Fachartikel aus MECHATRONIK 6/2011, S. 44 bis 47
Als Energy-Harvesting bezeichnet man das Erzeugen von Strom aus Quellen, wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen.
Energy-Harvesting nutzt Piezoeffekt
Da es heute elektronische Schaltungen gibt, deren Leistungsbedarf im Milliwatt-Bereich liegt, ist Energy-Harvesting mit piezobasierten Lösungen auch bei seinen verhältnismäßig geringen Energieerträgen immer dann hochinteressant, wenn eine Stromversorgung über Kabel nicht möglich ist und man auf Batterien und den damit verbundenen Wartungsaufwand verzichten will.
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| Robuste Flächenwandler mit vielen Möglichkeiten (Bild: PI/PI Ceramic) |
Energy-Harvesting kann auf unterschiedlichen physikalischen Effekten beruhen. Solarzellen kommen ebenso infrage wie thermoelektrische Generatoren, die aus Temperaturunterschieden elektrische Energie gewinnen. Über Antennen kann außerdem auch die Energie von Radiowellen aufgefangen und energetisch verwendet werden. Ein Beispiel dafür sind passive RFID-Tags. Piezoelektrische Kristalle lassen sich ebenfalls sehr gut für ein Energy-Harvesting einsetzen. Sie erzeugen bei Krafteinwirkung durch Druck oder Vibration elektrische Spannung, nutzen also in der Umgebung vorhandene Bewegungsenergie.
Energie gewinnen mit dem Piezoeffekt
Durch mechanische Verformung eines Piezokristalls infolge einer Krafteinwirkung durch Zug oder Druck werden Ladungen generiert, die an den Elektroden des Piezoelements als elektrische Spannung messbar sind. Dieses Phänomen wird als direkter piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Diese Möglichkeit der Ladungserzeugung kennt man zum Beispiel von Gasanzündern zum Erzeugen der Zündspannung. Die generierte Ladung (Q) lässt sich mit folgendem mathematischen Zusammenhang beschreiben:
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