. [http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Link]		Zu diesem Projekt wurde ein Youtube-Video erstellt. [http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Link]

Robert Keck: /* Weiteres Vorgehen */

2015-02-06T21:18:31Z

Weiteres Vorgehen

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:18 Uhr
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	== Weiteres Vorgehen ==		== Weiteres Vorgehen ==
	Zu diesem Projekt wurde ein Youtube-Video erstellt. *[http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Link]		Zu diesem Projekt wurde ein Youtube-Video erstellt. [http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Link]


	== Lessons Learnd ==		== Lessons Learnd ==

Robert Keck am 6. Februar 2015 um 21:15 Uhr

2015-02-06T21:15:14Z

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:15 Uhr
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	== Weiteres Vorgehen ==		== Weiteres Vorgehen ==
	Bei einer Fortsetzung des Projektes ist zunächst an der Optimierung der Schaltung anzusetzen. Dabei sollte man einerseits verschiedene Bauelemente kombinieren (z.B. der Einsatz von Silicium-Kondensatoren) und andererseits verschiedene Antennen (WLAN, Bluetooth etc.) testen, um eine möglichst hohe Energieausbeute zu erreichen. Dies ist jedoch nur mit einem höheren Projektbudget möglich, weil eine Vielzahl an Schaltungen getestet werden muss. Sobald die Schaltung mit der besten Energieausbeute gefunden wird, kann man ein entsprechendes Platinenlayout erstellen und mithilfe der Platine einen kompakten Energy Harvester bauen. Aufgrund der Erfahrungen aus diesem Projekt sowie weiteren Recherchen im Internet ist jedoch zu bezweifeln, dass mit einem Energy Harvester Ströme geernetet werden können, die zum Laden eines Handyakkus ausreichen.		Bei einer Fortsetzung des Projektes ist zunächst an der Optimierung der Schaltung anzusetzen. Dabei sollte man einerseits verschiedene Bauelemente kombinieren (z.B. der Einsatz von Silicium-Kondensatoren) und andererseits verschiedene Antennen (WLAN, Bluetooth etc.) testen, um eine möglichst hohe Energieausbeute zu erreichen. Dies ist jedoch nur mit einem höheren Projektbudget möglich, weil eine Vielzahl an Schaltungen getestet werden muss. Sobald die Schaltung mit der besten Energieausbeute gefunden wird, kann man ein entsprechendes Platinenlayout erstellen und mithilfe der Platine einen kompakten Energy Harvester bauen. Aufgrund der Erfahrungen aus diesem Projekt sowie weiteren Recherchen im Internet ist jedoch zu bezweifeln, dass mit einem Energy Harvester Ströme geernetet werden können, die zum Laden eines Handyakkus ausreichen.


			== Weiteres Vorgehen ==
			Zu diesem Projekt wurde ein Youtube-Video erstellt. *[http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Link]

Robert Keck: /* Durchführung */

2015-02-06T21:08:55Z

Durchführung

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:08 Uhr
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	Zunächst wird eine Antenne benötigt. Diese sollte ein möglichst breites Frequenzspektrum empfangen können. Die in einem frühen Stadium des Projektes ausgewählte Antenne (UKW-Dipol-Ringantenne) ist nicht optimal, da sie nur Radiowellen im UKW-Bereich von 87,5 – 108 MHz empfangen kann. Gegebenenfalls kann parallel eine weitere Antenne genutzt werden, um auch höherenergetische Frequenzen im Mikrowellenbereich zu empfangen. Dazu eignet sich z.B. eine WLAN-Antenne.		Zunächst wird eine Antenne benötigt. Diese sollte ein möglichst breites Frequenzspektrum empfangen können. Die in einem frühen Stadium des Projektes ausgewählte Antenne (UKW-Dipol-Ringantenne) ist nicht optimal, da sie nur Radiowellen im UKW-Bereich von 87,5 – 108 MHz empfangen kann. Gegebenenfalls kann parallel eine weitere Antenne genutzt werden, um auch höherenergetische Frequenzen im Mikrowellenbereich zu empfangen. Dazu eignet sich z.B. eine WLAN-Antenne.
	Als Uhr kommt eine gewöhnliche Wanduhr zum Einsatz, die mit einem AA-Mignon-Akku betrieben wird.		Als Uhr kommt eine gewöhnliche Wanduhr zum Einsatz, die mit einem AA-Mignon-Akku betrieben wird.
	Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.		Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung (siehe Bild rechts) [4].

	[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]]		[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]]

Robert Keck: /* Durchführung */

2015-02-06T21:08:26Z

Durchführung

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:08 Uhr
Zeile 41:		Zeile 41:
	Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.		Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.

