Projekt 35c: Energy Harvesting
Autoren: Marvin Geßner, Kai Hattwig
Betreuer: Daniel Klein
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Thema
Die Energieumwandlung von natürlichen Ressourcen wie Licht-, Wasser- und Windenergie in elektrische Energie wurde bereits umfangreich erforscht. Deutlich unerforschter sind die Nutzung des
- Thermoelektrischer Effekts
- Piezoelektrischen Effekts oder das
- "Ernten" elektromagnetischer Verluststrahlung.
Diese Arbeit soll einen Überblick über die State-of-the-Art Techniken der "Energie Ernte" geben. Hierzu kann beispielsweise das Energy Harvesting Solution To Go-Kit der Firma Linear Technologier zum Einsatz kommen.
Aufgabe
Bauen Sie eine Hörsaaluhr kostengünstig so um, dass Sie zukünftig Ihre Energie selbst "erntet" und ohne Batterie arbeitet.
Erwartungen an die Projektlösung
- Literaturrecherche der Theorie
- Überlegen, welches Harvesting-Verfahren (EM, Piezo,…) für eine Hörsaaluhr Energie liefern könnte.
- Beschaffung der notwendigen Bauteile
- Aufbau verschiedener Erntetechnologien
- Messung, Bewertung und Vergleich der Wirkungsgrade
- Minimierung als Embedded System
- Simulation mit Multisim
- Platinenlayout mit Ultiboard
- Platinenfertigung mit dem Fräsbohrplotter
- Bestückung und Inbetriebnahme
- Test und wiss. Dokumentation
- Live Vorführung der Funktion der HSHL Energy Harvesting Radio Controlled Clock (EHRCC)
Hinweis: Gehen Sie neue Wege und vermeiden Sie die bereits erschöpfend erforschten Möglichkeiten wie beispielsweise Solarzellen.
Einleitung
Energy Harvesting oder auch "Energie Ernten" gewinnt aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen für mobile Geräte kleine Mengen von elektrischer Energie mit geringer Leistung. Die Strukturen werden auch als Nanogeneratoren bezeichnet und eingesetzt. Energy Harvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batterien.[1]
Projekt
1821 entdeckte Thomas Johann Seebeck, dass zwischen Enden einer Metallstange eine elektrische Spannung entsteht, wenn in der Stange ein Temperaturunterschied (Temperaturgradient) herrscht. Mit geeigneten Materialien gelingt es dadurch in Peltier-Elementen, aus Temperaturdifferenzen elektrischen Strom zu erzeugen.[2]
Vorteile sind:
- keine beweglichen Teile
- wartungsfrei aufgrund der verwendeten Materialien
- mögliche Nutzung von natürlichen Wärmequellen oder Restwärme
......
Umsetzung
Projektplan
Projektdurchführung
Ergebnis
Bei einer Oberflächentemperatur von etwa 40° an dem Wärmekollektor und einer Umgebungstemperatur von etwa 20°, entsteht eine Temperaturdifferenz von etwa 20°. Diese Temperaturdifferenz wird von den Peltier-Elementen benötigt um eine Ausgangsspannung von etwa 0,6 Volt zu liefern. Bei einer geringeren Temperaturdifferenz wird eine geringere Spannung geliefert. Die entworfene Schaltung benötigt jedoch eine Mindesteingangsspannung von 0,6 Volt um zu arbeiten.
Zusammenfassung
Lessons Learned
- Anwenden von theoretischen Kenntnissen auf die Praxis
- Vertiefender Umgang mit der Software NI Multisim, Entwurf und Simulation der verwendeten Schaltung
- Vertiefender Umgang mit der Software NI Ultiboard, Layoutentwurf der Schaltung
- Aufbau und Inbetriebnahme einer selbst erstellten Schaltung
- Erstellung von CAD-3D Modellen, Herstellung von 3D-Druckteilen
- Organisation, Zeitmanagement und Teamarbeit
Projektunterlagen
YouTube Video
Weblinks
Literatur
- [1]Javier García-Martínez (Hrsg.): Nanotechnology for the Energy Challenge. 2. Auflage. John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-66513-6, Kapitel 4.
- [2]siehe Weblinks Thomas Johann Seebeck
- [3]siehe Weblinks Peltier Element
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