Energy-Harvesting-Module versorgen Flugzeug-Sensoren mit Strom

24. März 2013, 20:44
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Temperaturunterschied zwischen Höhen- und Bodenluft liefert Energie für Sensorennetzwerk an der Flugzeughülle

Wien - Ein nur wenige Zentimeter großes Energy-Harvesting-Modul soll künftig Sensorsysteme in Flugzeugen mit Energie versorgen. Entsprechende Prototypen, die die Technischen Universität (TU) Wien gemeinsam mit EADS entwickelt haben, wurden nun erstmals in Testflügen unter realen Flugbedingungen erfolgreich getestet. Gewonnen wird die Energie aus dem Temperaturunterschied zwischen der kalten Höhen- und der wärmeren Bodenluft.

Netze aus Sensoren sollen künftig wichtige Daten auf der Flugzeughülle registrieren und weiterleiten - so soll die derzeit teure "händische" Wartung der Flugzeuge wesentlich kostengünstiger und effektiver erfolgen: Die autonomen Sensoren würden die entsprechenden Daten über Funk an Wartungsrechner senden, die am Boden ausgelesen werden. Das Problem bei der Sache liegt allerdings in der Energieversorgung: "Herkömmliche Batterien sind für die großen Temperaturwechsel, denen ein Flugzeug permanent ausgesetzt ist, nicht ausgelegt. Außerdem will niemand regelmäßig all die Sensorbatterien im ganzen Flugzeug auswechseln", so Ulrich Schmid, Professor am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU. Eine Verkabelung wiederum würde das Gewicht des Flugzeugs stark erhöhen.

"Seebeck-Effekt" genutzt

Deshalb entwickelten die Wissenschafter eine Methode, direkt an der Flugzeugwand elektrische Energie für die Sensoren zu gewinnen. Dazu nutzten sie den sogenannten "Seebeck-Effekt": Wenn zwei Punkte, an denen unterschiedliche Temperaturen herrschen, mit zwei verschiedenen elektrisch leitfähigen Materialien verbunden werden, kann elektrische Spannung entstehen. Konkret macht die Außenwand des Flugzeugs bei Start und Landung eine massive Temperaturänderung durch, zwischen Außen- und Innenseite der Wand entstehen Temperaturunterschiede.

Die Forscher machten sich dies durch einen kleinen Wärmespeicher zunutze: "Ein Wasserreservoir mit etwa zehn Kubikzentimetern Fassungsvermögen wird aufgewärmt, wenn das Flugzeug am Boden steht und speichert die Wärme, sodass dann hoch in der Luft damit Strom erzeugt werden kann", so Schmids Dissertant Alexandros Elefsiniotis. Während des Fluges kühlt das Wasser ab und friert ein, bei der Landung ist dann die Außenseite des Flugzeugs wärmer als das Wasserreservoir. Der gleiche Effekt funktioniert auch umgekehrt. Mittels eigens entwickelter elektronischer Schaltungen werden dann die zeitlich fluktuierenden Thermo-Ströme in einen gleichmäßigen Strom mit ausreichend hoher Spannung umgewandelt, mit dem ein Sensor stundenlang versorgt werden kann.

Mit dieser Methode wurden pro Flug etwa 23 Joule Energie gewonnen, was für den Sensorbetrieb ausreicht. Nun soll noch erforscht werden, ob andere Materialien oder andere Flüssigkeiten als Wasser das Ergebnis verbessern. Außerdem will man noch Strategien für Extremfälle wie Flugrouten in sehr kalten Regionen entwickeln. (APA/red, derStandard.at, 24.3.2013)

  • Das "Energy-Harvester-Modul", hier an der Bordwand eines Flugzeugs befestigt, lieferte im Test etwa 23 Joule Energie pro Flug, was für den Betrieb des Sensorsystems ausreicht.
    foto: eads

    Das "Energy-Harvester-Modul", hier an der Bordwand eines Flugzeugs befestigt, lieferte im Test etwa 23 Joule Energie pro Flug, was für den Betrieb des Sensorsystems ausreicht.

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