21/10/2015 - Umweltenergien mit geringer Leistung - Vibration, Energiequelle für elektronische Geräte

Menéame

Javier Ortiz, Professor der UPV/EHU, untersucht, wie die Umweltenergien mit geringer Leistung (z.B. Vibration) um sie in eine Stromversorgung verschiedener Geräte zu verwandeln, die Züge, Flugzeuge, sogar Implantate überwachen.

Nach Ansicht von Ortiz können diese Energien zwar nur sehr begrenzte Energien erzeugen, aber dennoch sehr wichtig sein, da sie die Möglichkeit bieten, auf unbestimmte Zeit selbstverfütterte elektronische Systeme zu haben.

Niedrige Umweltenergien

Ortiz, Ingenieur und Professor an der UPV/EHU, sagt: "Die unbefristete Selbsterhaltung von Geräten versucht, eine Alternative zu sein, um die Nutzungszeit der Batterien zu verlängern und in einigen Fällen sogar zu ersetzen. Aus diesem Grund entsteht vor etwa 10-12 Jahren diese Bewegung, um diese Technologien zu entwickeln, die auf eine Vielzahl von tragbaren Geräten mit geringem Verbrauch, vor allem Sensoren, auch auf biologische Implantate, angewendet werden. In jüngster Zeit wird die Forschung verstärkt, um die Batterie der Smartphones aus der gleichen Funkenergie wie die nächsten WLAN-Router aufzuladen."

Ortiz erklärt: "Alle diese kleinen Geräte brauchen Strom, und wenn es einfach ist, auf die Batterie zuzugreifen und sie zu ersetzen, weil es kein Problem gibt, aber in vielen Fällen ist das eine unüberwindliche Belastung. Deshalb wird diese Alternative gesucht, wo die vorhandene Umweltenergie selbst erfasst, gespeichert und zur Versorgung dieser Geräte genutzt werden kann." Im vorliegenden Fall wurde die Forschung über elektronische Schaltungen für die Sammlung oder den Erwerb von Vibrationsenergie durchgeführt, insbesondere über Schaltkreise, die piezoelektrische Transduktoren verwenden, die vibriert werden.

Auf die Frage, wie man Energie aus der Vibration erhält, antwortet Ortiz: "Im Grunde genommen wegen der Eigenschaften bestimmter Materialien, die Piezoelektrik genannt werden. Das bekannteste ist Quarz, obwohl in diesen Anwendungen synthetische Keramiken mit verbesserten piezoelektrischen Eigenschaften verwendet werden. Wenn diese piezoelektrischen Materialien einer mechanischen Spannung oder Bewegung unterworfen werden, erfolgt eine Verschiebung der elektrischen Ladung, d. h. die positiven Ladungen werden in einen Bereich und die negativen in einen anderen gezogen. In Physik nennt man das "elektrisches Potenzial." Wenn jedes Mal, wenn diese Bewegung stattfindet, diese Ladungen erfasst und gespeichert werden können, ist es so, als würden wir eine Batterie aufladen. Kurz erklärt, so erzeugt die Vibration Energie."

Luftverkehr, Eisenbahn...

Laut Ortiz sollen die meisten Forschungsarbeiten zu diesem Thema höhere Energiedichten erreichen, indem die Abmessungen der Generatoren minimiert werden, aber es werden kaum Geräte entwickelt, um z. B. Zehner von Milliwatten zu erzeugen. Aus diesem Mangel entstand die Idee, piezoelektrische Transduktoren zu gruppieren, die mehrere unabhängige Energiequellen bilden.

Ortiz behauptet, dass die Entwicklung neuer Techniken und elektronischer Schaltkreise für das elektrische Energiemanagement angemessene Leistungsniveaus erreichen kann. Derzeit werden diese Generatoren vor allem für drahtlose Sensoren (Wirelles Sensor Network) eingesetzt, könnten aber unter anderem im Luft- oder Schienenverkehr eingesetzt werden, wo die Vibrationen reichlich vorhanden sind und die Abmessungen der Generatoren keine großen Einschränkungen darstellen.

Weitere Informationen

Javier Ortiz Álvarez-Cienfuegos - Ingenieur und Professor an der Universitätsakademie für Ingenieurwesen (UPV/EHU) - hat unter der Leitung von Professor Gerardo Aranguren Aramendia seine Dissertation ("Entwicklung elektronischer Schaltkreise zur Gewinnung und Umwandlung von Vibrationen in elektrische Energie") verfasst. Die Forschungsarbeiten zu dieser These wurden in Zusammenarbeit mit AERnnova Engineering Solutions und Boeing Research &Technology Europe im Rahmen der UPV/EHU durchgeführt, die sich auf die Aufforderung der baskischen Regierung zur Einreichung von Vorschlägen für die Etortek-Aufforderungen und die Aufforderung der spanischen Regierung zur Einreichung von Vorschlägen für die Cenit-Aufforderung stützen.

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Bild: Sensor installiert unter einem U-Bahnwaggon von Bilbao für einen Test (Quelle: UPV/EHU)

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