Projekt 35a: Energy Harvesting

Autoren: Borchert, Maas
Betreuer: Prof. Schneider

der Electronic Harvester von Dennis Siegel

Aufgabe

Unerschöpfliche Stromversorgung ohne Kabel und Batterie. Licht, Bewegung, Wärme, Strahlung – Energie umgibt uns in unterschiedlichen Formen. Sammeln Sie diese Energie ein und führen Sie diese einem technisch nützlichen Zweck zu, wie z. B. Akkus laden, Lichtschalter ohne Kabel oder Blinkschuhe mit Piezo-Harvester.

Erwartungen an Ihre Projektlösung

Einarbeitung in die Thematik
Darstellung der Theorie des Energy Harvesting
Aufbau eines Harvesting Devices
Anwendung: Die Funkuhr im Vorlesungssaal soll ohne Quelle mit „Energieernte“ auskommen.
Test und wiss. Dokumentation
Live Vorführung der Funktion der HSHL Energy Harvesting Radio Controlled Clock (EHRCC)
Gehen Sie neue Wege und vermeiden Sie die bereits erschöpfend erforschten Möglichkeiten wie beispielsweise Solarzellen

Schwierigkeitsgrad

Anspruchsvoll (***)

Beschreibung

Dieser Wiki-Eintrag ist eine Darstellung der Theorie des Energy Harvesting im Bereich der Piezoelektronik und enthält Grundlagen sowie erste Anleitungen zur möglichen Energieverwendung.

Vorgehen

1. Suche eines neuen Weges zur Energieerzeugung 2. Grundlagenforschung zum Thema Piezoeffekt 3. Beschaffung 4. Aufbau eines Harvesting Devices

Neue Wege zur Energieerzeugung

Es gibt viele Möglichkeiten Energie, die sich in unserer Umwelt befindet, dazu zu nutzen, elektrische Energie zu erzeugen. Jedoch eignen sich nicht alle Verfahren zu einer „unerschöpflichen Energiequelle“. Für dieses Projekt soll die Bewegungsenergie der menschlichen Schritte, welche täglich von Millionen von Menschen eingesetzt wird um sich fortzubewegen, in elektrische Energie umgewandelt und einem technisch nützlichen System (z.B. von LED-Warnleuchten) zugeführt werden.

Grundlagen zur Piezoelektrizität

Der Piezoeffekt, die mechanische Verformung von kristallinen Materialien zur Erzeugung von elektrischen Ladungen, wurde im Jahre 1880 von den Gebrüdern Curie entdeckt. Der Name Piezoeffekt stammt vom griechischen Wort „Piezo“, welches die Bedeutung „Druck“ oder „Pressen“ hat. Beim inversen Piezoeffekt werden die piezoelektrischen Elemente durch das Anlegen von elektrischen Feldern verformt. Hauptsächlich Anwendung finden Piezoelemente in der Sensorik und Aktorik. Bei der Aktorik macht man sich die Eigenschaft des inversen Piezoeffektes zunutze, weitere Informationen zu den Grundlagen der Aktorik finden Sie hier (http://www.piezosystem.de/piezo_nanopositionierung/downloads/technische_informationen/piezo_theorie). Um „Energie zu ernten“ wird der direkte Piezoeffekt genutzt, welcher nachfolgend näher erläutert wird. Für die Nutzung des Piezoeffektes ist es von Bedeutung, dass das Piezoelemente aus einem Kristall mit einer Kristallsymmetrie besteht welches kein Symmetriezentrum besitzt. Da bei einem solchem Aufbau eines Kristalles sich der negative sowie positive Ladungsschwerpunkt, durch eine mechanische Belastung, verschiebt und eine elektrische Spannung erzeugt wird (siehe Abbildung XY)

Die erzeugten elektrischen Spannungen können mit Hilfe von Elektroden, welche an den Piezoelementen angebracht sind, abgeleitet werden.

Beschaffung

Für die Beschaffung von Piezoelementen für die aktorische Anwendung gibt es zahlreiche Angebote, jedoch gibt es nur wenige Anbieter für die Piezoelemente aus dem Bereich der Sensorik. Einer der kompetentesten Anbieter von Piezoelementen in Deutschland ist die Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG.

Weiterführende Links

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