Fraunhofer löst die Energieprobleme von vernetzten Sensoren

16.04.2018 - Mit der Entwicklung einer extrem energieeffizienten und modularen Hardware wird in einem Fraunhofer-Leitprojekt die Basis für ein flächendeckendes Internet der Dinge geschaffen.

Fraunhofer löst die Energieprobleme von vernetzten Sensoren
Leistungsverstärker in Funkknoten für eine zielgenaue Datenübertragung für 5G. Bild: Fraunhofer IAF

Das Internet der Dinge (Internet of Things, kurz IoT) wächst stetig. Eine gewaltige Zahl von vernetzten Knoten, die Daten sammeln, auswerten und in einem Netzwerk zusammenführen, ist deshalb schon heute notwendig. Das Problem: Der Energieverbrauch der Knoten ist enorm. Bisher haben Industrie und Forschung dazu keine umfassende Lösung: Für jede Anwendung wird eine einzelne IoT-Hardware entwickelt, die dann mehr oder weniger energieeffizient ist. Die Fraunhofer-Gesellschaft will das ändern: In ihrem Leitprojekt »Towards Zero Power Electronics« (ZEPOWEL) soll eine Hardware-Lösung entwickelt werden, die einerseits ganzheitlich und andererseits extrem energieeffizient ist. In einem nächsten Schritt könnten vernetzte Sensoren sogar komplett energieautark arbeiten.

Neben der enorm gesteigerten Effektivität der Sensor-Hardware ist hier der Aspekt der autarken Energieversorgung besonders interessant. Deshalb soll ein Breitband-Harvester entwickelt werden, eine Art Erntemaschine für die Umgebungsenergie. Seine Effizienz vervierfacht sich im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik: Um 100 Mikrowatt Leistung aus seiner Umgebung zu ernten, braucht er nur noch ein Viertel der Fläche, nämlich 5 mal 5 Quadratmillimeter. Die so geerntete Energie wird in einer neu entwickelten Dünnschichtbatterie gespeichert, die direkt auf dem Hardware-Chip integriert ist. Dieser voll integrierte Ansatz von Batterie, Harvester und Energiewandler ist weltweit einzigartig. Ein Beispiel macht deutlich, wie das funktionieren kann: Wenn man etwas auf den Boden wirft, entsteht dabei Energie mit einer Bandbreite von wenigen Hertz bis zu einigen Kilohertz. Ein Absorber, der nur bei hundert Hertz eine Resonanz hat, kann dementsprechend nur wenig Energie aus dem Wurf aufnehmen. Wenn aber ein Resonator entwickelt wird, der über einen großen Frequenzbereich Energie aufnehmen kann, wird deutlich mehr Energie aus dem Wurf abgeerntet.

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