{"id":10052,"date":"2021-11-22T16:09:21","date_gmt":"2021-11-22T15:09:21","guid":{"rendered":"https:\/\/future-markets-magazine.com\/?p=10052"},"modified":"2021-11-22T16:09:21","modified_gmt":"2021-11-22T15:09:21","slug":"energy-harvesting-und-sein-energiepotenzial","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/future-markets-magazine.com\/de\/markets-technology\/energy-harvesting-und-sein-energiepotenzial\/","title":{"rendered":"Energy Harvesting und sein Energiepotenzial"},"content":{"rendered":"<p><strong>Ger&auml;te des Internets der Dinge ben&ouml;tigen nur wenig Energie. Diese l&auml;sst sich effizient aus der direkten Umgebung gewinnen. Mit der immensen Zahl an IoT-Ger&auml;ten summiert sich das Energiepotenzial dieser Energy Harvesting-Technologien schnell auf mehrere hundert Terawattstunden.<\/strong><\/p>\n<p>Rund 30 bis 70 Milliarden Ger&auml;te bildeten in 2020 das <a href=\"https:\/\/future-markets-magazine.com\/de\/encyclopedia\/internet-der-dinge\/\" target=\"_blank\" title=\"Internet of Things (IoT) Verkn&uuml;pfung physischer Objekte (Dinge) mit einem virtuellen Abbild im Internet. Allt&auml;gliche&hellip;\" class=\"encyclopedia\">Internet der Dinge<\/a> (Internet of Things, IoT). Auch wenn die Sch&auml;tzungen weit auseinandergehen, sicher ist: ihre Zahl wird weiter wachsen. Klar ist auch, dass diese Ger&auml;te Energie verbrauchen. Bereits im Jahr 2014 warnte die Internationale Energieagentur (IEA), dass der Stromverbrauch der weltweit vernetzten Ger&auml;te bei rund 616 Terawattstunden liegt. Diese Sch&auml;tzung erfolgte damals auf Basis von 14 Milliarden vernetzten Ger&auml;ten. Das ist ungef&auml;hr so viel, wie in deutschen Haushalten j&auml;hrlich an Endenergie verbraucht wird.<\/p>\n<p>Nachhaltige L&ouml;sungen f&uuml;r die Stromversorgung der IoT-Ger&auml;te zu finden, ist also ein nicht zu untersch&auml;tzender Beitrag auch f&uuml;r den Klimaschutz. Eine Option ist dabei das sogenannte &bdquo;Energy Harvesting&ldquo;. Unter diesem Schlagwort sind Technologien vereint, die die Umgebungsenergie nutzen. Sie erzeugen zum Beispiel aus Bewegungen und Vibrationen, Luftstr&ouml;mungen oder Temperaturunterschieden Strom. Die Leistungsabgabe liegt dabei typischerweise zwischen 0,0001 bis 500 Milliwatt. &bdquo;Energy Harvesting-L&ouml;sungen bilden die Basis zur Versorgung einer Vielzahl von batterielosen IoT-<a href=\"https:\/\/future-markets-magazine.com\/de\/encyclopedia\/app\/\" target=\"_blank\" title=\"Kurzform f&uuml;r Applikation oder Anwendung; Anwendungssoftware f&uuml;r Smartphone, Tablet oder andere tragbare elektronische Ger&auml;te.\" class=\"encyclopedia\">App<\/a>likationen, die uns im Rahmen der digitalen Transformation in Zukunft unser Leben erleichtern werden&ldquo;, ist sich Dieter Bauernfeind von Elec-Con technology sicher. Zusammen mit der Technischen Hochschule Deggendorf und der Firma Lintech entwickelt sein Unternehmen zum Beispiel einen Energie-Generator mit Positionsfunk, der Strom aus mechanischer Bewegung gewinnt. Das System soll in der Logistik eingesetzt werden.<\/p>\n<h2><strong>Energy Harvesting: Aus Bewegung wird Energie<\/strong><\/h2>\n<p>Dabei kommen piezoelektrische Materialien zum Einsatz. Sie erzeugen Elektrizit&auml;t als Reaktion auf mechanische Stimulation wie Vibration oder Bewegung. Piezoelektrische Energy Harvester lassen sich heute unter anderem mit Hilfe der <a href=\"https:\/\/future-markets-magazine.com\/de\/encyclopedia\/mems\/\" target=\"_blank\" title=\"Micro-Electro-Mechanical System Eine Kombination aus mechanischen Elementen, Sensoren, Aktuatoren und elektronischen Schaltungen auf einem Substrat&hellip;\" class=\"encyclopedia\">MEMS<\/a>-Technologie realisieren, also als winzige Bauelemente, die Logikelemente und mikromechanische Strukturen in einem Chip vereinen.<\/p>\n<p>Eine andere Technologie, um aus Bewegung Energie zu gewinnen, nutzt eine Gruppe von Forschern an der Chinese University of Hong Kong: Sie verwenden ein spezielles intelligentes Makrofasermaterial, das bei jeder Art von Verbiegung Energie erzeugt. Die Forscher bauten daraus einen Energy Harvester, der am Knie eines Menschen befestigt wird und beim Laufen des Tr&auml;gers 1,6 Mikrowatt Energie erzeugt. Das reicht aus, um zum Beispiel einen Gesundheitstracker zu -betreiben.