Generatoren

Dünne Folien aus Silicon, die beidseitig mit einer elastischen leitfähigen Schicht sowie einer isolierenden Schutzschicht versehen sind, bilden einen dehnbaren Kondensator. Wird diese Folie gedehnt, erhöht sich ihre Kapazität und damit der elektrische Energieinhalt. Wird eine elektrische Spannung im Bereich einiger kV angelegt, so kann aus einer etwa 20 cm² großen Folie eine elektrische Energie von 100 mJ bei 100 % Oberflächenvergrößerung umgewandelt werden.

Die mechanische Dehnung der in einer Halterung eingespannten Siliconfolien erfolgt bei regenerativen Wassergeneratoren durch strömendes Wasser. Strömt Wasser eines Fließgewässers durch ein verengtes Rohr, erhöht sich die Durchflussgeschwindigkeit an dieser Rohrengstelle und es entsteht ein hoher dynamischer Druck. An einem Abnahmerohr entsteht somit ein Sog, d.h. Luftunterdruck. Durch diesen Venturi-Effekt können Unterdrücke im Bereich von 100 mbar erreicht werden. Siliconfolien, die an diesem Abnahmerohr angeschlossen sind, werden damit gedehnt.

Der modulare und mobile Aufbau mit Leistungsklassen um 100 W an kleinen Bächen und Flüssen kann bei geringen Fließgeschwindigkeiten ab 1 m/s eingesetzt werden und hat keinen Einfluss auf Lebewesen oder Strömungsverhältnisse. Eingesetzt werden können diese mobilen Generatoren zur Stromversorgung abgelegener Siedlungen auch in Entwicklungsländern, von Ladestationen für Pedelecs oder für autonome Messstationen.

>> Schauen Sie sich den Wassergenerator des »Projekts DEGREEN« an.

Kompetenzen:

• Material und Prozess-KnowHow zur Herstellung von dielektrischen Elastomerfolien mit sehr hoher elektrischer Durchschlagsfestigkeit (70 kV/mm) und hoher mechanischer Zyklenfestigkeit (mind. 1 Mio. Zyklen bei 100 % Dehnung)
• Mechanische und gewässerbauliche Kompetenz zur Entwicklung anpassbarer Strömungswandler
• Elektronikexpertise zur Entwicklung von hoch effizienter Hochspannungselektronik mit Lastmonitoring zum autonomen Betrieb eines Generators
• mechanische, klimatische und elektrische Prüftechnik zum Nachweis der Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme

Angebot:

• Anpassung und Einsatz von Wassergeneratoren an unterschiedlichste Gewässerbedingungen
• Übertragung des Energiewandlungsprinzips dielektrischer Generatoren auf unterschiedliche Anregungsprinzipien (Energy Harvesting)
• Prüftechnik für mechatronische Systeme

Durch den Einsatz von Piezoelektrizität können Energy Harvester zur dezentralen Energieversorgung genutzt werden.
CeSMA bietet zwei Ansätze, die auf unterschiedlichen Materialklassen basieren:
 

Piezokeramische Dünnschichten

Diese Harvester benötigen nur kleine Volumina und können auf flexiblen Edelstahlfolien verarbeitet werden. Sie adressieren Anwendungen mit hoher mechanischer Robustheit und können unter thermischen Bedingungen von bis zu 160 °C arbeiten.

Piezopolymere

Diese Polymerfolien können eingesetzt werden, wenn das thermische Budget während der Verarbeitung gering ist (< 100 °C).  Die Langzeitbetriebstemperatur liegt knapp über 80 °C. Sie können auf eine Vielzahl von temperaturempfindlichen Substraten wie Kunststofffolien oder sogar Papier aufgebracht werden. Es ist auch möglich, die Verwendung von Blei zu umgehen, wie es bei piezokeramischen Harvestern erforderlich ist.