Energie aus Musik
Ein kleines Gerät namens Energy Harvesting Kit veranschaulicht die Energiegewinnung aus Schwingungen. Es eignet sich auch für die Schule.
Der Begriff Energy Harvesting beschreibt Module, die Energie aus der Umwelt „ernten“ können. Dazu zählen unter anderem Photovoltaikmodule, thermoelektrische Generatoren und auch Generatoren, die Energie aus Vibrationen ernten können. Die Abgrenzung zum Begriff der erneuerbaren Energie erfolgt derart, dass Energy Harvesting meistens dann verwendet wird, wenn dezentrale Sensoren mit Energie versorgt und die Sensordaten per Funk an eine zentrale Steuerung gesendet werden sollen. Es werden daher keine Kraftwerke ersetzt, sondern Batterien.
Im Einzelfall ist dies nur eine kleine Energiemenge, aber bei großen Stückzahlen können Energy Harvester einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten und den Einsatz von Giftstoffen vermeiden. Für den Anwender liegt der Hauptnutzen darin, dass die Wartungsintervalle für den Batteriewechsel entfallen oder zumindest erheblich verlängert werden können.
Bei vielen technischen Systemen und Maschinen entstehen Schwingungen, deren Energie für die elektronische Überwachung verwendet werden kann. Als Energy Harvester werden hier meist Schwingarm-Vibrationswandler oder linear bewegliche Energiewandler eingesetzt. Hinsichtlich der physikalischen Prinzipien kommen entweder elektromagnetische, kapazitive oder piezoelektrische Wandler zum Einsatz. Der Leistungsbereich liegt je nach Größe und Anforderung im Bereich von Mikrowatt bis zu etwa 0,5 W.
Energy Harvesting ist aber nicht nur ein aktuelles Thema im Rahmen der Energie- und Umweltdebatte, sondern bietet auch erhebliches Potenzial für den Physikunterricht in Schulen. Aus diesem Grund hat das Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft e.V. (HSG-IMIT) in Villingen-Schwenningen im Auftrag der Perpetuum Ebner GmbH Technik in St. Georgen einen Schulversuch zu diesem Thema entwickelt. Ziel war es, ein möglichst anschauliches und robustes System zu entwerfen, das den Schülerinnen und Schülern die Gewinnung von Energie aus Schwingungen vermitteln soll.
Abb. 1 Der Energy Harvester.
Wie dieses Gerät funktioniert und welche Demonstrationsexperimente damit möglich sind, erklärt der Originalbeitrag, der in der jüngsten Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen ist. Er steht bis zum 3. Oktober 2014 kostenlos zum Download zur Verfügung. Dort erfahren Sie auch, wie man Energie aus Musik beziehen kann.
Die Kits können entweder bei der Firma Perpetuum-Ebner GmbH Technik in St. Georgen oder beim HSG-IMIT bestellt werden.
Stephan Knappmann, HSG-IMIT, Villingen-Schwenningen
