Energy Harvesting for Self-Sufficient Distributed Systems - Investigation into Power Generation in Self-Powered Sensor Networks

• Applicant: Dr. Torsten Djurhuus
• Subject Area: Microsystems
• Term: from 2012 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 213881804

Wandlersysteme zur Energiegewinnung (EHS) sind Strukturen welche Energie aus der Umwelt sammeln und diese in elektrischen Strom umwandeln. Diese Technologie stellt eine wichtige Alternative zum Batteriebetrieb in verteilten Anwendungen dar. Die derzeitigen Anwendungen nutzen lineare EHS was eine inhärente Beschränkung in der erzeugten Leistung mit sich führt. Im Gegensatz hierzu, erlauben nichtlineare EHS, welche als modulierte bi-stabile Oszillatoren mit Rauschenanregung dargestellt werden können, diese Beschränkung aufzuheben und gleichzeitig den Wirkungsgrad zu erhöhen. Nichtlineare EHS sind in der Lage nicht harmonische deterministische und breitbandige stochastische Signalenergie zu wandeln und werden deshalb Stochastische Resonanz-Energiewandler (SR-EHS) genannt. SR-EHS wurden konzeptionell vorgestellt, aber fehlende theoretische und numerische Analysemethoden haben einen Einsatz in realen Anwendungen bis heute verhindert.Das Ziel des Projektes ist es ein verallgemeinertes theoretisches Verfahren für die Analyse von bi- und multi-stabilen gekoppelten Oszillatoren mit stochastischer Anregung (Makro-Modell) zu entwickeln und experimentell zu verifizieren. Dieses Verfahren wird als Grundlage für die Entwicklung und Analyse von beliebigen SR-EHS dienen. Im Rahmen des Vorhabens werden miniaturisierte SR-EHS in MEMS Technologie entwickelt und realisiert, wobei gekoppelte SR-EHS Konzepte untersuchen werden sollen, die bisher keine Beachtung fanden. Das SR-EHS numerische Analyseverfahren mit Makro-Modellen ermöglicht die Implementierung in realen Anwendungen durch Berücksichtigung von parasitären Effekten und unterschiedlichen Rauschprozessen. Mit Hilfe dieser numerischen SR-EHS Analyseverfahren sollen SR-EHS optimiert werden und gleichzeitig ein besseres Verständnis der dynamischen Effekte in SR-EHS und gekoppelten SR-EHS entwickelt werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Viktor Krozer, Ph.D.