Das Blue TEG Pipe stellt eine regenerative, wartungsfreie und einfach zu installierende Energieversorgung für beliebige drahtlose Sensoren innerhalb der Produktion dar.

Autarke Energieversorgung
In modernen Produktionsanlagen werden immer mehr Maschinen miteinander vernetzt, damit die einzelnen Prozesse überwacht, abgestimmt und optimiert werden können. Für diese Überwachung bedarf es unterschiedlichster Sensoren, die Werte erfassen und kommunizieren. Die rauen Umgebungsbedingungen im Umfeld der Produktion machen dabei aber Batteriewechsel oder eine kabelgebundene Energieversorgung oft unmöglich. Ein regelmässiger Austausch der Batterien erzeugt zusätzlich Wartungskosten, was den Einsatz dieser Sensoren schnell unwirtschaftlich macht. Gefordert ist eine autarke Energieversorgung der Industriesensoren.

Energy Harvesting
Dazu hat das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS für industrielle Anwendungen den Sensor Blue TEG Pipe mit thermoelektrischer Energieversorgung entwickelt. Blue TEG Pipe nutzt die Temperaturdifferenz zwischen warmen oder kalten Objekten und der Umgebung zur Energiegewinnung. Der Sensor misst Werte wie die Temperatur und die Erdbeschleunigung und sendet diese via Bluetooth Low Energy an ein Tablet. Mit dieser autarken Form der Energiegewinnung – genannt Energy Harvesting – versorgen sich Sensoren und Funkelektronik autark aus der Umgebung. Aufwendige Stromkabel oder regelmässige Batteriewechsel gehören der Vergangenheit an.

Kleinste Temperaturdifferenzen gut genutzt
Der Fraunhofer IIS Blue TEG Pipe-Sensor ist in vielen Bereichen der Gebäudeüberwachung und der Industrieautomation einsetzbar. Er ist zudem für Anwendungen der körpernahen Sensorik wie in den Bereichen Sicherheit, Sport und Fitness adaptierbar. Besonders in Versorgungsräumen können wichtige Umgebungsdaten wie Temperatur, Luftverhältnisse, Gaskonzentration usw. ermittelt und übertragen werden. Die hierfür benötigte Energie gewinnt der Blue TEG Pipe durch den Temperaturunterschied von z. B. Heizungs- oder Wasserrohren und der Umgebungstemperatur. Weitere Einsatzorte, an denen mittels Blue TEG elektrische Energie gewonnen werden kann, sind Kühl- und Klimaanlagen, Wärmekraftanlagen oder Brennöfen.

Spannungswandler zur autarken Energieversorgung
Blue TEG Pipe gewinnt seine Energie vollständig über kommerziell verfügbare Thermogeneratoren. Durch den am Fraunhofer IIS entwickelten Spannungswandler wird ein hoher Wirkungsgrad bereits bei kleinsten Temperaturdifferenzen realisiert. So können über 200 Mikrowatt elektrischer Leistung bei einem Temperaturunterschied von gerade einmal 2 Kelvin gewonnen werden. Durch optimale thermische und elektrische Auslegung aller Systemkomponenten werden hocheffiziente Anwendungen auf kleinstem Raum realisiert und setzen sich so deutlich vom Stand der Technik ab.

Energiegewinnung aus der Umwelt
Energy Harvesting nutzt Energie aus der Umwelt wie Wärme, Licht oder Bewegung, um damit kleine elektronische Geräte zu versorgen. Energieautarke, wartungsfreie und kabellose Systeme mit maximaler Betriebszeit und unbegrenzter Standby-Zeit werden dadurch Realität. So ist auch eine Energieversorgung von Geräten an schwer zugänglichen Orten möglich.

Text: Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS