Hrg. Christoph Beisteiner,
"Energy Harvesting für elektronische Systeme mit geringem Leistungsbedarf"
, 3-2013
Original Titel:
Energy Harvesting für elektronische Systeme mit geringem Leistungsbedarf
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
In Zeiten enormen Energiebedarfs stellt diese Masterarbeit eine Lösung zur energieautarken Versorgung für sanitäre Anwendungen (Waschtisch- und Dusch- Armaturen, u.v.m.) vor. Im Detail wird eine Lösung für eine Sanitärarmatur präsentiert. Aus der hierbei zugrunde liegenden Temperaturdifferenz von Warm- und Kaltwasser ist eine elektrische Energiegewinnung durch Einbringen eines thermoelektrischen Generators über zwei Wärmetauscher in die Zuleitungen möglich.
Auf Grund des Seebeck-Effekts können bereits aus niedrigsten Temperaturdifferenzen (z.B. bei Umgebungstemperatur und Kaltwasser) Spannungen gewonnen werden, die groß genug sind, um spezielle DC/DC-Wandler zu betreiben.
Es wurde somit eine Schaltung entwickelt, die diese kleinsten Spannungen auf ein für die Sanitärarmaturen direkt verwertbares Spannungsniveau transformiert. Für hoch- und niedrigfrequentierte kombinierte Spülzyklen wurde eine Energiespeicherung mit einer Lithium-Ionen Zelle vorgesehen.
Für eine optimale Energieauslegung wird im weiteren eine theoretische Modellbildung des gesamten Systems präsentiert, welche eine Aussage über Temperaturen, Wärmeströme und gewonnene elektrische Leistung ermöglicht. Die Modellierung des thermischen Modells erfolgte dazu in Spice, um einerseits Recheneffizienz und andererseits die Kopplung mit elektrischen Verbrauchern bzw. Step-Up-Wandlern zu ermöglichen.
Als weiteren Teilbereich wurde zusätzlich ein verbessertes optisches Sensorsystem entwickelt, das die Schwächen der bisherigen Sensorssysteme der Sanitärarmaturen reduziert und den Energiebedarf senkt.
Abschließend werden noch Messergebnisse eines alternativen thermoelektrischen Materials vorgestellt. Arbeit gesperrt ab 14.3.2013 auf 5 Jahre.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Energy Harvesting For Low Power Electronics
Englische Kurzfassung:
In times of enormous energy consumption this master thesis presents a solution for energy self-sustained supplies for sanitary applications (wash basin, shower taps, etc.). In detail a solution for a wash basin is presented. Due to the existing difference in temperature between warm and cold water, electric energy can be generated
by integrating thermoelectric generator through two heat exchangers between the two inlet tubes. Due to the commonly known Seebeck effect, small voltages can be generated even with lowest temperature differences (e.g. between ambiant temperature and cold water) to directly drive special step?up converters. A suitable
circuit was developed to transform these lowest voltages to a voltage level directly usable for the taps electronics. For a combination of high and low number of flushing cycles energy is stored in a Lithium?ion cell. For an optimum in dimensioning a theoretical modeling for the overall system is presented which allows a conclusion
about temperatures, heat flow and the electrical power generated. The modeling of the thermal section was done in Spice in order to allow calculatory efficiency and coupling with electrical consumers or step?up converters. Additionally an improved optical sensor system was developed, to reduce the weaknesses of the current wash
basin?s system and to reduce its energy consumption. Finally some measurement results of an alternative thermoelectric material are presented. The circulation of the project work is restricted from March 14, 2013 for a period of 5 years.