<\/p>\n<h2><strong>Strom aus LED-Licht<\/strong><\/h2>\n<p>Eine wichtige Energiequelle ist auch die Photovoltaik. Allerdings werden viele IoT-Ger&auml;te innerhalb von Geb&auml;uden eingesetzt, wo kein helles Sonnenlicht zur Verf&uuml;gung steht. Die Lichteinstrahlung betr&auml;gt dort &uuml;blicherweise nur 30 bis 50&#8200;Lux &ndash; direktes Sonnenlicht erreicht dagegen bis zu 130.000 Lux. Ein Forscherteam der Universit&auml;t Uppsala hat daher spezielle Indoor-Photovoltaikzellen entwickelt. Sie basieren auf Kupferkomplex-Elektrolyten, die Licht aus Leuchtstofflampen und LEDs mit einem Wirkungsgrad von 34 Prozent in Strom wandeln k&ouml;nnen. &bdquo;Die Kenntnis der Spektren dieser Lichtquellen macht es m&ouml;glich, spezielle Farbstoffe so abzustimmen, dass sie Licht in Innenr&auml;umen absorbieren&ldquo;, erkl&auml;rt Marina Freitag, Assistenz-Professorin an der Fakult&auml;t f&uuml;r Chemie der Universit&auml;t Uppsala.<\/p>\n<h2><strong>Funkwellen und W&auml;rme als Energiequellen<\/strong><\/h2>\n<p>Auch Radiowellen stellen eine Umgebungsenergie dar. Ein Pionier bei der Nutzung dieser Energiequelle ist Drayson Technologies. Das Unternehmen hat mittlerweile die dritte Generation seiner Freevolt-Technologie auf den Markt -gebracht, die Strom aus <a href=\"https:\/\/future-markets-magazine.com\/de\/encyclopedia\/nfc\/\" target=\"_blank\" title=\"Near Field Communication RFID-Systeme, die im Nahfeld arbeiten, werden als NFC-Systeme bezeichnet. Der Radius des&hellip;\" class=\"encyclopedia\">NFC<\/a>-, Mobilfunk- oder <a href=\"https:\/\/future-markets-magazine.com\/de\/encyclopedia\/wi-fi\/\" target=\"_blank\" title=\"Bezeichnung sowohl f&uuml;r ein Firmenkonsortium, das Ger&auml;te mit Funk-Schnittstellen zertifiziert, als auch f&uuml;r den zugeh&ouml;rigen&hellip;\" class=\"encyclopedia\">Wi-Fi<\/a>-Netzen gewinnen kann. Dabei erreicht die L&ouml;sung eine &bdquo;RF-to-DC&ldquo;-Effizienz von bis zu 80 Prozent &ndash; und liefert so ausreichend Energie, um zum Beispiel moderne Smartcards zu versorgen.<\/p>\n<p>Viel Energie steckt auch in der W&auml;rme, die zum Beispiel von Motoren, Maschinen oder dem menschlichen K&ouml;rper abgegeben wird. Abh&auml;ngig von den physikalischen Eigenschaften des thermoelektrischen Materials und der Menge der verf&uuml;gbaren W&auml;rmeenergie k&ouml;nnen thermoelektrische Generatoren zwischen 20 Mikrowatt und zehn Mikrowatt pro Quadratzentimeter erzeugen.<\/p>\n<p>Da sich das Profil von Energy Harvesting-Generatoren stark von dem einer Batterie unterscheidet, werden spezielle Power-Management-Interfaces ben&ouml;tigt. Sie steuern zum Beispiel Rechenprozesse im Chip in Abh&auml;ngigkeit von der zur Verf&uuml;gung stehenden Energie. Zudem wandeln sie Strom und Spannung auf ein Niveau um, mit dem das IoT-Ger&auml;t betrieben werden kann. Chip-Hersteller bieten dazu inzwischen spezielle ICs. Sie k&ouml;nnen oftmals die Energie aus verschiedenen Quellen managen und vereinfachen die Integration von Energy Harvesting in ein IoT-Ger&auml;t erheblich.<\/p>\n<h2><strong>Mehrfacher Umweltnutzen mit Energy Harvesting<\/strong><\/h2>\n<p>Auch wenn das Potenzial an durch Energy Harvesting erzeugter Energie nicht unbedeutend ist, fallen zwei Argumente noch viel st&auml;rker ins Gewicht. Energy Harvesting-L&ouml;sungen reduzieren die Wartungskosten f&uuml;r IoT-Ger&auml;te erheblich, da Batterien deutlich seltener ausgetauscht werden m&uuml;ssen. Im Idealfall kann man sogar komplett auf eine Batterie verzichten und damit die Umwelt von giftigen Materialien entlasten. Viele Argumente sprechen also f&uuml;r Energy Harvesting-L&ouml;sungen. Entsprechend optimistisch sind die Marktaussichten f&uuml;r diese Technologie: Laut Market Study Report wird der weltweite Energy Harvesting-Markt von 2020 bis 2028 durchschnittlich um 10,15 Prozent pro Jahr wachsen und ein Umsatzvolumen von rund 9,45 Milliarden US-Dollar erreichen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ger\u00e4te des Internets der Dinge ben\u00f6tigen nur wenig Energie. 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