Im IoT sind Sensoren zentrale Elemente. Sie sammeln Informationen, etwa über den Zustand einer Maschine oder einer Infrastruktur, verarbeiten sie und geben sie weiter. Die notwenige Energie können die zahlreichen Sensoren aus Batterien oder via Kabelanbindung beziehen. Fraunhofer-Forschende haben nun einen Weg gefunden, aus Vibrationen an Maschinen, Geräten oder Bauwerken sowie aus Temperaturunterschieden zwischen Rohren, Leitungen oder Ventilen und der Umgebung genug Energie zu ernten, um die Sensoren zu betreiben.
„Durch die Versorgung eines Sensorknotens aus Energy-Harvesting-Quellen wird dieser autark von anderen Energielieferanten. Dadurch werden die Kosten für den Energiespeicher, etwa einer Batterie, eingespart und der Wartungsaufwand für Batteriewechsel oder kabelgebundene Versorgung und deren Installation entfällt“, erklärt Dr. Peter Spies vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Nürnberg die Vorteile. Zum Einsatz kommen die autarken Sensoren etwa bei der Datenerfassung und -übertragung z.B. im Condition Monitoring von Maschinen, Gebäuden oder Brücken sowie beim Smart Metering.
Nachhaltige Forschung
Spies und sein Team forschen schon seit Längerem daran, wie und wo sich Energy-Harvesting-Technologien einsetzen lassen. Durch die gestiegenen Energiepreise gewinnt ihr Forschungsgebiet rasant an Relevanz – und die Anfragen aus der Industrie häufen sich. Ihre neueste Entwicklung ist ein Narrowband-IoT-Modul, das in einem 5G-Netz Versorgungsdaten erfasst und übermittelt. Damit die Module und Sensoren energieautark betrieben werden können, wurden sie speziell vermessen und energetisch optimiert. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, nicht nur sogenannte LPWANs (Low Power Wide Area Networks), sondern auch andere Funksysteme mit höherem Energieverbrauch und weitergehenden Funktionalitäten, etwa einer bidirektionalen Kommunikation, mit Umgebungsenergie zu versorgen. Auch der Betrieb in einem öffentlichen Netz wird dadurch ermöglicht. Auf der Electronica zeigte das Fraunhofer IIS vergangenen November in München am Beispiel des Narrowband-IoT-Moduls und eines Mioty-Funksensors, wie solche Sensoren ganz ohne Kabel oder Batterien über einen Thermogenerator oder Vibrationswandler betrieben werden können.
