Projekt 17: Energy Harvesting

Projektbeschreibung Energy Harvesting

Dieses Projekt befasst sich mit dem Betrieb einer Uhr mittels eines Energy Havesters, welcher auf einer Solarzelle beruht und auf den im späteren Verlauf genauer eingegangen wird.

Einführung

Der zusammengesetzte Begriff Energy Harvesting leitet sich ab aus den beiden Begriffen Energy, was im deutschen Energie heißt, und Harvesting, was gleichbeteutend mit dem deutschem Wort ernten ist. Das Energy Harvesting setzt sich aus verschiedenen Bereichen von zu "erntender" Energie zusammen, welche sich in vier Unterkategorien einordenen lassen:

• Solarenergie
  
• Bewegungsenergie (Vibration, Wind, ..)
  
• Temperaturenergie (Wärme, Kälte)
  
• elektromagnetische Energie
  

Dieses Projekt befasst sich mit dem "ernten" von Solarenergie und dem abspeichern jener.

Energy Harvesting Vision

Das Energy Harvesting hat hohes Potenzial, was man vorallem an der immer wieder hochkochenden Diskussion über "erneuerbare Energien" in den Medien mitbekommt. Die Energie ist vorallem ökologisch sauber und viele der vier Unterkategoriern sind zwar nicht unbegrenz, aber unersättlich, wie beispielsweise Windenergie und Solarenergie. Zudem wirkt die Vorstellung bereits "verlorenen" gegangene beziehungsweise nicht genutzte Energie wieder aufzufangen sehr innovativ und ökologisch sauber. Beispiele gibt es dafür genüge, seien es Solarzellen in der Wüste oder elektromagnetisches Harvesting unter Hochspannungsleitungen. Die Möglichkeiten der Ernte sind schir unbgrenzt.

Im weiteren Verlauf der Arbeit verweisen wir auf Alternativen des Energy Harvestings zu unsererm Projekt. Dies finden Sie unter der Überschrift Alternative Ansätze.

Projekt

Bauteile

Zur Verwendung kam eine ausrangierte Solarzelle mit den Abmaßen 15cm x 7cm. Diese lieferte unter Tageslicht Einstrahlung etwa 0,5mA und 2,5V.

Zudem kamen zwei 1,2V Akkus mit einer Kapazität von 700mAh zum Einsatz.

Für die Schaltung "einfaches Aufladen" wurden folgende Bauteile benötigt:

• Solarzelle (siehe oben)
  
• Akkus (siehe oben)
  
• Uhr
  
• Diode 1N4001
  

Es ist darauf zu achten, dass mittels eines Widerstandes die Spannung der Akkus der benötigten Spannung der Uhr angepasst wird.

Für die Schaltung "pulsierendes Aufladen" wurden folgende Bauteile benötigt:

• Solarzelle (siehe oben)
  
• Akkus (siehe oben)
  
• Uhr
  
• 
  
• 
  
• 
  
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• 
  
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• 
  

Akkumulator "einfaches Aufladen"

Um zu berechnen, wie lange ein einzelner NiMh Akku mit 1,2V und 700mAh zum aufladen benötigt, wird die erzeugte Spannung, sowie die Stromstärke der Solarzelle in Normalzustand (Tageslicht, bewölkt) gemessen. Die Solarzelle liefert circa 2,5V und eine Stromstärke von 0,5mA. Dazu wurden folgende Formeln verwendet:

• C = Q / U (C = Kapazität, Q = Ladung, U = Spannung)
  
• t = C * U / I (t = Aufladezeit, I = Stromstärke)
  
• 1 Coulomb entspricht 1As = 0,27mAh (As = Amperesekunde, mAh= Milliamperestunde)
  
  

Um die obige Formel zu verwenden, müssen die 700mAh in Coulomb umgerechnet werden, was einer Ladung von 2520 Coulomb entspricht.
Der Akku hat eine Kapazität von 1008 Farad. Wird nun in die zweite Formel eingesetzt erhält man eine Aufladezeit von 58,3 Tagen Tageslicht.
Dies gilt nur, solange die Uhr nicht angeschlossen ist.

Akkumulator "pulsierendes Aufladen"

==== Schaltung ====center|Impulsladeschaltung]]

Alternative Ansätze

Bewegungsenergie
Ein Ansatz um kinetische Energie(Vibration, Stöße) zur Stromgenerierung zu verwenden ist hier zu finden

elektromagnetische Energie
Hier finden finden Sie Informationen bezüglich eines Getätes, welches mittels elektromagnetischer Strahlung Strom generiert.

Wärmeenergie
Um Informationen über die Benutzung von Wärmeenergie, beispielsweise eines heißen Getränkes zu erfahren, klicken Sie hier.

Fazit

In der Veranstaltung Elektrotechnik Fachpraktikum im 5.Semester konnten wir durch die lange Zeit der Recherche, innovative und spannende Möglichkeiten des Energy Harvestings kennenlernen. Bei der Arbeit an unserem Projekt hatten wir die Möglichkeit unter anderem zu Löten und Schaltpläne zu entwerfen. Es konnten Inhalte aus den Vorlesungen elektronische Bauelemente und Schaltungen, Elektrotechnik, sowie Aufbau und Verbindungstechnik angewendet werden. Für die Rahmenbedingungen der Veranstaltung wählten wir das Harvesting mittels Solarenergie aus, um einen erfolgreichen Projektabschluss möglich zu machen. Für künftige Arbeiten an dem Thema Energy Harvesting halten wir vorallem die Bereiche Vibrations-/ und Stoßenergie, sowie elektromagnetische Energie für interessant.

Quellen

http://www.heise.de/ct/artikel/Batterie-Nein-danke-1806105.html
http://www.energy-harvesting-net.de/technologie.html
http://eprints.soton.ac.uk/263653/1/Optimization.pdf
http://www.hsg-imit.de/fileadmin/gfx/Unser_Angebot/F_E_Dienstleistungen/Sensoren___Systeme/Energieautonome_Systeme/0801_AB_42_Mikro-Energietechnik_Energy_Harvesting_Elektromagnetische_Vibrationsgeneratoren_d.pdf