Wearables und das Internet der Dinge profitieren von einem niedrigen Energieverbrauch der Elektronik, denn die dazugehörigen Batterien können kleiner und leichter werden oder ganz entfallen, indem Energy Harvesting genutzt wird. Die üblichen Mikrocontroller arbeiten mit Betriebsspannungen von bis zu 1,8 Volt, um die logischen Ein-Aus-Zustände zu realisieren. Das US-amerikanische Unternehmen Ambiq Micro hat mit der Subthreshold Power Optimized Technology (SPOT) einen Weg gefunden, Versorgungsspannungen unterhalb der Schwellenspannung der Transistoren von 1 Volt zu nutzen. Da der Energieverbrauch quadratisch von der Spannung abhängt, sind so Mikrocontroller mit 0,5 Volt Versorgungsspannung möglich, die nur noch ein Dreizehntel der üblichen Leistung aufnehmen. Das Verhältnis der Stromstärken von logisch ein- und ausgeschalteten Transistoren wird durch die Betriebsspannung unterhalb der Schwellenspannung kleiner und kommt in den Bereich der Leckströme. Für die Fertigung in Standard-CMOS-Technologie sind spezielle Modelle erforderlich, um die Low-Voltage-Eigenschaften darzustellen. Auch die Testeinrichtungen sind nicht für Ströme im Bereich von Pico- oder Nanoampere geeignet und werden daher mit speziellen Boards auf Standard-Tester adaptiert.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Professur für Mess- und Sensortechnik durchgeführt. Unwettererscheinungen mit starken Regenfällen und Überschwemmungen nehmen im Zuge des Klimawandels immer mehr zu. In Katastrophenfällen wird die vorhandene Messtechnik zur Gewässerüberwachung oft stark beansprucht oder fällt ganz aus. Gerade zu diesen Zeiten ist jedoch eine kontinuierliche Überwachung zur Planung von Schutzmaßnahmen besonders vonnöten, da Überflutungen in der Regel erhebliche Schäden verursachen. Die Firmen SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG und JuB - Creative Product GmbH arbeiten zusammen mit der Technischen Universität Chemnitz an einem Konzept für ein mobiles, autonomes Messsystem, welches in solchen Fällen schnell einsatzbereit ist. Ziel ist dabei die Überwachung von Pegelstand und Wellenausbreitung, womit sich der Verlauf einer Überschwemmung beobachten und erfassen lässt. Dies ermöglicht Gefahrenabschätzungen und Risikobewertungen, womit Gegenmaßnahmen eingeleitet und koordiniert werden können. Das System selbst verfügt dazu über eine energiesparende Messtechnik sowie hocheffiziente Elektronik zur Datenverarbeitung und Funkübertragung. Durch eine hybride Energieversorgung auf Basis von Energy Harvesting wird eine besonders schnelle Einsatzbereitschaft erreicht. Hierzu werden die Bewegungen des Wassers über einen neuartigen Pendelwandler in elektrisch nutzbare Leistung umgewandelt. Zusätzlich wird der Temperaturunterschied zur Umgebung genutzt, um die Elektronik zu betreiben. Das System kann somit wartungsfrei auch nach längeren Pausenzeiten direkt eingesetzt und genutzt werden. Gleichzeitig ermöglicht eine modulare Funkübertragung unter Verwendung verschiedener Mobilfunkfrequenzen einen universellen Einsatz in verschiedenen Ländern. Potentielle Einsatzländer beschränken sich deshalb nicht nur auf die Bundesrepublik Deutschland, sondern zielen vor allem auch auf das Ausland ab. Speziell in ariden Klimazonen mit den typischen Überschwemmungsgebieten in Regenzeiten, stehen oft nicht ausreichend finanzielle Mittel für dauerhafte stationäre Lösungen bereit. Hier sind flexible und vor allem kostengünstige Systeme gefragt, welche situationsbedingt eingesetzt werden können. HydroMon leistet somit einen wertvollen Beitrag zum Katastrophenschutz unter den klimatischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften, Biozentrum, Bienenforschungsgruppe durchgeführt. Ziel im Verbundprojekt ist die Entwicklung eines RFID-basierenden Erkennungs- und Monitoring Systems für das Nutztier Biene. Zum einen werden verschiedene Konzepte und prototypische Lösungen