Projekt 35b: Energy Harvesting: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 21. Januar 2015, 10:59 Uhr

Autoren: Keck, Spenst
Betreuer: Prof. Schneider

der Electronic Harvester von Dennis Siegel

Aufgabe

Aufgabe des Projektes ist es, elektromagnetische Strahlung (z.B. aus Radiowellen oder WLAN) aufzufangen und einem technisch sinnvollen Zweck (z.B. Betrieb eines Gerätes oder Laden eines Akkus zuzuführen.

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. 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.

Schwierigkeitsgrad

Anmspruchsvoll (***)

Weiterführende Links

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 Aufgabe des Projektes ist es, elektromagnetische Strahlung (z.B. aus Radiowellen oder WLAN) aufzufangen und einem technisch sinnvollen Zweck (z.B. Betrieb eines Gerätes oder Laden eines Akkus zuzuführen.
-== Erwartungen an Ihre Projektlösung ==
+== Einführung ==
-*Einarbeitung in die Thematik
+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.
-*Darstellung der Theorie des Energy Harvesting
+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.
-*Aufbau eines Harvesting Devices
-*Anwendung: Die Funkuhr im Vorlesungssaal soll ohne Quelle mit „Energieernte“ auskommen.
+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.
-*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 ==