Autarke Energieversorgung 03.09.2013, 13:31 Uhr

Eigenes Kraftwerk: Sensornetze laufen mit Mini-Solarzellen

Vom Brandschutz bis zum intelligenten Gebäudemanagement sind drahtlose Sensornetze auf dem Vormarsch. Doch ein Knackpunkt ist die Stromversorgung. Winzige Solarzellen auf dem Sensormodul machen die Mini-Computer jetzt erstmals zu eigenen kleinen Kraftwerken.

Mit Hilfe einer speziellen Prozesstechnologie ist es Forschern erstmals gelungen, Mini-Solarzellen direkt auf den hochempfindlichen Silizium-Chips von Sensor-Modulen aufzubringen. Sie werden dadurch zu ihren eigenen Kraftwerken und sind von externen Stromquellen unabhängig – eine wesentliche Bedingung für den zukünftigen Einsatz in der Landwirtschaft.

Mit Hilfe einer speziellen Prozesstechnologie ist es Forschern erstmals gelungen, Mini-Solarzellen direkt auf den hochempfindlichen Silizium-Chips von Sensor-Modulen aufzubringen. Sie werden dadurch zu ihren eigenen Kraftwerken und sind von externen Stromquellen unabhängig – eine wesentliche Bedingung für den zukünftigen Einsatz in der Landwirtschaft.

Foto: Fraunhofer IMS

Bei der Steuerung und Überwachung von Industrieanlagen, in der Messwerterfassung, dem Brandschutz oder der Gebäudeautomation kommen klassischerweise fest verbaute und verkabelte Sensoren zum Einsatz. Da der Installations- und Wartungsaufwand aber sehr hoch ist, übernehmen immer öfter drahtlose Sensornetze die Aufgabe, Messdaten aus der Umgebung an einen Zentralrechner zu übermitteln. Diese bestehen aus sogenannten Sensorknoten, kleinen Mini-Computern, die selbstständig Informationen aus der physikalischen Umwelt messen und per Funk weiterleiten. Doch es gibt einen Knackpunkt: die Stromversorgung. Denn besonders bei großen Netzen ist ein Batteriebetrieb zu unwirtschaftlich.

Sensorknoten laufen erstmals mit Sonnenkraft

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS haben jetzt gemeinsam mit dem Unternehmen Solchip Ltd. eine Alternative entwickelt, um Sensorknoten mit Sonnenkraft zu betreiben. „Wir bringen mittels spezieller Prozessschritte eine Mini-Solarzelle direkt auf den Silizium-Chip eines Sensormoduls auf“, erklärt Projektleiter Dr. Andreas Goehlich. Die Sensormodule werden dadurch zu ihren eigenen kleinen Kraftwerken und somit unabhängig von externen Stromquellen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Energieversorgung Leverkusen GmbH & Co.KG-Firmenlogo
Technischer Netzanschlussplaner (m/w/d) Energieversorgung Leverkusen GmbH & Co.KG
Leverkusen Zum Job 
Christoph Schnorpfeil GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauleiter (m/w/d) Christoph Schnorpfeil GmbH & Co. KG
Christoph Schnorpfeil GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Kalkulator (m/w/d) Christoph Schnorpfeil GmbH & Co. KG
Energieversorgung Leverkusen GmbH & Co.KG-Firmenlogo
Ingenieur Versorgungstechnik/Energietechnik (m/w/d) Energieversorgung Leverkusen GmbH & Co.KG
Leverkusen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Straßenbau und Infrastruktur (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Kempten Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektleiter Bau und Erhaltung Straßenbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Kempten Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik für Informationstechnik und -sicherheit (m/w/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Christoph Schnorpfeil GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauabrechner (m/w/d) Christoph Schnorpfeil GmbH & Co. KG
Ziehm Imaging GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Hardware mit Schwerpunkt Schaltungstechnik Ziehm Imaging GmbH
Nürnberg Zum Job 
ALTUS-Bau GmbH-Firmenlogo
Bauingenieur / Architekt als Bauleiter / Projektleiter (m/w/d) im Raum Schleswig-Holstein, Hamburg, Niedersachen ALTUS-Bau GmbH
Lübeck Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
BIM-Manager (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Straßenplanung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Kempten Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Strategische*r Einkäufer*in Anlagenbau (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Keysight Technologies Deutschland GmbH-Firmenlogo
Senior Process and Development Engineer for High Frequency Solutions (m/f/x) Keysight Technologies Deutschland GmbH
Böblingen Zum Job 
Iventa Austria Personalwerbung GmbH-Firmenlogo
Wind and Site Engineer (m/f/d) Iventa Austria Personalwerbung GmbH
Hamburg Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur*in für Prozess- und Automatisierungstechnik MSR (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Außenstellenleiter (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieurin oder Ingenieur Ausstattung/Verkehr (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur konstruktiver Ingenieurbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieurin oder Bauingenieur Verkehrsplanung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes

Besondere Herausforderung sei es gewesen, das Gehirn des Sensorknotens nicht zu beschädigen, die  anwendungsspezifischen mikroelektronischen Schaltkreise auf dem Silizium-Chip (ASICS). „Die Strukturen von ASICS sind sehr empfindlich, das macht die nachfolgende Bearbeitung so heikel“, sagt Goehlich. „Wir nutzen daher eine speziell entwickelte, sanfte Prozesstechnologie, die sich bereits bei unterschiedlichsten ASICS bewährt hat.“

Auf dem Gebiet des Energy Harvesting reiht sich der Durchbruch in weitere Lösungen ein, kleine Mengen Strom aus Ressourcen der unmittelbaren Umgebung zu gewinnen: etwa mit Wärme-Gradienten oder Vibrationen. Goehlich sieht bei den Mini-Solarzellen allerdings einige Vorteile: „Licht steht über eine lange Zeitspanne nahezu konstant zur Verfügung und unterliegt auch nicht so starken Schwankungen wie dies bei anderen Ressourcen oft der Fall ist.“ Ein zusätzlicher Pluspunkt: Sonnenenergie lässt sich verhältnismäßig leicht in Strom umwandeln.

Derzeit im Fokus: Anwendung in der Landwirtschaft

Zukünftig könnten Landwirte drahtlose, energieautarke Sensornetzwerke großflächig auf Anbauflächen verteilen. Die Sensorknoten messen Bodenfeuchtigkeit sowie Sonneneinstrahlung und senden die Daten an eine zentrale Schnittstelle. Landwirte können dann beispielsweise die Bewässerung anpassen oder sogar den zu erwartenden Erntebetrag ableiten. Laut Fraunhofer-Institut ist die Technologie bereits einsatzbereit. Der israelische Sensorspezialist Solchip Ltd. kümmere sich derzeit um die Vermarktung.

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitete während seines Studiums der Kommunikationsforschung bei verschiedenen Tageszeitungen. 2012 machte er sich als Journalist selbstständig. Zu seinen Themen gehören Automatisierungstechnik, IT und Industrie 4.0.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.