erarbeitet, die z. B. die Identifizierung von mehreren Bienen gleichzeitig am Einflugloch mit Leseabstand von 5-10 cm möglich machen, die Position z.B. einer Bienenkönigin innerhalb der Kolonie aus einem Abstand 50-100 cm bestimmen oder die Vitalität der Königin durch Aufzeichnung des Bewegungsmusters überwachen. Zum anderen sollen Möglichkeiten zur Implementierung von Zusatzfunktionen für die Forschung (z. B. Temperaturmessung) gefunden werden. Zudem ist die Klärung der grundsätzlichen Machbarkeit von Datenspeicherung, unter Nutzung von Energy Harvesting Konzepten, geplant. Der Projektteil von HOBOS umfasst v.a. Feldversuche und Evaluationstests. Ziel ist insgesamt eine gerätetechnische Lösung zu finden, deren Einfluss auf die Bienen und ihr Verhalten möglichst gering ist. Während der Projektpartner microsensys auf die Entwicklung und Produktion von technisch anspruchsvollen RFID-System-Komponenten mit Kernkompetenz bei Sensorintegration und Miniaturisierung spezialisiert ist, liegt der Schwerpunkt der auf HOBOS entfallenden Arbeiten auf den Feldversuchen, der Untersuchung der Einflüsse auf die Biene und ihr Verhalten sowie der Integration aller technischen Bestandteile an die Biene und in den Bienenstock und der Evaluationstests der Prototypen an realen Bienenstöcken. Konkret müssen z. B. die Wechselwirkungen von UHF mit dem Bienenwachs und den Spanndrähten im Wabengerüst untersucht werden sowie der Einfluss der Antennenstrukturen auf die Bienen und ihr Verhalten. Bei den Arbeiten von HOBOS liegt der Schwerpunkt darauf, dass die technische Lösung keinen oder nur möglichst geringen Einfluss auf die Bienen haben soll. Daher sind besonders Arbeits- und Zeitintensiv die Feldversuche und Evaluationstests.
Das Projekt "Elektroniksysteme mit besonders niedrigem Energieverbrauch für das Internet der Dinge - LoLiPoP IoT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen durchgeführt. Im Rahmen von LoLiPoP IoT werden innovative Energieversorgungsplattformen für den langlebigen Betrieb drahtloser Sensornetzwerke und -module (WSN) entwickelt, die eine Nachrüstung in IoT-Anwendungen ermöglichen. Dazu gehört die Entwicklung von Algorithmen zur Umsetzung von Funktionalitäten wie Anlagen- und Zustandsüberwachung (für die vorausschauende Wartung). Sie können in Anwendungen wie Industrie 4.0, intelligente Mobilität und energieeffiziente Gebäude eingesetzt werden. LoLiPoP IoT schafft ein Ökosystem von Entwicklern, Integratoren und Nutzern, um Plattformen zu entwickeln, die einfache Installation und geringe Wartung möglich machen. Im Projekt werden zwölf Anwendungsfälle realisiert, um die technische Machbarkeit und die potenziellen Auswirkungen zu erproben. Zu den aus LoLiPoP IoT resultierenden Auswirkungen gehören: Verlängerung der Batterielebensdauer, Verringerung des Wartungsaufwands für mobile und feste Anlagen, Verringerung der Kosten für die Lokalisierung von Vermögenswerten, Reduktion von Zykluszeiten und Lagerkosten sowie Verbesserung von Komfort und Wohlbefinden in Gebäuden bei gleichzeitiger Verringerung des Energiebedarfs. Das Gesamtziel des Teilvorhabens 'Harvester und Energiemanagement-Modul zur autarken Energieversorgung von IOT-Sensoren' ist die Entwicklung, Realisierung und Erforschung von autarken Energieversorgungen für drahtlose Sensorsysteme. Das Teilvorhaben fokussiert dabei auf ein generisches, interoperables Energiemanagement in Form von Spannungswandlern und Ladeschaltungen zur Nutzung von Energie aus der Umwelt über Energy Harvesting Technologien. Weiterhin ist das Ziel des Teilvorhabens die Modellierung und Simulation von thermischen und mechanischen Energiewandlern sowie der Aufbau und Test von thermischen Energiewandlern. Letztlich sollen im Teilvorhaben Sensorknoten entstehen, die über eine energieabhängige Systemsteuerung verfügen, um ihre Leistungsfähigkeit optimal an das zur Verfügung stehen Energiebudget anzupassen.
