Effiziente Energieextraktion und -speicherung für piezoelektrische Energy Harvester

Hochschulschrift

Zusammenfassung: Das Wandeln oder Ernten von Energie aus der Umgebung ist eine Schlüsseltechnologie für den großflächigen Einsatz von drahtlosen Sensornetzwerken. UnterschiedlicheEnergieformen (kinetisch, thermisch, etc.) können mit Hilfe von verschiedenen Wandlungsmechanismen (piezoelektrischer Effekt, Induktionsgesetz, Seebeckeffekt,etc.) in elektrisch nutzbare Energie gewandelt werden. Dies ermöglicht den Einsatz von Sensorsystemen an schwer zugänglichen Orten. Diese Wandlung in elektrische Energie wird Energy Harvesting, das Wandlerelement selbst Energy Harvester genannt. Da die Energie meist nicht permanent verfügbar ist und die gewandelte Energiesomit diskontinuierlich angeliefert wird, muss ein solches System über einen Kurzzeitenergiespeicher verfügen, der den Puffer zwischen dem Energy Harvester vor Ort und den zum System gehörigen Sensoren, Aktoren, Funkmodulen und elektronischen Schaltungen bildet. Durch eine fehlende oder unzulängliche Anpassung der Energy Harvester an diese nachgeschalteten Systeme geht ein Großteil der gewandelten Energie ungenutzt verloren. Auch die Energieextraktion selbst wird dadurch beeinflusst, da die fehlende elektronische Anpassung sich auch auf die mechanischen Eigenschaften des Energy Harvesters auswirkt. Anhand von elektronischen Schnittstellenschaltungen kann die Energiewandlungund -speicherung maximiert werden. Dieses Thema wird im Rahmen dieser Dissertation aufgegriffen. Es werden schaltungstechnische Lösungen präsentiert, die den Ertrag der nutzbaren Energie vibrationsbasierter, piezoelektrischer Energy Harvester maximieren. Die Systeme zeichnen sich durch einen gesteigerten Wirkungsgrad gegenüber Standardsystemen aus. Es werden Modelle, Simulationen und technische Realisierungen der Schaltungskonzepte vorgestellt.Diese Arbeit beginnt mit einer Beschreibung grundlegender Systemkonzepte undeiner Analyse der inhärenten Problemstellungen bei der effektiven Energieextraktion und -speicherung beim Einsatz piezoelektrischer Energy Harvester. Zur Lösung dieser Problemstellung fokussiert diese Arbeit in den weiteren Kapiteln auf die Beschreibung und Analyse von zeitsynchronisierten Schnittstellenschaltungen. Mit Hilfe von elektrischen Ersatzschaltbildern werden Systemmodelle präsentiert, mit denen numerische Simulationen der Gesamtsysteme, bestehend aus mechanischen Komponenten des Energy Harvesters und der elektronischen Schnittstellenschaltungen, durchgeführt werden. Basierend auf den gewonnenen Simulationsergebnissen werden die Systeme entwickelt, aufgebaut und messtechnisch charakterisiert. Es wird gezeigt, dass durch eine geeignete Beschaltung der piezoelektrischen EnergyHarvester deutlich mehr Energie für anstehende Systemaufgaben zur Verfügunggestellt werden kann, als dies im Vergleich zu Standardsystemen möglich ist. Abschließend wird die gesamte Kette vom Energy Harvester bis hin zur Energiespeicherelektronik im Hinblick auf maximale Energieausbeute optimiert

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Deutsch
• Anmerkungen: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Dissertation, 2016

Klassifikation und Themen

• Klassifikation: Elektrotechnik, Elektronik
• Schlagwort: Vollernter ; Energie ; Piezoelektrischer Wandler ; Elektrische Spannung ; Energiespeicher ; Switch ; Polrad ; Ersatzschaltbild ; Kondensator ; Spule ; Extraktion ; Schwingkreis ; Energy Harvesting ; Energiespeicherung ; Piezoelektrischer Wandler

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Freiburg
• (wer): Universität
• (wann): 2016
• Urheber: Becker, Philipp
• Beteiligte Personen und Organisationen: Manoli, Yiannos

Weitere Informationen

• DOI: 10.6094/UNIFR/10862
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-108625
• Rechteinformation: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 14.08.2025, 10:46 MESZ