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Untersuchung und Bewertung von Komponenten für das kinetische Energy Harvesting in elektronischen Schließsystemen

Student:

Clark Werberger

Betreuer:

Moritz Weißbrich

Art der Arbeit:

Bachelor-/Studienarbeit

Abteilung:

Fachgebiet für Architekturen und Systeme

Bild Untersuchung und Bewertung von Komponenten für das kinetische Energy Harvesting in elektronischen Schließsystemen

Elektronische Schließsysteme in der Gebäudeautomation sind in den letzten Jahren zu einem Marktsektor mit starkem Wachstumspotential geworden. In den meisten Fällen benötigen die Komponenten keine Verkabelung mehr und sind damit sehr installationsfreundlich. Zur Versorgung der Geräte werden jedoch Batterien genutzt, die nach einer gewissen Lebensdauer gewechselt werden. Damit sinkt die Akzeptanz beim Benutzer und die Umweltbelastung steigt, da die Batterien oft präventiv vor dem Ende ihrer Lebensdauer gewechselt werden. Weiterhin entstehen mit diesem Batteriewechsel zusätzliche Kosten, die bei der Anschaffung der Geräte häufig nicht berücksichtigt werden, z.B. wenn die Arbeitszeit für den Batteriewechsel (wenige Minuten pro Raum) in großen Gebäuden mit eingerechnet wird. Der Einsatz von Batterien ist daher nur vermeintlich günstig. Somit ist es wünschenswert, die Batterielebensdauer und damit die Wechselintervalle so weit wie möglich zu verlängern, um das Aufkommen an verbrauchten Altbatterien stark zu reduzieren.

Als Maßnahme zur Verlängerung der Batterielebensdauer bietet es sich an, Energie aus der Umwelt zu nutzen (Energy Harvesting). Dabei ist es denkbar, Energie aus mehreren Quellen, wie bspw. Solarenergie, elektromagnetische Energie (Funkwellen) oder thermische Energie, zu sammeln und somit die Ausbeute zu erhöhen. Auch kinetische Energie ist an Türen in Form von Rotation beim Öffnen und Schließen, durch Betätigung des Türgriffs/Schlosses oder als Schockimpulse beim Zuschlagen verfügbar. Energieernte aus Bewegungsenergie wird zwar seit langem genutzt (Fahrraddynamo, Dynamotaschenlampen), ist aber nicht ohne Weiteres in elektronischen Schließungen anwendbar.

In dieser Bachelorarbeit sollen am Markt erhältliche Komponenten zum Ernten kinetischer Energie untersucht und die Anpassbarkeit auf die Anwendung in elektronischen Schließsystemen bewertet werden. Die Effizienz ausgewählter Harvesting-Lösungen für kinetische Energie ist mit geeigneten Laboraufbauten und Anwendungsszenarien zu analysieren. Dabei sollen sowohl elektrodynamische als auch piezoelektrische Wirkprinzipien untersucht werden. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit stellt die Zwischenspeicherung der geernteten Energie dar. Hierbei soll eine Auswahl geeigneter, am Markt erhältlicher elektrischer Energiespeicher durchgeführt werden und deren Eigenschaften bzgl. Energiedichte und Verlusten durch den Einsatz in den Versuchsaufbauten überprüft werden.


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