Das Projekt "FHprofUnt 2015: Neue Konzepte für magnetische Energy Harvester" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aschaffenburg, Fakultät Ingenieurwissenschaften durchgeführt. Die Gewinnung kleinster Mengen elektrischer Energie aus per se vorhandenen Umweltquellen wie einem Temperaturgradienten, Sonnenlicht und Vibrationen ermöglicht es, Energie dort für ein elektronisches Gerät zu erzeugen, zu speichern und wieder abzugeben, wo sie benötigt wird. Der Begriff Energy Harvesting (Energiegewinnung aus Umgebungsgrößen) geht dabei noch über die oben genannte Definition hinaus und umfasst nicht nur das energieautarke System, sondern auch die drahtlose Übertragung von Daten. Auf der Suche nach neuen Möglichkeiten für das Energy Harvesting kommen neben den bekannten Wandler-Prinzipien, wie dem piezoelektrischen oder thermoelektrischen Ansatz, auch magnetische Konzepte infrage. So wird der magnetische Wiegand-Effekt seit langem für Magnetfeld-Sensoren genutzt. Im Projekt stehen magnetischen Nanomaterialien im Fokus der Entwicklung. Beispielsweise sollen magnetische Nanodrähte hinsichtlich großer Barkhausen-Sprünge technologisch realisiert und in Bezug auf eine große Energieausbeute optimiert werden. Des Weiteren sind Untersuchungen zum Einsatzpotential und Aufbau geeigneter Sensorsysteme Ziele des Projekts. Hierzu zählt die Drehzahlmessung von Antriebsachsen, Verschleißanzeiger im Güterverkehr und sporadische Grenzwertüberschreitungen im Gütertransport. Das interdisziplinäre Projekt wird mittels den Verbundpartnern aus den Bereich Schaltungstechnik und Mikrosystemtechnik sowie industriellen Partnern bearbeitet. So soll ein energieautarkes Sensorsystem auf Basis innovativer magnetischer Nanomaterialien entwickelt und energetisch optimiert werden. Pakete: - AP 1 Design des energieautarken Sensorsystems für die Logistik; - AP 2 Optimierung des magnetischen Wandler-Materials; - AP 3 Realisierung des energieautarken Sensorsystems; - AP 4 Verwertung der Forschungsergebnisse.
Das Projekt "Modellierung und Steuerung von geschlossenen Systemen im Pflanzenbau mit Hilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften, Fachgruppe Biosystemtechnik (+ Projektgruppe Agrartechnik) durchgeführt. Das Projekt beschäftigt sich damit, Steuerwissen für komplexe geschlossene Systeme zu akkumulieren, um den Input an Stoffen und Energie für den intensiven Pflanzenbau im Gewächshaus zu minimieren. Mit einer neu entwickelten Technologie für den bivalenten Betrieb von Gewächshäusern als Solarkollektoren und Pflanzenproduktionsanlagen soll das 'energy harvesting' aus diesen Anlagen verbessert werden, bei gleichzeitiger Ertragssteigerung durch Fixierung des angereicherten CO2 im geschlossenen Betrieb der Häuser und Anreicherung von gesundheitswirksamen Inhaltsstoffen durch spezifische abiotische Wachstumsbedingungen. Für die Steuerung dieser komplexen Biosystemtechnik ist die Entwicklung und Anwendung neuer, auf der Basis der Methoden der künstlichen Intelligenz basierender, Algorithmen erforderlich. Die für die Algorithmenentwicklung notwendige Expertise werden Arbeiten mexikanischer Mathematiker der Universität Chapingo (Mexiko-City) einbezogen. Die Softwareentwicklung und die Integration insbesondere der neuronalen Netze in die in Berlin entwickelte Prozessleitsoftware und der Systemtest erfolgt durch das Fachgebiet Biosystemtechnik der Humboldt-Universität zu Berlin. Arbeitsplanung laut beiliegendem Ablaufplan Reisen - 2012: 3 deutsche Wissenschaftlern nach Chapingo (4 Wochen); Einreise 3 mexikanische Wissenschaftler (4 Wochen). 2013: 3 mexikanische Wissenschaftler nach Deutschland (4 Wochen). 2014: 3 deutsche Wissenschaftler nach Chapingo.
