IoT und Nachhaltigkeit: Neue Lösungen zur Energiegewinnung im Fokus

Technologien, die Energie aus der Umwelt erfassen: Energy Harvesting hat das Potenzial, Geräte und Sensoren des Internets der Dinge (IoT) energieeffizienter zu machen. Nun kommen zwei neue Lösungen auf den Markt, die verschiedene Methoden dieser Art der Energiegewinnung ausloten.

Eines dieser Technologien ist ein von der Sony Semiconductor Solutions Corporation (SSS) entwickeltes Modul. Nach Angaben des Unternehmens ist es dazu in der Lage, Energie aus dem Rauschen elektromagnetischer Wellen zu gewinnen, das von Robotern in Fabriken, Monitoren und Beleuchtungen in Büros, Fernsehern oder ähnlichen Geräten erzeugt wird. Auf diese Weise präsentiert sich das Modul als stabile Stromversorgung, die für IoT-Sensoren und Kommunikationsgeräte mit geringem Stromverbrauch benötigt wird.

SSS beabsichtigt, die neue Technologie im Rahmen seiner Bemühungen um die Schaffung eines Energiekreislaufmodells einzusetzen und so zur Entwicklung einer nachhaltigen IoT-Gesellschaft beizutragen.

Als Teil einer Antenne nutzt das neue SSS-Energieerfassungsmodul Metallteile von elektronischen Geräten, die eine Quelle für elektromagnetisches Wellenrauschen darstellen. Hinzu kommt eine Gleichrichterschaltung mit hoher elektrischer Umwandlungseffizienz in einer originellen Struktur. Dadurch ist es möglich, elektromagnetisches Wellenrauschen in einem Bereich von wenigen Hz bis 100 MHz in elektrische Energie umzuwandeln, um beispielsweise IoT-Sensoren mit geringer Leistung zu versorgen oder sogar Batterien aufzuladen – trotz der kompakten Größe.

Laut SSS handelt es sich um die branchenweit erste Technologie zur Energiegewinnung, die auf dieser Methode basiert und bisher ignoriertes elektromagnetisches Wellenrauschen effizient als neue Energiequelle nutzt. Zudem garantiert die kompakte Bauweise des Moduls, die durch eine minimale Anzahl von Komponenten erreicht wird, mehr Flexibilität und Freiheit bei der Installation. Ein weiterer Vorteil: Bei eingeschalteten elektronischen Geräten wird Energie auch dann aufgefangen, wenn sie nicht benutzt werden. Das macht die Technologie in einer Vielzahl von Nutzungssituationen, sowohl in Innenräumen als auch im Freien, äußerst vielversprechend – wie SSS hinzufügt.

Die wichtigsten Merkmale des neuen SSS-Moduls:

Hoher Wirkungsgrad: Elektronische Geräte, die Geräusche durch elektromagnetische Wellen erzeugen, können zu einer Energiequelle mit einer Leistung von mehreren 10 μW bis zu mehreren 10 mW werden. Dazu gehören beispielsweise Haushaltsgeräte, Computer, Beleuchtungsanlagen, Aufzüge und Industrieanlagen.

Verwendbar für eine Vielzahl von Anwendungsfällen: Diese Methode unterscheidet sich von anderen, die Sonnenlicht, elektrische Wellen und Temperaturunterschiede nutzen und anfällig für Umweltfaktoren wie die Helligkeit der Beleuchtung und die Innenraumumgebung sind. Denn das neue Modul ermöglicht eine kontinuierliche Erfassung, solange die elektronischen Geräte nur eingeschaltet, aber nicht unbedingt in Gebrauch sind.

Identifizierung des Gerätestatus: Da die Technologie kontinuierlich das von elektronischen Geräten erzeugte elektromagnetische Wellenrauschen erfasst, kann sie durch die Erkennung von Spannungsänderungen auch den Status der Geräte bestimmen. So ist es beispielsweise möglich festzustellen, ob die Beleuchtung normal funktioniert, und Fehler in Robotern mit eingebauten Motoren vorherzusagen.

Warum zwei besser sind als einer

Die zweite Neuheit ist ein PMIC, ein integrierter Schaltkreis für das Energiemanagement, der zwei Energiequellen gleichzeitig und unabhängig voneinander verarbeitet. Der vom Energy-Harvesting-Unternehmen e-peas entwickelte AEM13920 kann die Energiegewinnung aus einer beliebigen Kombination von zwei Quellen maximieren – beispielsweise aus Photovoltaikzellen, einem thermoelektrischen Generator, Radiofrequenz oder gepulster (kinetischer) Energie. Laut e-peas waren spezialisierte PMICs bisher für den Betrieb mit einer einzigen Art von Energiequelle optimiert.

Das Unternehmen betont, dass die Fähigkeit, mit zwei Energiequellen zu arbeiten, neue Designmöglichkeiten für kleine elektronische Geräte eröffnet. So könnte beispielsweise eine Fernbedienung auf der Vorder- und Rückseite getrennte Photovoltaikzellen haben, um Energie zu sammeln – unabhängig davon, ob das Gerät nach oben oder unten gerichtet ist. In dieser und anderen Anwendungen kann der AEM13920 eine Lösung sein, die dazu beiträgt, die Energierückgewinnung aus Quellen zu maximieren.

Der Vorteil: Das AEM13920 ist mit vielen Arten von wiederaufladbaren Batterien und Speicherelementen kompatibel. Beispiele dafür sind Lithium-Polymer-, LiFP- und Li-Keramik-Modellen sowie Lithium-Hybrid-Kondensatoren.