Smart and nice products with embedded energy

"Smart and nice" producten met ingebedde energy harvesting
We leven in een wereld waarin steeds meer gestreefd wordt naar meer luxe en comfort. Anderzijds
is ook het besef naar duurzaamheid sterk doorgedrongen. Het aanbieden van extra mogelijkheden
aan een product met minimale impact op het milieu is dan ook het hoofddoel van dit project.
Hiervoor wensen we technieken te gebruiken op basis van draadloze “energy harvesting”
technologie, een technologie om energie uit de omgeving te “oogsten”. Deze technologie biedt heel
veel potentieel voor een waaier van toepassingen zoals batterijloze schakelaars, intelligent
raambeslag, temperatuur-, vocht-, licht- en/of aanwezigheidssensoren, alarm notificaties, ... in
slimme gebouwen.
Draadloze autonome (sensor)systemen die energie uit de omgeving gebruiken
In dit onderzoeksproject zullen medewerkers van de VUB onderzoek verrichten naar de
technologische limieten van autonome draadloze (sensor)systemen die hun energie uit de omgeving
halen (“ambient energy harvesting”). Conventionele systemen gebruiken (herlaadbare) batterijen of
bestaande bekabeling, terwijl “energy harvesters” de opportuniteit bieden om energie via een
interface uit de onmiddellijke buurt van het systeem te halen. Deze interface wordt de “harvester”
genoemd. Deze “harvester” maakt gebruik van verschillende energievormen van natuurlijke of
artificiële oorsprong en converteert deze naar elektrische energie. Deze elektrische energie kan dan
tijdelijk opgeslagen worden in een herlaadbare batterij of in een condensator, en kan daarna
aangewend worden om een ander systeem met bijv. LEDs en sensoren van energie te voorzien.
Bijgevolg is dit ander systeem energie-autark, en heeft geen externe energiebron meer nodig. Het
voordeel van een autark systeem is de langere functionaliteit dan bij een systeem waarbij je
batterijen moet vervangen. Deze systemen zijn goedkoper en duurzamer. Verder is het systeem veel
gemakkelijker uit te breiden.
Bestaand onderzoek heeft echter aangetoond dat de energiedensiteit van de meeste commercieel
beschikbare “harvesters” te laag is om praktisch bruikbaar te zijn. Een lage energiedensiteit
resulteert in een grotere “harvester”, en dus in een groter systeem in zijn geheel. Drie interessante
vormen van energie zijn warmte, licht en trillingen.
- Temperatuursverschillen kunnen in elektrische energie omgezet worden via het
Seebeck effect. De energie die gegenereerd wordt, is proportioneel met het
temperatuursverschil en het contactoppervlak. Lichamen die continu warmer of kouder
zijn dan de omgevingstemperatuur komen hiervoor in aanmerking.
- Een tweede mogelijkheid is het omzetten van lichtenergie naar elektrische energie
door fotovoltaïsche cellen. In dit geval is de output proportioneel met de oppervlakte van
de cel en met de intensiteit van de lichtbron. Fotovoltaïsche cellen kunnen daglicht en
artificieel licht omzetten naar elektrische energie.
- Tot slot vormen ook trillingen een interessante derde piste omdat men hiermee de
hoogste energiedensiteiten kan bereiken. Bij trillings”harvesters” is het van belang om de
frequentie en de amplitude zo goed mogelijk te matchen om de energie-opbrengst te
maximaliseren. Omzetten van trillingsenergie naar elektrische energie kan gebeuren via
piëzo-elektrische omzetters of MEMS (micro-electro mechanical systems) “harvesters”.
In een residentiële omgeving is een bijkomende vereiste dat de systemen een grotere flexibiliteit
hebben, vanwege de grote variatie aan omgevingen. Aandachtspunten zijn de grootte van de
“harvesters”, en de topologie van de interne elektronica die zorgt voor de conversie en de opslag van
de elektrische energie, de keuze van de sensoren met laag vermogenverbruik, draadloze
communicatietechnieken en data interfaces.
In de testcases willen we het onderzoek focussen op zogenoemde “smart and nice products”. Dit zijn
producten waarbij sensoren en LEDs worden toegevoegd, gevoed met Energy harvesting technieken.
Deze sensoren hebben een dubbele functionaliteit: ten eerste zijn ze nodig om bijv. aanwezigheid en
lichtintensiteit te meten, en ten tweede om te communiceren met verschillende componenten in het
netwerk. De LEDs kunnen gebruikt worden om extra sfeer aan producten te geven of een
functionaliteit visueel aan te duiden (bv. een blauw/rood LED voor verwarming die af/aanstaat).
Het onderzoeksproject “Embedded energy harvesting” maakt de resultaten inzetbaar !
Het toepassen van recent onderzoek in het domein van energy harvesting helpt fabrikanten om
nieuwe technologieën te integreren in hun volgende generatie producten. Deze state-of-the-art
technologieën bieden een groot potentieel, maar de kennis hierover is nog onvoldoende
doorgedrongen bij Vlaamse fabrikanten. Deze blijven dan ook met heel wat concrete vragen zitten
over hoe ze best op deze uitdagingen kunnen inspelen:
- Hoeveel energie kan ik “harvesten” ? Is dit voldoende voor de toepassing die ik nodig
heb ?
-
Hoe kan ik het energieverbruik van mijn product verminderen ?
-
Hoeveel energie kan ik opslaan ?
-
Welke componenten of nieuwe technologieën zijn geschikt voor mijn product ?
-
Hoe integreer ik deze componenten in mijn producten ?
-
Hoe laat ik verschillende componenten optimaal samenwerken ?
-
…
Om aan de vragen en noden van bedrijven tegemoet te komen, starten Sirris en VUB een project op
rond “Smart and nice products with embedded energy harvesting”. Profiteer met uw bedrijf mee van
dit project! De focus van dit project ligt op het concreet toepassen van onderzoeksresultaten in reële
cases van bedrijven en op advies op maat van het bedrijf bij de ontwikkeling van nieuwe producten.
Meewerken loont: neem nu contact op !
Heeft u ook vragen in het domein van ingebedde energy harvesting? Laat het ons weten! Zo kunnen
wij uw uitdagingen en noden actief mee opnemen. Bovendien kan u meewerken, het project van
nabij opvolgen en bijsturen door lid te worden van de gebruikersgroep. Concreet betekent dit een
directe toegang tot de resultaten en onderzoekers, het opvolgen van enkele
seminaries/stuurgroepen per jaar, en de mogelijkheid om actief te participeren met reële
bedrijfstoepassingen. Zo streven Sirris en VUB naar resultaten op maat van de Vlaamse bedrijven.
Het project zal, indien het goedgekeurd wordt, starten op 1/10/14 en 2 jaar lopen. Bijdrage tot
deelname is bespreekbaar, maar ligt rond de 2000 euro.
Contactpersonen
Paul Lamsens ([email protected], GSM 0498 91 93 30)
An Braeken, VUB ([email protected])

Download Report