Energieharvestern

Ein Energieharvester ist eine Vorrichtung, die Umgebungsenergie in elektrische Energie umwandelt, um kleine Elektronikgeräte, Sensoren oder Systeme zu versorgen. Typische Ziele sind autarke oder wartungsarme Stromversorgungslösungen, insbesondere für das Internet der Dinge (IoT) und tragbare Systeme.

Die Umwandlung erfolgt durch verschiedene Transduktionsprinzipien. Photovoltaik wandelt Licht direkt in Strom. Piezoelektrische oder elektromagnetische Generatoren nutzen mechanische Energie aus Vibrationen oder Bewegungen. Thermoelektrische Generatoren nutzen Temperaturdifferenzen zwischen zwei Materialien. RF-Energy-Harvester wandeln empfangene Funkwellen in Gleichspannung um. Oft werden mehrere Quellen kombiniert, um eine stabilere Energieversorgung zu erreichen.

Zu den wichtigsten Typen gehören Solar-/Licht-Harvester, piezoelektrische Harvester, thermoelektrische Harvester, elektromagnetische Harvester und RF-Harvester. Die Wahl hängt von der Umgebung, dem Leistungsbedarf und der Verfügbarkeit der Energiequelle ab. In vielen Systemen erfolgt außerdem eine Zwischenspeicherung in Batterien oder Superkondensatoren, gefolgt von Energiemanagement-Schaltungen, die den Betrieb im Last- und Duty-Cycle steuern.

Anwendungsgebiete sind Wireless-Sensor-Netze, Gebäudemanagement, industrielle Überwachung, medizinische Sensorik und tragbare Geräte. Energieharvester ermöglichen oft eine autarke Funktion mit reduzierter Wartung, kommen aber in der Praxis häufig dort zum Einsatz, wo der Energiebedarf niedrig ist und Umweltenergie zuverlässig vorhanden ist.

Herausforderungen umfassen variable Leistungsdichte, Abhängigkeit von Umweltbedingungen, Effizienz der Energieumwandlung, Energiemanagement und Integration in bestehende Systeme. Die Entwicklung konzentriert sich auf effizientere Transduktionsprinzipien, bessere Speichertechnologien und robuste Systemarchitekturen.