Das Projekt "Elektroniksysteme mit besonders niedrigem Energieverbrauch für das Internet der Dinge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen durchgeführt. Im Rahmen von LoLiPoP IoT werden innovative Energieversorgungsplattformen für den langlebigen Betrieb drahtloser Sensornetzwerke und -module (WSN) entwickelt, die eine Nachrüstung in IoT-Anwendungen ermöglichen. Dazu gehört die Entwicklung von Algorithmen zur Umsetzung von Funktionalitäten wie Anlagen- und Zustandsüberwachung (für die vorausschauende Wartung). Sie können in Anwendungen wie Industrie 4.0, intelligente Mobilität und energieeffiziente Gebäude eingesetzt werden. LoLiPoP IoT schafft ein Ökosystem von Entwicklern, Integratoren und Nutzern, um Plattformen zu entwickeln, die einfache Installation und geringe Wartung möglich machen. Im Projekt werden zwölf Anwendungsfälle realisiert, um die technische Machbarkeit und die potenziellen Auswirkungen zu erproben. Zu den aus LoLiPoP IoT resultierenden Auswirkungen gehören: Verlängerung der Batterielebensdauer, Verringerung des Wartungsaufwands für mobile und feste Anlagen, Verringerung der Kosten für die Lokalisierung von Vermögenswerten, Reduktion von Zykluszeiten und Lagerkosten sowie Verbesserung von Komfort und Wohlbefinden in Gebäuden bei gleichzeitiger Verringerung des Energiebedarfs. Das Gesamtziel des Teilvorhabens 'Harvester und Energiemanagement-Modul zur autarken Energieversorgung von IOT-Sensoren' ist die Entwicklung, Realisierung und Erforschung von autarken Energieversorgungen für drahtlose Sensorsysteme. Das Teilvorhaben fokussiert dabei auf ein generisches, interoperables Energiemanagement in Form von Spannungswandlern und Ladeschaltungen zur Nutzung von Energie aus der Umwelt über Energy Harvesting Technologien. Weiterhin ist das Ziel des Teilvorhabens die Modellierung und Simulation von thermischen und mechanischen Energiewandlern sowie der Aufbau und Test von thermischen Energiewandlern. Letztlich sollen im Teilvorhaben Sensorknoten entstehen, die über eine energieabhängige Systemsteuerung verfügen, um ihre Leistungsfähigkeit optimal an das zur Verfügung stehen Energiebudget anzupassen.
Das Projekt "Integriert photovoltaisch wiederbeladbare Energieversorgung für mobile und autarke Kleinsysteme - BZ-Solar" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik, Lehrstuhl für Prozesstechnologie durchgeführt. Im Projekt BZ-Solar geht es um die Entwicklung einer photovoltaisch wiederbeladbaren Knopfzelle mit hoher Energiedichte auf Brennstoffzellenbasis, die zusätzlich sämtliche Komponenten eines Micro Energy Harvesting (MEH) -Systems in sich vereinigt. Das bedeutet, dass sich die Zelle über Sonnenlicht von alleine lädt, d.h. Ladung speichert, und bei Bedarf Strom für das zu betreibende System erzeugt. Dabei beinhaltet die Zelle sogar einen prinzipbedingten Überladungsschutz. Eine derartige Zelle hat den Vorteil, dass auch bestehende Sensorknoten ohne MEH-Wandler mit geringem Mehraufwand und dadurch kostengünstig, zu einem nachhaltigen MEH-System nachgerüstet werden können. Als Vorteil für den Anwender ergibt sich dadurch eine deutlich verlängerte Lebensdauer bzw. eine Verlängerung des Wartungsintervalls für den jeweiligen Sensorknoten. Eine neuere Entwicklung auf diesem Gebiet ist die siliziumintegrierte alkalische Mikrobrennstoffzelle, die im Rahmen des DFG Graduiertenkollegs 'Micro Energy Harvesting' am gleichen Lehrstuhl entwickelt wurde. In diesem Zelltyp wird zur Energieerzeugung als Metallhydrid (MH) gespeicherter Wasserstoff mit Luftsauerstoff elektrochemisch zu Wasser 'verbrannt'. Bisher musste diese Arte der Brennstoffzelle allerdings durch externe Energiequellen wieder aufgeladen werden. Die Energie wird also beispielsweise durch eine Solarzelle generiert und an die Brennstoffzelle weitergegeben. Dabei findet in der Brennstoffzelle eine Elektrolyse statt, bei der Wasserstoff und Sauerstoff generiert werden. Diese Umkehrreaktion lässt sich aber auch mit Hilfe geeigneter Halbleitermaterialien und Sonnenlicht auf photokatalytischem Wege direkt in der Brennstoffzelle selbst erreichen. Ähnlich wie bei einem Halbleiter-Metall-Kontakt bildet sich an Halbleiter-Elektrolyt-Grenzflächen eine Raumladungszone aus. In dieser Raumladungszone können durch Strahlung erzeugte Elektronen-Loch-Paare getrennt werden, die wiederum in der Lage sind, direkte Red-Ox-Reaktionen mit dem Elektrolyten einzugehen. Befindet sich der Halbleiter im direkten Kontakt