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Energy Harvesting Michael Franz Silja-Fabienne Tischler 07.06.2011.

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Präsentation zum Thema: "Energy Harvesting Michael Franz Silja-Fabienne Tischler 07.06.2011."—  Präsentation transkript:

1 Energy Harvesting Michael Franz Silja-Fabienne Tischler

2 Strukturierung Allg. Definition Energy Harvesting Arten der Energiegewinnung Einzelne Beispiele für Energy Harvesting Module Realisierungsmöglichkeiten und deren Vor- und Nachteile

3 Allgemeine Definition

4 Energy Harvesting – Energie Enten Gewinnen von Energie aus der Umgebung Häufig in Verbindung mir Sensorsystemen mit Funkübertragung, z.B. für die Gebäudeüberwachung

5 Energiegewinnung

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8 Piezo-Generator Krafteinwirkung positive und negative Ionen werden gegeneinander verschoben Elektrisches Dipolmoment entsteht Umkehrbarer Effekt: anlegen elektrischer Spannung ruft eine Längenänderung hervor Materialien: Quarz, Bariumtitanat Spezielle Piezokeramiken Rechnungsformel Q = k p * F k p = 2,3pC/N (Quarz) k p = 250pC/N (Bariumtitanat)

9 Energiegewinnung Rotation – Drehgenerator Energie durch Induktion Bewegung eines magnetischen Feldes ruft den Fluß eines elektrischen Stroms hervor Rotation des Rotors erzeugt in den Induktionsspulen eine elektrische Energie

10 Energiegewinnung Rotation durch Windkraft Hier wird der Wind als Antriebskraft eines Rotors verwendet, welche die Drehbewegung des Drehgenerators liefert Beispiel Windräder: hier wird die Energie in das öffentliche Stromnetz gespeist

11 Energiegewinnung Translation Prinzip der Induktion Umsetzung z.B. mit einer Tauchspule Durch translatorische Bewegung wird ein magnetischer Kern in einer Spule bewegt Änderung des Magnetfelds = Stromfluss

12 Energiegewinnung Strahlung – Photovoltaik Verwendung des sichtbaren Lichts zur Energieerzeugung Geringer Wirkungsgrad (ca. 20 % je nach Einstrahlung) Abhängig von Sonneneinstrahlung Stark verbreitet – großer Markt FUNKTIONSWEISE: n-dotiertes Silizium: Vermischung mit Bor Elektronenüberschuss p-dotiertes Silizium: Vermischung mit Arsen Elektronenmangel Strahlung regt Elektronen an Elektronen diffundieren in den p-dotierten Bereich Gleichspannung zwischen negativer und positiver Elektrode

13 Energiegewinnung Strahlung – Sonnenstrahlung Speziell entwickelte Folie bestehend aus Nanoantennen SOLAR NANTENNA ELECTROMAGNETIC COLLECTORS Größeres Spektrum der Sonnenstrahlung: Die Nanoantennen können auch IR- Strahlung aufnehmen Nachteil: Die Nanoantennen erzeugen einen so hochfrequenten Strom Nanogleichrichter müssen erst noch entwickelt werden

14 Energiegewinnung Thermik Erzeugung der Energie durch Temperaturdifferenzen Unterschiedliche Erwärmung unterschiedliche Temperaturniveaus der Elektronen Konzentrationsausgleich der Elektronen Meist mit zweierlei verschiedenen Metallen nur zwischen den Kontaktstellen müssen Temperaturdifferenzen vorhanden sein

15 Energiegewinnung Funkwellen Energieaufnahme durch Antennen Energieausbeute je nach Frequenz und Signalstärke Funksignale stark beeinträchtigt durch Metall Höherer Wirkungsgrad als Solarzellen

16 Energiegewinnung Schall Schallwellen sind kinetische Bewegungen Bewegung der Teilchen Aufnahme der Energie durch eine Membran oder auch ein Bändchen Übertragung der Energie an verschiedene Energiegewinnungssysteme z.B.: Tauchspulenmikrophon Bändchenmikrophon Kristall (Piezo) mikrophon Geringe Energiegewinnung

17 Energy Harvesting Module

18 Straßenelemente Auf der Fahrbahn installierte Kinetische Platten Bei langsamen Fahrbahnabschnitte, wo der Fahrer zum langsamen Fahren gezwungen ist.

