Energy Harvesting steht für Energieernte. Darunter versteht man die Energiegewinnung aus ambienten Energiequellen, das können geringste Luftströmungen sein, die Änderung der Umgebungstemperatur, eine Vibration oder ein Tastendruck. Das Harvesting bezieht sich auf kleinste natürliche Energiequellen, deren Energie akkumuliert und gespeichert wird. Die gespeicherte Energie kann dann in der Form abgerufen werden, die für die jeweilige Versorgung benötigt wird.

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Energienutzungsmöglichkeiten beim Energy Harvesting

Energy Harvesting nutzt Wandler, die nach bekannten Effekten arbeiten wie dem Piezoeffekt, Hall-Effekt, Seebeck-Effekt oder dem Peltier-Effekt. Es kann sich um Thermogeneratoren handeln, um spezielle Antennen, CCD-Sensoren, Heatpipes, Solarzellen oder Eigenresonanz-Generatoren, die Temperaturdifferenzen, Luftströmungen, Lichtunterschiede, Magnetfeldänderungen, elektromagnetische Strahlungen oder mechanische Kräfte und Schwingungen in elektrische Energie umzusetzen. Diese Mikrokraftwerke, auch als Energy Harvester bezeichnet, erzeugen geringste elektrische Leistungen, die im Mikro- und Milliwatt-Bereich liegen. Die kleinen Energy-Harvesting-Komponenten sind so konzipiert, dass sie autonom arbeiten und anstelle von Batterien oder Akkus eingesetzt werden können. Das bedeutet auch, dass diese Komponenten unter Umständen Energie-autark und unkontrolliert arbeiten.

Batterieloser Funksensor, Foto: Enocean

Die Technik des Energy Harvesting ist bereits von früheren Jahren her bekannt aus Taschenrechnern mit kleinen Fotozellen oder Armbanduhren, in denen die kinetische Energie aus der Armbewegung genutzt wird. Neuere Einsatzbereiche sind Energie-autarke Funksensoren, wie sie beispielsweise in ZigBee, WirelessHART oder anderen Sensornetzwerken eingesetzt werden. Das hat auch den Vorteil, dass die Funksensoren nicht von Batterien und deren Lebensdauer abhängig sind und keine Wartung benötigen. Die derzeitigen Entwicklungen der Energy-Harvesting-Komponenten zielen auf autonome Kleinstkomponenten, Micro Energy Havestern, die überall energieautark eingesetzt werden können. Die Einsatzbereiche reichen von der Medizintechnik über die Automotive- und Automatisierungstechnik bis hin zur Gebäudeautomation in intelligenten Häusern.

Aufbau eines Energy-Harvesting-Systems mit Sensornetzwerk

Ein komplettes Energy-Harvesting-System mit Wireless Sensor Network (WSN), das Energie erntet, diese wandelt, speichert und nutzt, und dass Messwerte erfasst und diese über ein drahtloses Sensornetzwerk überträgt, besteht aus der Energiequelle - das ist der Energy Harvester -, der Verwaltungseinheit für das Energie-Management, dem Sensor mit AD-Wandler und Steuerungseinheit und der Sende- und Empfangseinrichtung für die funktechnische Übertragung.