Energy Harvesting im IoT Nachhaltige Energieernte: Die umweltfreundliche Alternative zur Batterie

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Energy Harvesting ist dann sinnvoll, wenn die Stromquellen für Kleingeräte, etwa im Internet of Things (IoT), nachhaltig, langlebig und kosteneffizient sein sollen. Das belgische Unternehmen e-peas kombiniert in seinen integrierten Schaltkreisen (PMIC) unter anderem mehrere Harvesting-Methoden.

Die Energieernte (Energy Harvesting) bezeichnet die Gewinnung kleiner Mengen Energie aus der Umgebung und ihre Umwandlung in elektrische Energie. Energieernte legt dabei den Fokus auf Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit, da sie natürliche, oft unerschöpfliche Energiequellen wie Sonnenlicht, Wärme, Bewegung oder Vibrationen nutzt. Für Kleingeräte wie Sensoren, Fernbedienungen oder medizinische Implantate werden durch eine solche Lösung keine Stromquellen wie Batterien benötigt.

Das ist nicht nur sicherer, sondern senkt obendrein den Bedarf an endlichen Ressourcen, weil weniger Batterien hergestellt werden müssen, und vermindert entsprechend die Menge an Abfall nach der Lebenszeit. Reizvoll ist obendrein, dass die Energieernte ein großes Potenzial zur Verringerung der Wartungskosten bietet. Entsprechend interessant ist Energy Harvesting bereits in Bereichen wie IoT und Consumer-Elektronik.

Mit dieser Technologie lassen sich Geräte über lange Zeiträume autark und wartungsfrei betreiben, was sich in schwer zugänglichen oder abgelegenen Orten rentiert. Zudem fördert sie die Miniaturisierung und Integration energieeffizienter Geräte und eröffnet damit neue Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Landwirtschaft, im Katastrophenschutz oder in der Raumfahrt.

Angesichts der Annahme, dass pro Minute bis zu 150.000 neue Geräte ins IoT eingebracht werden, wird es Zeit, sich über die Nachhaltigkeit des IoT Gedanken zu machen. Für diejenigen unter Ihnen, die Energieernte für ihre Anwendungen bisher nicht in Betracht gezogen haben, könnten die Lösungen von e-peas interessant sein.

Energy Harvesting im Kommen

2014 von CEO Geoffroy Gosset und CTO Julien De Vos gegründet, bietet das Unternehmen e-peas inzwischen zahlreiche PMICs (Power Management Integrated Circuit) an, die Energie auf unterschiedlichste Arten ernten. Das ist auch das Alleinstellungsmerkmal von e-peas, erklärte uns Dan Harper, Senior Vice President Global Sales, im Talk im Rahmen der electronica 2024. „Wir sind nicht auf eine bestimmte Energiequelle beschränkt; es kann Licht sein, es kann Wärme sein, es kann HF oder kinetische Energie sein. Oder Vibrationen und Bewegungen. Wir bieten mit unseren PMICs eine Möglichkeit, diese in den meisten Fällen kostenfrei verfügbare Energie umzuwandeln und zu speichern.“

Harper rechnet damit, dass sich Energy Harvesting vorwiegend in den kommenden Jahren im Konsumentenbereich durchsetzen wird, etwa bei Fernbedienungen oder Funk-Tastaturen. Der Anreiz ist in unseren Zeiten klar: Die Nutzung der Umgebungsenergie ist umweltschonender als die Nutzung einer Stromquelle wie einer Batterie.

Ernte aus mehreren Quellen

Neben PMICs, die die Energie aus einer Quelle ernten und für einen Speicher umwandeln, bietet e-peas den AEM13920 an, der die Energie aus zwei verschiedenen Quellen sammelt und umwandelt, und damit eine größere Flexibilität im Design der Anwendungen bietet. Fällt eine Umgebungsenergiequelle aus, etwa die Wärme, kann die Stromversorgung durch ein PV-Modul gesichert werden.

Das bietet sich laut Harper etwa bei der Lagerhaltung und der Verfolgung des Inventars an. Wenn eine Kiste an einen Ort gelangt, an dem es dunkel ist, weil sie beispielsweise in einen Lkw geladen wird, dann kann kaum Energie durch Sonnenlicht entstehen. An diesem Punkt setzt die Ernte kinetischer Energie ein, die durch die Bewegung und Vibrationen des Fahrzeugs entsteht. Somit kann ein Sender weiterhin regelmäßig den Kistenstandort an den Empfänger schicken.

Hart umkämpfter Markt?

Auf unsere Nachfrage, ob der Markt für IoT-Energieernte-Lösungen hart umkämpft sei, erwiderte Harper, dass es zwar einiges an Wettbewerb gäbe, sich die e-peas-Produkte aber ihren geringen Formfaktor hervortun, weil nicht viele externe Bauteile benötigt werden. „Wir konzentrieren uns hauptsächlich darauf, supereffizient zu arbeiten“, so Harper. „Unsere Produkte ernten üblicherweise rund 90 Prozent der Energie. Eine Lösung kann extrem nachhaltig und super effizient sein, wenn ich allerdings an meinem Fernseher nicht den Sender wechseln kann, ist die Nutzererfahrung ziemlich bescheiden.“

Die Energieernte aus Licht wird vermutlich am ehesten Einzug in die Consumer-Elektronik halten, da sie sich beispielsweise für Tastaturen anbietet. Dabei lässt sich die Energie der Anschläge und die Lichtenergie ernten. Die PV-Module lassen sich freilich individuell anpassen. „In den kommenden sechs Monaten wird ein großer Hersteller eine Tastatur und eine Maus auf den Markt bringen“, deutet Harper an. Eine Demo einer Tastatur hat e-peas auf der Messe bereits gezeigt.

Andere Anwendungsgebiete finden sich im Smarthome. Türklingeln etwa erledigen ihre Arbeit einfach durch die Menge an Energie, die beim Drücken des Knopfs entsteht und via Bluetooth-LE übertragen wird. e-peas’ Lösungen sind natürlich auch im industriellen Bereich nutzbar, etwa für Temperatur- oder CO₂-Sensoren. Wenn Sie mehr über die Energy-Harvesting-Anwendungen von e-peas erfahren wollen, schauen Sie sich die Produkte und Technologie auf der Webseite des Unternehmens an. (sb)

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