19 Energy Harvesting Module Bodenelemente Tanzfläche in einer Diskothek besteht aus einzelnen energieerzeugenden Bodenplatten in Londoner U-Bahn-Station auf Gehwegen in Toulouse (Südfrankreich)

20 Energy Harvesting Module EnOcean-Module sind für die Funkübertragung von Messsignalen augelegt Arbeiten mit kleinen einzelnen Bewegungen Reichen für ein Funksignal aus Verschiene Module erhältlich Solarmodule Module für lineare Bewegungen (Tastendruck) Wandler für Thermoenergie

21 Realisierung an einer Hakenflasche

22 Realisierung eines translatorischen Energy Harvester Vorteil: Modul von EnOcean direkt auf eine Signalübertragung per Funk ausgelegt Nachteil: Entwicklungsaufwand ist erforderlich Geometrieänderung mindestens einer Teilkomponente ist zu ändern oder eine zusätzliche Konstruktion notwendig

23 Realisierung einer Hakenflasche Realisierung eines Energy Harvester mit Thermogenerator Hier wird ein Thermoelement, welches die Temperaturdifferent seiner 2 Seiten vergleicht, äußerlich angebracht. Vorteil: Modul kann ohne Neukonzeption angebracht werden Nachteil: Für viel Energie wird eine große Differenz benötigt Widerstandfähigkeit gegen Herabfallen der Hakenflasche unklar Befestigung außen

24 Realisierung einer Hakenflasche Realisierung eines Energy Harvester mit RFDC Wie im vorherigen Beispiel kann an der Hakenflasche ein Modul angebracht werden, welches ein RFDC- Modul enthält Vorteil: Modul kann auch hier ohne Neukonzeption angebracht werden Funkwellen sind so gut wie immer vorhanden Nachteil: Funkwellen werden von Metall stark geschwächt Rechtliche Grundlage nicht geklärt Energieausbeute stark abhängig von Signalstärke Widerstandfähigkeit gegen Herabfallen der Hakenflasche unklar Befestigung außen

25 Realisierung einer Hakenflasche Realisierung eines Energy Harvester durch Piezogenerator Wiederum wird ein Modul einfach an einer Stelle der Hakenflasche angebracht und die Vibration in Energie umgesetzt. Vorteil: Modul kann ohne Neukonzeption angebracht werden Schwingungen sind (wenn auch teilweise sehr gering) meistens gegeben Mit einer Unwucht bei Bewegung zu verstärken Nachteil: Widerstandfähigkeit gegen Herabfallen der Hakenflasche unklar Befestigung außen

26 Realisierung einer Hakenflasche Realisierung eine Drehgenerators mit Windkraft Für die Rotorbewegung wird ein Windkanal integriert. Vorteil: Es wird Windkraft genutzt keine Abhängigkeit von der Bewegung der Hakenflasche Nachteil: Es wird eine ausreichende Windgeschwindigkeit benötigt Eine aufwendige Konstruktion ist notwendig Entwicklungsaufwand ist hoch

27 Realisierung einer Hakenflasche Realisierung mit einem Drehgenerator an der Seilwinde Ein Generator wir mit einem Riemen mir der Seilwinde verbunden. Vorteil: Es kann viel Energie während der Bewegung erzeugt werden Nachteil Keine Bewegung der Seilwinde keine Energieerzeugung Ausreichendes Speichermedium notwendig

28 Realisierung einer Hakenflasche Realisierung von mehreren Prinzipien Kombination mehrerer Prinzipien. Hier ist eine mögliche Kombination aus der Bewegung der Seilwinde und eines Windkraftsystems dargestellt. Vorteil: Ein Akku kann sowohl durch Bewegung der Seilwinde, wie auch durch Windkraft geladen werden Nachteil: Wenn beide Prinzipien ausfallen ist der Energiebedarf nur durch einen Akku gegeben Erhöhter Aufwand und erhöhte Kosten

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

30 Anhang - Quellen Hütte - Ingenieurwissen


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