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Energy Harvesting

Mit 'Energy Harvesting' oder 'Energy Scavening' werden Technologien zur Energiegewinnung und -speicherung aus lokal zugänglichen Energiequellen, beispielsweise Sonnen-, Wärme-, Wind- oder Bewegungsenergie, für gewöhnlich kleine unabhängige Geräte bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die seit bereits 1923 gebaute Automatikarmbanduhr, die ihre Laufenergie aus den Armbewegungen des Trägers bezieht.

Mobile Energie - selbstgemacht

Neue Entwicklungen in der Elektrotechnik sowie die stetig zunehmende Anzahl mobiler Geräte im täglichen Leben führen derzeit zu einem Boom an Anwendungen, die von Energy Harvesting Gebrauch machen. Einige davon sind zukunftsweisend, bei anderen handelt es sich eher um kuriose Spielereien zu PR-Zwecken.

Piezoelektrik

Mittels Piezoelektrik kann aus kinetischer Energie (Druck, Reibung, Vibration, Fliehkraft etc.) Strom gewonnen werden. Die bekannteste Anwendung sind Piezofeuerzeuge, in ihnen wird ein elektrischer Zündfunke durch Druck auf einen Piezokristall erzeugt. Dabei wird die Eigenschaft von Piezo-Kristallen ausgenutzt, dass in ihnen bei Verformung eine Ladungsverschiebung auftritt, mit der sich Ströme erzeugen lassen. Intensiv geforscht wird zurzeit an Piezo-Fasern im Nano-Maßstab, beispielsweise aus Zinkoxid oder Bariumtitanat. Solche Fasern, als Rasen oder textil verarbeitet, können direkt aus Bewegung Strom erzeugen, wobei die Bewegungsenergie beispielsweise aus Ultraschall stammen kann oder von Bewegungen innerhalb des menschlichen Körpers, beispielsweise des Herzschlags.

Thermospannung

Mittels thermoelektrischer Generatoren (TEGs), einer Anwendung des Seebeck-Effektes, lässt sich aus Temperaturunterschieden Strom erzeugen (sog. Thermospannung). Der Seebeck-Effekt ist die Umkehrung des Peltier-Effektes. Bekannt sind Peltier-Elemente als wartungsfreie und ohne Kältemittel arbeitende Kühlelemente für Kühlboxen: Durch Strom wird Wärme von innen nach außen transportiert, wobei jedoch die Effizienz (Verhältnis der Kühlleistung zur aufgewendeten elektrischen Leistung) recht gering ist. Bei einem TEG ist das Peltier-Prinzip umgekehrt, und es lassen sich beispielsweise aus der Temperaturdifferenz zwischen warmer Hautoberfläche und kalter Raumluft Ströme erzeugen.

Solarzellen

Mittels Solarzellen lässt sich Licht in Strom umwandeln. Der zugrunde liegende photovoltaische Effekt wird bereits seit 1954 zur Stromerzeugung genutzt.

Spezielle Energy Harvesting-Technologien

In speziellen Fällen bietet es sich an, andere lokal verfügbaren Energiequellen nutzbar zu machen. So können beispielsweise starke Salzgehalts- bzw. pH-Gefälle oder elektrostatische Aufladungen zur Stromgewinnung nutzbar gemacht werden, und auch elektromagnetische Wellen können mittels Empfangsantennen zu Strom umgewandelt werden, wie es unter Anderem in der RFID-Technik realisiert ist.

Nutzbarkeit

Mit vielen der genannten Sensoren lassen sich nur kleine Ströme bzw. Spannungen erzeugen, und die Energieausbeute ist oft nur gering. Voraussetzung für die Nutzbarkeit sind also Verbraucher, die mit sehr geringen Strömen bzw. elektronische Schaltkreise, die mit sehr geringen Spannungen auskommen. Ferner schwanken die Energiequellen in ihrer Stärke und Verfügbarkeit mitunter sehr stark, sodass Energie zwischengespeichert werden muss - wofür sich gewöhnlich Akkus oder Superkondensatoren anbieten.