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GRK 1322:  Energy Harvesting für Mikrosysteme

Fachliche Zuordnung Systemtechnik
Förderung Förderung von 2006 bis 2015
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13001660
 
Erstellungsjahr 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Wir leben heute in einer hochgradig vernetzten Informationsgesellschaft. Das Internet mutiert zum weltweiten drahtlosen Informationssystem und soll in Zukunft die Kommunikationsplattform für ein „Internet of Things" werden. Ebenso rasant wächst die Zahl der verteilten eingebetteten Informationssysteme in Produktionstechnik, man denke an das Schlagwort „Industrie 4.0“, Gebäudetechnik, Medizintechnik, Sicherheitstechnik oder Verkehrstechnik, ohne die unser heutiges Leben nicht mehr denkbar wäre. In all diesen Szenarien werden zunehmend Funktechniken für die Datenübertragung eingesetzt, da sie wie im „world wide web“, flexible Erweiterbarkeit und Mobilität versprechen. Die Stromversorgung der eingebetteten Sensoren erfolgt jedoch nach wie vor per Kabel oder Batterie. In Fabrikanlagen, Gebäuden und Fahrzeugen sind die Energie- und Datenkabel der verteilten Systeme mittlerweile ein signifikanter Kostenfaktor. Diese Kabelnetze sind störanfällig, schwer und teuer, sie müssen manuell verlegt, erweitert und gewartet werden. Batterien sind nur selten eine brauchbare Alternative. Aus technischer Sicht setzen Temperatur, Vibration oder Korrosion, aus ökonomischer Sicht ihre Wartung und Entsorgung enge Grenzen. Es stellt sich somit die drängende Frage, wie das Energieproblem verteilter eingebetteter Systeme angesichts ihrer wachsenden Komplexität und Verbreitung zu lösen ist. „Micro Energy Harvesting" ist das Schlagwort für ein völlig neuartiges Konzept, um verteilte Systeme - bevorzugt kleine, robuste und leistungsarme Mikrosysteme - ohne Kabel oder Batterie zuverlässig mit Energie zu versorgen. Dieses Konzept folgt im Grundsatz den Prinzipien biologischer Energiesysteme. Die benötigte elektrische Energie wird aus der unmittelbaren Umgebung des Systemknotens „geerntet“. Mechanische Energie aus Vibration, Schall oder Strömung kann beispielsweise mit piezoe-lektrischen, elektromagnetischen oder kapazitiven Generatoren gewonnen werden, Wärmeenergie mit thermoelektrischen Wandlern, Energie aus Licht mit Solarzellen und chemische Bindungsenergie mit Bio-Brennstoffzellen. Die gewonnene elektrische Energie wird in einem Speicher gesammelt und über ein intelligentes Energiemanagement so rationiert, dass der Systemknoten seine Aufgabe zuverlässig erfüllt. Das Graduiertenkolleg GRK „Micro Energy Harvesting“ hatte im Förderzeitraum 2006 - 2017 als Thema die grundlegende Erforschung, Entwicklung und Anwendung von Konzepten und Methoden zur Wandlung, Speicherung und Verteilung von Energie in autonomen Mikro­ systemen. Das Forschungsprogramm bestand über die gesamte Laufzeit aus 20 parallel ausgeschriebenen Projekten, die in enger Zusammenarbeit die Themengebiete Energiewandlung, Energiespeicherung und Energiemanagement bearbeiteten. Als neues Themengebiet trat ab 2011, in der Fortsetzungsphase, der Systemaspekt energieautarker, eingebetteter Systeme hinzu. Das Studienprogramm wurde konzipiert, um den Stipendiatinnen und Stipendiaten eine fokussierte Ausbildung auf den o.g. Gebieten zu bieten. Die Stiperidiatinnen und Stipendiaten wurden auf verschiedenen Ebenen, durch Integration in Arbeitsgruppen, durch Nachwuchswissenschaftler und Professoren und Professorinnen, umfassend betreut.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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