	[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]~~][http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/stromrichter_gleichrichter.htm~~]		[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]]

	Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.		Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.

Robert Keck: /* Durchführung */

2015-02-06T21:07:36Z

Durchführung

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:07 Uhr
Zeile 41:		Zeile 41:
	Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.		Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.

	[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]]		[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]][http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/stromrichter_gleichrichter.htm]
	[http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/stromrichter_gleichrichter.htm]

	Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.		Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.
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	:<math>C=I \cdot {\Delta{}t \over \Delta{}U}</math>		:<math>C=I \cdot {\Delta{}t \over \Delta{}U}</math>




	== Bauteile (BOM) ==		== Bauteile (BOM) ==

Robert Keck am 6. Februar 2015 um 21:06 Uhr

2015-02-06T21:06:21Z

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:06 Uhr
Zeile 41:		Zeile 41:
	Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.		Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.

	[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]] *http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/stromrichter_gleichrichter.htm		[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]]
			[http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/stromrichter_gleichrichter.htm]

	Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.		Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.

Robert Keck am 6. Februar 2015 um 21:05 Uhr

2015-02-06T21:05:39Z

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:05 Uhr
Zeile 41:		Zeile 41:
	Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.		Da die von der Antenne empfangenen Wellen eine Wechselspannung darstellen, muss diese zunächst gleichgerichtet werden. Für unseren Zweck eignet sich der Brückengleichrichter, der durch vier Dioden funktioniert. Diese Verschaltung der Dioden klappt den negativen Anteil der Wechselspannung in den positiven Bereich. Dadurch entsteht eine gleichgerichtete aber immer noch pulsierende Spannung.

	[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]]		[[Datei:003.gif\|300px\|right\|Angenäherte Gleichspannung]] *http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/stromrichter_gleichrichter.htm

	Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.		Zusätzlich kommen mehrere Glättungskondensatoren zum Einsatz. Diese werden gebraucht, um die immer noch pulsierende Spannung einer Gleichspannung anzunähern.
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	*[http://www.ct.de/1306160 c't-Artikel]		*[http://www.ct.de/1306160 c't-Artikel]
	*[http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Youtube Clip]		*[http://www.youtube.com/watch?v=tZVKzBAA484&feature=youtu.be Youtube Clip]

Robert Keck: /* Einführung */

2015-02-06T21:00:50Z

Einführung

← Nächstältere Version		Version vom 6. Februar 2015, 21:00 Uhr
Zeile 11:		Zeile 11:

	== Einführung ==		== Einführung ==
	Als Energy Harvesting (zu Deutsch: Energie-Ernten) bezeichnet man die Verwertung von elektrischer Energie in kleinen Mengen aus der direkten Umgebung elektronischer Geräte~~. Dabei kann mithilfe sogenannter Nanogeneratoren ungenutztes Energiepotential genutzt werden, welches andernfalls verloren geht~~. Je nach Verwendungszweck gibt es verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten für eine Energy-Harvesting-Anwendung. Bei der Gewinnung elektromagnetischer Strahlen mithilfe von Antennen können Geräte drahtlos und ohne Batterien mit geringen Strommengen versorgt werden.		Als Energy Harvesting (zu Deutsch: Energie-Ernten) bezeichnet man die Verwertung von elektrischer Energie in kleinen Mengen aus der direkten Umgebung elektronischer Geräte. Je nach Verwendungszweck gibt es verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten für eine Energy-Harvesting-Anwendung. Bei der Gewinnung elektromagnetischer Strahlen mithilfe von Antennen können Geräte drahtlos und ohne Batterien mit geringen Strommengen versorgt werden.
	Die Idee hinter dem Energy Harvesting ist die sinnvolle Nutzung verlorener Energie für den Betrieb von Geräten mit geringem Energiebedarf. Im Zuge der Energiewende ist dies einer der Ansätze für die nachhaltige und umweltschonende Erzeugung von Strom. Aufgrund der geringen Energiemengen, die mithilfe von Energy Harvesting gewonnen werden, wird das Prinzip nach heutigem Stand der Technik noch nicht serienmäßig für den Betrieb von Geräten genutzt. Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung von Energy-Harvesting-Methoden für eine noch effektivere Energieaufnahme und eine effizientere Umwandlung der Energie in elektrischen Strom. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Aufladung von Batterien und Akkumulatoren für tragbare Geräte wie Mobiltelefone, MP3-Player und Funkuhren.		Die Idee hinter dem Energy Harvesting ist die sinnvolle Nutzung verlorener Energie für den Betrieb von Geräten mit geringem Energiebedarf. Im Zuge der Energiewende ist dies einer der Ansätze für die nachhaltige und umweltschonende Erzeugung von Strom. Aufgrund der geringen Energiemengen, die mithilfe von Energy Harvesting gewonnen werden, wird das Prinzip nach heutigem Stand der Technik noch nicht serienmäßig für den Betrieb von Geräten genutzt. Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung von Energy-Harvesting-Methoden für eine noch effektivere Energieaufnahme und eine effizientere Umwandlung der Energie in elektrischen Strom. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Aufladung von Batterien und Akkumulatoren für tragbare Geräte wie Mobiltelefone, MP3-Player und Funkuhren.

	Hinter dem Sammelbegriff „Energy Harvesting“ stehen diverse verschiedene Umsetzungsmethoden, bei denen man verschiedene Energieformen in elektrischen Strom umwandeln kann. Beim Piezoelektronischen Energy Harvesting nutzt man mechanische Kraft, die auf einen sogenannten Piezokristall einwirkt und diesen elastisch verformt (z.B. zusammendrücken). Durch die elastische Verformung entstehen elektrische Spannungen in den Piezokristallen, welche als Energie genutzt werden können. Eine weitere Möglichkeit ist Aufnahme elektromagnetischer Strahlung mithilfe von Antennen. Die bekannteste Anwendung sind passive RFIDs (radio-frequency identification). Dieses Prinzip wird im nachfolgenden Kapitel etwas ausführlicher erläutert. Mithilfe von Thermoelektrischen Generatoren nutzen Energie, die durch Temperaturunterschiede entsteht zur Erzeugung von elektrischem Strom. Dabei steigt die Menge an nutzbarem Strom mit der Differenz der genutzten Temperaturen. Solche Generatoren werden u.a. in Petroleumlampen bzw. Petroleum-Gasbrennern sowie Holzkohlegrills verbaut. Beim Photovoltaik wird Lichtenergie, in der Regel aus Sonnenlicht, gewonnen und mittels Solarzellen direkt in elektrisch nutzbare Energie umgewandelt. Ein neuer und bislang nur in Prototypen umgesetzter Ansatz ist das Osmosekraftwerk. Dabei wird der Unterschied im Salzgehalt verschiedener Wasserlösungen genutzt, um durch Osmose (eine Diffusion durch eine semipermeable Membran) Energie zu gewinnen. Wird diese Energie umgewandelt (z.B. durch Brennstoffzellen), können damit elektrische Ströme erzeugt werden.		Hinter dem Sammelbegriff „Energy Harvesting“ stehen diverse verschiedene Umsetzungsmethoden, bei denen man verschiedene Energieformen in elektrischen Strom umwandeln kann. Beim Piezoelektronischen Energy Harvesting nutzt man mechanische Kraft, die auf einen sogenannten Piezokristall einwirkt und diesen elastisch verformt (z.B. zusammendrücken). Durch die elastische Verformung entstehen elektrische Spannungen in den Piezokristallen, welche als Energie genutzt werden können. Eine weitere Möglichkeit ist Aufnahme elektromagnetischer Strahlung mithilfe von Antennen. Die bekannteste Anwendung sind passive RFIDs (radio-frequency identification). Dieses Prinzip wird im nachfolgenden Kapitel etwas ausführlicher erläutert. Mithilfe von Thermoelektrischen Generatoren nutzen Energie, die durch Temperaturunterschiede entsteht zur Erzeugung von elektrischem Strom. Dabei steigt die Menge an nutzbarem Strom mit der Differenz der genutzten Temperaturen. Solche Generatoren werden u.a. in Petroleumlampen bzw. Petroleum-Gasbrennern sowie Holzkohlegrills verbaut. Beim Photovoltaik wird Lichtenergie, in der Regel aus Sonnenlicht, gewonnen und mittels Solarzellen direkt in elektrisch nutzbare Energie umgewandelt. Ein neuer und bislang nur in Prototypen umgesetzter Ansatz ist das Osmosekraftwerk. Dabei wird der Unterschied im Salzgehalt verschiedener Wasserlösungen genutzt, um durch Osmose (eine Diffusion durch eine semipermeable Membran) Energie zu gewinnen. Wird diese Energie umgewandelt (z.B. durch Brennstoffzellen), können damit elektrische Ströme erzeugt werden.


	== Elektromagnetisches Energy-Harvesting ==		== Elektromagnetisches Energy-Harvesting ==

Robert Keck: /* Ergebnisse */

2015-02-05T22:53:19Z

Ergebnisse

← Nächstältere Version		Version vom 5. Februar 2015, 22:53 Uhr
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	Differenz: 0,2995mW		Differenz: 0,2995mW