Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS entwickelten einen weltweit einzigartigen Spannungswandler, der mit minimalen Eingangsspannungen ab 20 Millivolt arbeiten kann. Kleinste aus der Umwelt gewonnene Energien betreiben damit elektrische Kleinstverbraucher.Ein mp3-Player, der nie mehr an die Steckdose muss? Der Jogger, der sich Puls- und Atemfrequenz beim Sport einfach auf einem Armband anzeigen läßt? Beides ganz ohne Batterien oder Akkus? Das ist keine Zukunftsmusik, sondern gegenwärtiger Stand der Fraunhofer-Forschung. Den benötigten Strom gewinnen diese Geräte z. B. aus der menschlichen Körperwärme.
Bei 2° C Temperaturunterschied wie beispielsweise zwischen menschlicher Haut und Raumklima liefert ein 2 mal 2 cm großer Thermogenerator zusammen mit dem neuen Spannungswandler- IC bis zu 4 mW. Weitere ausreichende Energiequellen für den neuen IC wären Solarzellen bei geringer Beleuchtung oder Brennstoffzellen. Wird die so gewonnene Energie über längere Zeit gesammelt und in einer Batterie gespeichert, können damit auch größere Energieverbraucher wie mp3-Player oder PDA betrieben werden.
Technische Prozesse nutzen die eingesetzte Energie zu weniger als einem Drittel. Der Rest geht als ungenutzte Wärme verloren und trägt
so zur globalen Erwärmung bei. Thermoelektrische Konverter verwandeln Wärme in elektrische Energie, indem sie Temperaturgefälle
nutzen. Mit neuartigen thermoelektrischen Generatoren soll es in Zukunft möglich sein, Abwärme aus Kraftwerken, industriellen Pro-
duktionsprozessen oder im Automobil zur Stromerzeugung zu nutzen. Hier wird als die Abwärme des Menschen recycelt.
Der lediglich 1,5 mm x 1,5 mm große IC versorgt kommerzielle Elektronik wie Sensoren, drahtlose Funk-Sendeempfänger und Displays mit Spannungen von z. B. 3,3 Volt. Der Wirkungsgrad liegt dabei je nach Last und Eingangsspannung bei 30 bis zu80 Prozent. Dies ist weltweit die erste Lösung, die mit nur 20 Millivolt Versorgungsspannung auskommt. Solch kleine und entsprechend günstig herzustellende Spannungswandler sind in vielen Anwendungsgebieten von großem Vorteil, wie in der Medizintechnik, bei Gebäude-, Kraftfahrzeug- und Automatisierungstechnik und in der Logistik.
Der Spannungswandler entstand innerhalb des Fraunhofer-Projekts "Thermoelektrische Nanokomposite". Diese zielt auf die Entwicklung von Thermogeneratoren speziell zur dezentralen Energieerzeugung für autarke Sensor-/ Aktor-Netzwerke. Hierzu werden Lösungsansätze zur Herstellung von hocheffizienten polykristallinen thermoelektrischen Materialien und Bauelementen realisiert, sowie die für den Einsatz als Thermogenerator notwendigen hochintegrierten elektronischen Schaltungen entwickelt. Thermoelektrische Wandler sind prinzipiell in der Lage, Wärme zur Stromerzeugung zu nutzen – und dies emissionslos, geräuschlos, vibrationsfrei und äußerst zuverlässig. Sie tun dies seit
Jahrzehnten als Energielieferanten für Weltraumsonden und Satelliten. Thermoelektrische Uhren haben gezeigt, dass bereits geringe Temperaturgefälle, wie sie beispielsweise zwischen Körper- und Raumtemperatur bestehen, zum Betrieb elektronischer Geräte ausreichen. Mit solch geringen Temperaturgefällen, ganz gleich aus welcher Quelle sie stammen, können TE-Generatoren also beispielsweise die Stromversorgung autarker Sensornetzwerke inkl. drahtloser Datenübertragung gewährleisten.
Mehr:
MICRO ENERGY HARVESTING
Ernten ohne zu säen - Energy Harvesting mit thermoelektrischen Generatoren, pdf., 4 S., 540 KB, 18.2.2008
Kinetic Energy Project: Shoe Power