mit dem Wasserstoffspeicher, führt dies, je nach Belastung der Zelle, entweder zu einer unmittelbaren Ladung des Speichers mit Wasserstoff oder zu einem zusätzlich nutzbaren Entladestrom der Zelle. Das Ergebnis ist eine photovoltaisch wiederbeladbare Energieversorgung mit integriertem Energiemanagement. Dabei beinhaltet die Speicherzelle sogar einen inhärenten Überladeschutz, da die Bandverbiegung und der damit verbundene Photostrom mit steigendem Ladezustand stetig sinkt und somit einer Überladung entgegengewirkt wird. Durch die Kombination von lichtinduzierter Wasserstofferzeugung und Brennstoffzelle ist es demnach möglich, ein komplettes und sehr kompaktes MEH-System herzustellen, welches sowohl Energie aus der Umgebung 'erntet' als auch speichert. (Text gekürzt)
Das Projekt "Evaluierung des Standes der Forschung und der Technik im Themenfeld Energy-Harvesting/Ultra-Low-Power-Systeme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft, Institut für Angewandte Forschung durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Sensorikentwicklung, Energieversorgung und Projektkoordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fakultät Machinenwesen, Lehr- und Forschungsgebiet Konstruktion und Entwicklung von Mikrosystemen (KEmikro) durchgeführt. Als Reaktion auf das Reaktorunglück von Fukushima beschloss die BR 2011 die sog. Energiewende und damit neben dem Ausstieg aus der Kernenergie zwangsläufig eine weitere massive Investition in regenerative Energien. 2012 machte die Windenergie mit 7,4 % Anteil an der Gesamtbruttostromerzeugung in DE den größten Anteil aller erneuerbaren Energien aus. Als typische Laufzeit einer Onshore-WKA werden in Deutschland ca. 20 Jahre angegeben. Anschl. werden die Anlagen, vornehmlich aus Sicherheits- und Effizienzgründen, demontiert und entsorgt oder an Drittländer verkauft. An ihrer Stelle werden neue, effizientere WKA errichtet (sog. Repowering), deren Energieertrag den der Altanlage um ein Vielfaches übersteigen kann. Der ökologische und wirtschaftl. Nutzen des Repowerings hängt dabei von vielen äußeren Einflüssen ab, wie etwa der durchschnittl. Windstärke oder dem Zustand der Altanlage, woraus der Unterhaltungsaufwand und notwendige Reparaturen resultieren. Durch die im Laufe der Jahre stark zugenommene räumliche Dimension der WKA, ist die Akzeptanz in vielen Bereichen der Gesellschaft begrenzt. Die Emission von Treibhausgasen durch den Energiebedarf bei der Herstellung, der Montage und dem Betrieb von WKA ist keineswegs zu vernachlässigen. Die Entscheidung über ein mögliches Repowering ist oftmals also vielschichtig, neben techn. und ökonomischen müssen häufig auch politische Argumente sorgfältig gegeneinander abgewogen werden. Muss die Altanlage aufgrund von Beschädigung statt nach 20 bereits nach 18 Jahren, oder sollte sie im Sinne einer Optimierung der Ressourceneffizienz erst nach 23 Jahren ersetzt werden? Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Vorhersage der Lebensdauer der Rotorblätter einer WKA, denen man nicht unbedingt ansehen kann, wie groß ihre bisherige Belastung und damit ihr Verschleiß gewesen sind. Im Sinne eines verantwortungsvollen Entscheidungsprozesses ist der Rückgriff auf solide, wissenschaftlich gesicherte Informationen in diesem Zusammenhang eigentlich unabdingbar, leider sind solche Daten gerade für Altanlagen aber häufig nicht oder nur in unzureichendem Maße verfügbar. Einen Beitrag zur Bereitstellung dieser Daten zu liefern ist deshalb das erklärte Ziel des Projektes WindLast. Zu diesem Zweck soll ein neuartiger, kostengünstiger , vollständig energieautarker Sensor zur Zustandsüberwachung des Rotorblattes einer WKA entwickelt werden. Neben einer besonders benutzerfreundl. Darstellung der Belastung und des Zustandes zeichnet sich dieser durch seine vollständige Nachrüstbarkeit in im Einsatz befindl. Rotorblätter aus. Durch die kostengünstige, unkomplizierte Installation des Sensorsystems erhoffen sich die Konsortiumspartner des Projektes WindLast eine höhere Marktakzeptanz - und damit einen echten Beitrag zur Maximierung der Energieeffizienz der jeweiligen Anlage. Die Bereitstellung der für ein intelligentes Repowering notwendigen Daten stellt dabei einen innovativen Beitrag zum aktiven Klimaschutz dar.
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| Bund | 53 |
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| Förderprogramm | 52 |
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