TREND Energy Harvesting: Batterie, nein danke!

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Milliarden Knoten des Internet der Dinge lassen sich nicht via Kabel mit Strom versorgen. Und Batteriewechseln macht zu viel Arbeit. Bleibt nur die wartungsfreie Energieversorgung aus dem Nichts.

Energie ist immer und überall. Und sie ist frei verfügbar als Licht, Wärme, Bewegung oder Strahlung. Man muss sie nur „pflücken“. Umgewandelt in elektrische Energie lassen sich dann „genügsame“ Geräte mit Strom versorgen. Klingt logisch, und trotzdem wollte die Methode bislang noch nicht so richtig in die Gänge kommen.

So einfach ist es eben nicht. Erst einmal muss genügend elektrische Energie aus der Umgebung geerntet und diese dann verlustarm in die benötigte Versorgungsspannung umgewandelt werden. Alle beteiligten Bauteile dürfen nur wenig Energie selbst benötigen. Und zu guter Letzt sollte das System möglichst billiger sein als eine Lösung mit herkömmlichen Batterien.

Das ist zumindest für kleine Verbraucher nahezu unmöglich. Eine Knopfzelle aus Asien kostet etwa 10 Cents. Und der Energiesammler benötigt schließlich auch einen lokalen Speicher wie einen Superkondensator oder einen Akku. Allerdings ist es auch nicht nachhaltig und kostengünstig Hunderte von Batterien für Funkschalter oder Funksensoren in einem Gebäude regelmäßig auszutauschen. Deshalb eignet sich Energy Harvesting besonders gut für Applikationen mit Funkinterfaces wie in der Umweltmesstechnik, Industrie- und Gebäudeautomatisierung oder der Medizintechnik.

Neuer Milliardenmarkt Energy Harvesting

Neue Studien unterstreichen diese Entwicklung. MarketsandMarkets erwartet etwa für den weltweiten Energy-Harvesting-Markt bis 2022 einen Umsatz von 974.4 Millionen US Dollar mit einem durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 19.6 Prozent zwischen 2016 und 2022.

Geht es nach den Analysten von Semico Research, wird die Anzahl von Energy Harvestern bis 2020 bei einem durchschnittlichen Jahreswachstum von 80,6 Prozent auf 777 Mio. Einheiten steigen. Damit sollen sie den Halbleiterherstellern bis 2020 einen Umsatz von 3 Mrd. US-Dollar bescheren.

Schließlich enthält ein komplettes Energy-Harvesting-System eine ganzen Reihe von Komponenten. Neben dem Harvester und Transducer (Wandler) kommen Leistungswandler, Powermanagement, Microcontroller und Energiespeicher zum Einsatz.

Bei Semico Research geht man davon aus, dass Energy Harvesting in Zukunft in vielen Bereichen Batterien ersetzen oder die Laufzeit von Batterien verlängern wird. Drahtlose Sensornetze für Brücken, Infrastrukturanwendungen, Gebäude- und Heimautomatisierung gehören ebenso dazu wie Automotive, Mobiltelefone oder Wearables.

Heiße Harvester in Automobilen

Mit der Abwärme nutzen thermoelektrische Harvester eine unerschöpfliche Energiequelle. Die Energie gewinnen dabei sogenannte Peltier-Elemente aus den Temperaturunterschieden etwa zur Umgebung. Sie produzieren allerdings nur sehr kleine Spannungen von etwa 10 mVolt/Kelvin.

Eine wachsende Anzahl von Anwendungen wie etwa in Sensornetzwerken kommen jedoch mittlerweile mit so wenig Strom aus, dass schon geringe Temperaturdifferenzen den Bedarf decken würden. Und Fahrzeughersteller wie Volkswagen, Volvo, Ford und BMW arbeiten zusammen mit der NASA an Systemen, die aus der nicht gerade geringen Abwärme in Automobilen elektrische Energie von bis zu 1200 W gewinnen und so den Treibstoffverbrauch um 3 bis 5 Prozent reduzieren können.

Das lässt bis 2026 nach einer gerade veröffentlichten Studie von IDTechEx den Markt für thermoelektrische Energiesammler auf über 1.1 Milliarden US Dollar anwachsen.

 

Batterie, nein danke!

Energy Harvesting wird in Zukunft so manche Batterie ersetzen oder ihre Laufzeit verlängern. (Bild: Pixabay).