Energiesparende Sensoren

07.04.2021 – Im Projekt ZEPOWEL haben acht Fraunhofer-Institute eine Hardware entwickelt, die für IoT-Dienste einsetzbare Sensoren besonders energieeffizient macht. Im Laufe dieses Jahres sollen zwei Lösungen präsentiert werden: Zum einen ein autarker Sensorknoten, der sich allein mit Energie versorgt und Umweltdaten sammelt – beispielsweise über die Luftqualität. Und zweitens ein Sensorknoten, der den Betriebszustand von Maschinen, Motoren oder Pumpen erfasst, um deren Energiebedarf zu verringern.

Fraunhofer Sensorknoten
Der energieautarke Sensorknoten fällt in den Tiefschlafmodus, wenn er nicht benötigt wird. Bild: © Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM/Volker Mai

Autarker Sensor für die intelligente Stadt

Der energieautarke Sensorknoten, der sogenannte „Smart-City-Knoten“, zeichnet sich dadurch aus, dass er in einen energiesparenden Tiefschlaf-Modus fällt, wenn er nicht benötigt wird. In diesem Zustand verbraucht er nur noch wenige Nanowatt. Erst wenn er über Funk aktiviert wird, fährt er hoch – etwa um Feinstaub zu messen und die Messwerte über Funk zu versenden. Der Smart-City-Knoten soll in den kommenden Monaten auf Autos oder Bussen eingesetzt werden. Den Strom gewinnt er mithilfe eines Energiewandlers aus den Erschütterungen während der Fahrt. Da die Knoten klein wartungsfrei und kostengünstig seien und somit an vielen Stellen eingesetzt werden könnten, erhält man nach Auskunft des für die Projektkoordination zuständigen Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM ein feinmaschiges Messnetzwerk.

Maschinen das Energiesparen lernen

Der zweite Sensorknotentyp wird in Maschinen mit drehenden Motoren zum Einsatz kommen, zunächst in Werkzeugmaschinen, die ein Industriepartner zur Verfügung stellt. Auch heute noch gibt es viele Maschinen, die von Hand an- und abgestellt werden. Ist ein Auftrag abgearbeitet, drehen sie im Leerlauf weiter, bis jemand den Knopf drückt.

Der neue Sensorknoten enthält neben der Messtechnik eine innovative Leistungselektronik zur Ansteuerung von 15 kW bei Schaltspannungen bis 850 V. Er wird mit der Maschine gekoppelt und kann die Maschine nach Bedarf hoch- und runterfahren oder auf die jeweilige Bedarfsdrehzahl ansteuern. Die Maschinen mit intelligenten Sensorknoten auszustatten sei deutlich günstiger als neue Maschine anzuschaffen. Nach Schätzung des Fraunhofer IZM können durch den flächendeckenden Einsatz intelligenter Sensoren mit integrierter Steuerung bundesweit rund 20 Prozent der Kohlendioxid-Emissionen in der Industrie eingespart werden.

Das Projekt ZEPOWEL, kurz für Towards Zero Power Electronics, hat eine Laufzeit von drei Jahren. Es endet in der zweiten Jahreshälfte 2021. (ds)

www.fraunhofer.de

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