Internet der Dinge Ultrakondensatoren optimieren Stromversorgung von IoT-Geräten

Redakteur: Jürgen Schreier

Die Zahl der IoT-Geräte wird bis zum Ende des Jahrzehnts weltweit auf 80 Milliarden anwachsen. Zugleich werden diese Geräte immer kleiner und müssen dazu effizient und kostengünstig mit Energie versorgt werden. Der Elektronikhersteller NAWA sieht die Lösung im Einsatz sogenannter Ultrakondensatoren.

Die Vernetzung nimmt weltweit zu. Immer mehr Devices werden ans Internet der Dinge angebunden.
Die Vernetzung nimmt weltweit zu. Immer mehr Devices werden ans Internet der Dinge angebunden.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

IoT-Devices spielen eine immer größere Rolle im täglichen Leben, indem sie unter anderem für mehr Komfort in häuslichen Umfeld sorgen. Dazu gehören z.B. WiFi-fähigen Elektrogeräte, smarte Stromzähler oder Sensoren, die Waren während des Transports lokalisieren und deren Zustand überwachen.

IoT-Geräte erfassen Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit, Druck oder den Standort. Sie warnen vor Rauch oder Gas. Sie sind mittlerweile (fast) überall zu finden - in den eignen vier Wänden, aber auch in widrigsten Umgebungen, z.B. auf dem Meeresgrund oder im Weltraum.

Dank der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dürfte die Zahl der IoT-Geräte weltweit weiter exponentiell ansteigen: von 25 Milliarden im Jahr 2020 auf 80 Milliarden bis 2030. Dies führt zu großen Herausforderungen in Bezug auf die Leistung der Geräte und wirft die Frage auf, wie sie effizient, kostengünstig und bei minimaler Umweltbelastung mit Strom versorgt werden können.

Stromspitzen begrenzen Lebensdauer von Batterien

Ronald De Graaf, Sales Manager für IoT beim französischen Elektronikunternehmen NAWA Technologies, erklärt: "Viele IoT-Geräte verbringen die meiste Zeit ihres Lebens im Standby-Modus und benötigen dabei nur eine geringe Menge an Energie. Wenn das Gerät jedoch ein Signal senden muss, ist ein kurzer Energiestoß erforderlich.

Die NAWACaps können mit verschiedenen Batterien (zum Beispiel Knopfzellen) kombiniert werden. Links eine herkömmliche Lösung mit AA-Zellen.
Die NAWACaps können mit verschiedenen Batterien (zum Beispiel Knopfzellen) kombiniert werden. Links eine herkömmliche Lösung mit AA-Zellen.
(Bild: NAWA)

Zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie, wenn die Druckdaten bei einer Bohrung auf dem Meeresboden zu einer Bohrinsel an der Oberfläche gesendet werden. Wenn man dann den langfristigen Energiebedarf mit einem abgelegenen Standort und einer extremen Umgebung kombiniert, ist eine Energielösung, die nur auf einer herkömmlichen Batterie basiert, zu groß und zu teuer."

IoT-Geräte verwenden viele Arten von Batterietechnologien - von nicht wiederaufladbaren Primärbatterien wie normalen AA- oder AAA-Alkalibatterien über Lithium-Primärzellen bis hin zu wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien. Doch die Notwendigkeit, wiederholte Leistungsimpulse für die Datenübertragung bereitzustellen, begrenzt die Lebensdauer dieser Energiespeicher, was zu frühzeitigen Ausfällen oder Wärmeproblemen in den Schaltkreisen führt. Hinzu kommt, dass es sich bei Lithium um eine endliche Ressource handelt, die Sicherheitsprobleme aufwerfen kann schwer zu recyceln ist.

Umweltfreundlichere Lösungen wie Energy Harvester - Solarzellen oder Systeme, die kinetische Energie oder Salzwasser zur Energieerzeugung nutzen - können zwar einen Sensor mit geringer "Standby"-Energie versorgen, aber nicht mit den kurzen Energieimpulsen, die für die Datenübertragung erforderlich sind.

Ultrakondensatoren ermöglichen kompakte Stromversorgungen

Dazu sind jedoch die Ultrakondensatoren von NAWA Technologies (NAWACap) in der Lage. Sie basieren auf Kohlenstoff und verwenden damit ein Material, das reichlich vorhanden, recycelbar und umweltfreundlich ist.

Die NAWACaps lasen sich in kleine, flache Zellen "verpacken". Sie widerstehen auch extremen Temperaturen und trotzen harten Umgebungsbedingungen. Sie können dem Stromverbrauchsprofil des IoT-Sensors angepasst werden, bewältigen hohe Lastspitzen, kombiniert mit einer langen Lebensdauer, weshalb nicht ersetzt werden müssen.

Die Ultrakondensatoren von NAWA können mit vielen Energiespeichern kombiniert werden, wie Ronald De Graaf erläutert. "Die Kombination unserer NAWACap-Ultrakondensatoren mit einer Lithiumzelle zu einer Hybrid-Batterie hat zahlreiche Vorteile. Nehmen wir als Beispiel ein GPS-Ortungsgerät, das oft zur Ortung wertvoller Gegenstände verwendet oder in das Halsband eines Haustiers integriert wird. Der herkömmliche Ansatz ist die Verwendung einer nicht wiederaufladbaren AA-Lithiumbatterie, die jedoch sehr sperrig ist. Integriert man einen NAWACap, können die Lithium-AA-Batterien durch kleinere AAA-Batterien ersetzt werden bei gleicher oder sogar längerer Betriebsdauer des IoT-Geräts. Man kann einen NAWACap auch mit einer Knopfzelle kombinieren, was zu einem noch flacheren, leichteren "Paket" mit noch längerer Lebensdauer führen würde."

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