Aus dem Facharchiv: Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit, Betriebsführung
Energy Harvesting – Energie aus der Umwelt, Teil 5: Magnetfeld-, Schall- und mechanische Energie
Im letzten Teil dieser Serie [1] – [4] zur Energiegewinnung aus der Umwelt bilden praktische Anwendungen zur Nutzung der Energie des Magnetfelds (wie energieautarke Sensoren für elektrische Anlagen) einen Schwerpunkt der Betrachtungen.
In dem Bereich mechanischer Energien kann man beispielsweise die „geerntete“ Energie gut für Funkzwecke verwenden. Dazu wurde der Standard für Funkanwendungen mit einem besonders niedrigen Energieverbrauch (ISO/IEC 14543-3-10) festgelegt. Erste, teilweise utopisch erscheinende Konzepte zur Energiegewinnung aus Luftdruckschwankungen runden die Ausführungen ab.
Magnetfeldenergie
Passiver NFC-Tag
Auf dem Prinzip des induktiven Energy Harvesting aus magnetischen Wechselfeldern bauen passive NFC-Tags auf. Die Funktion der Sendespule kann jedoch jeder von Wechselstrom durchflossene Leiter übernehmen. Dabei entsteht ein konzentrisches Magnetfeld, das in Amplitude und Drehrichtung in Abhängigkeit vom Momentanwert des Stroms oszilliert.
Energieautarker Sensor für elektrische Anlagen
In Transformatorenstationen und Schaltschränken, wo durch kräftige Kupferschienen die Phasenströme von energiehungrigen Verbrauchern in der Größenordnung von Hunderten von Ampere fließen, lassen sich aus den begleitenden Magnetwechselfeldern ausreichende Energien durch Induktion in einer Empfängerspule „ernten“, um autarke Temperatursensoren zu betreiben, die ihre Messwerte per Funk an eine Überwachungszentrale übertragen. Das ist bei derartigen Kupferschienen sehr wichtig, denn ein Temperaturanstieg signalisiert ein nahendes Problem. Dies könnte unter anderem bestehen in
- losen Verbindungen an den Stromschienen,
- Korrosion und Verschmutzung,
- Überlastungen,
- ausgefallene Kühlung.
Das Bild zeigt einen M-Node-Sensor des Herstellers Micropelt [5]. Er wird auf die Stromschiene aufgeklemmt und deckt durch ständige Messungen rund um die Uhr mit Temperatur-Trendanalysen Fehlerquellen frühzeitig auf (Temperaturmessung im Bereich 0–150 °C).
Weil er seinen Energiebedarf vollständig aus den Magnetfeldern der Stromschienen deckt, ist keine Betriebsunterbrechung erforderlich, die beim Wechsel von Batterien zwingend wäre.
Der Sensor arbeitet schon ab 50 A (an Stromschienen ab 10 mm x 30 mm) und ist für enge Leiterabstände geeignet. Durch den lageunabhängigen Einbau und den robusten Aufbau ist er leicht nachrüstbar. Kommuniziert wird im lizenzfreien 2,4-GHz-Funkband. Mögliche Anwendungsgebiete sind: