Energieautarke Systeme mit Piezoelementen

Energie gewinnen mit dem Piezoeffekt

Piezoelemente können durch Nutzung des >> direkten Piezo- oder Generatoreffekts für die Stromerzeugung aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen genutzt werden. Die mechanische Verformung eines Piezokristalls infolge einer Krafteinwirkung durch Zug oder Druck generiert Ladungen, die an den Elektroden des Piezoelements als elektrische Spannung messbar sind. Mit der Umwandlung verfügbarer Energie aus der Umgebung wird eine autarke Energieversorgung kleiner elektrischer Verbraucher wie Sensoren oder Funksender ermöglicht.

Kinetische Bewegungsenergie kann mit dem piezoelektrischen Effekt nutzbar gemacht werden: Piezoelemente wandeln die Energie aus Schwingungen oder Erschütterungen in elektrische Energie um. Mit der entsprechenden Elektronik lässt sich daraus ein autarkes Energieversorgungssystem erstellen – ganz ohne Stromversorgung per Kabel oder Batterien und den damit verbundenen Wartungsaufwand.

Anwendungen

  • Condition Monitoring und Strukturüberwachung
    z. B. Überwachung von Bauteilen in komplexen Systemen wie Flugzeugflügeln – Piezowandler übernehmen hier etwa das Messen von Deformationen, aber auch die Energieversorgung von Sendern zur drahtlosen Datenübertragung
  • Datenmonitoring und Datenübertragung
    Versorgung der Sensoren und Funksender z. B. in der Heizungs- und Klimatechnik zur Überwachung von Temperatur oder Luftstrom in Rohrleitungen
  • Produktüberwachung während des Transports
    z. B. Erfassung von Temperaturen in geschlossenen Behältern, ohne dass die entsprechende Sensorik verkabelt oder mit Batterien ausgestattet sein muss – Fahrzeugvibrationen werden zur Energieerzeugung genutzt
  • Energieversorgung drahtloser Funknetze
    z.B. ZigBee oder EnOcean

Anwendungsspezifische energieautarke Lösungen

Jede energieautarke Lösung muss individuell auf den Anwendungsfall abgestimmt werden. Energiewandler und -speicher sowie Elektronik werden dem Energiebedarf des Verbrauchers und den Anregungsbedingungen angepasst.

Bei der Energiequelle ist z. B. zwischen kontinuierlichen und stoßweisen Bewegungen zu unterscheiden. Außerdem müssen die Bedingungen des elektrischen Verbrauchers berücksichtigt werden: zu den wichtigen Parametern gehören hier die benötigte Spannung, die Leistung und die Eingangsbeschaltung (kapazitiv oder ohmsch). Auf Basis dieser Daten werden Design und Dimensionierung der Wandler- und Speicherelektronik einschließlich Mechanik möglich.

Downloads

Katalog

Piezokeramische Materialien und Bauelemente

Grundlagen, Eigenschaften und Anwendungen
Version / Datum
CAT125
Version / Datum
CAT125
Dokumentsprache
pdf - 10 MB
pdf - 10 MB
Broschüre

DuraAct Piezoelektrische Flächenwandler

Flexibel, effizient, robust
Version / Datum
BRO07E R1 2019-06
Version / Datum
BRO07D R1 2019-06
Dokumentsprache
pdf - 1,020 KB
pdf - 1 MB