Energy Harvesting in Smart Textiles
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- Gudrun Schneider
- vor 8 Jahren
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Transkript
1 Energy Harvesting in Smart Textiles Lars Bölecke ITP GmbH Gesellschaft für intelligente textile Produkte, Chemnitz/Weimar
2 Agenda Firmenvorstellung Energy Harvesting mit Smart Textiles Solarenergie Thermoelektrik Piezoelektrik Elektromagnetische Induktion Triboelektrik Elektrostatische Aufladung
3 ITP GmbH 2001 Gründung der ITP GmbH in Chemnitz ingenieurtechnisches Unternehmen mit 12 Beschäftigten 2002 Gründung der Niederlassung in Weimar Referenzen in der Fahrzeugindustrie Daimler AG, VW AG, Johnson Controls Textilindustrie Freudenberg AG Medizintechnik Ionto-Comet AG und mit internationalen Partner für Wellnessprodukte
4 Unternehmensphilosophie der ITP GmbH das Ziel des Unternehmens ist die Entwicklung, Herstellung und der Verkauf von textilen Produkten mit innovativem Zusatznutzen smart textiles zur Zeit ist der Fokus der Entwicklung auf Produkte mit elektrisch leitfähigen textilen Komponenten gerichtet, mit teilweise wärmenden/kühlenden und gesundheitsorientierten Eigenschaften sowie textiler Sensorik und Aktorik die ITP GmbH bemüht sich bei der Entwicklung aller Lösungen so textil wie nur irgend möglich zu bleiben, unter Nutzung aller aktuell verfügbaren technologischen Möglichkeiten und mit dem Blick auf die Marktfähigkeit der Produkte
5 Was ist Energy Harvesting? Kleinste Energieportionen werden aufgenommen Sensor detektiert (kleines) Phänomen Gewinnung eines einzelnen Impulses aus Umgebung Harvester sammelt Energie ein einzelne Impuls werden summiert Fließender Übergang zwischen Sensor und Harvester (1) Harvesting_carrots_EnOcean-modules.jpg, abgerufen am , um 08:20 Uhr (2) abgerufen am , um 08:20 Uhr
6 Motivation Weltenergiebedarf 140 PWh/a (2010) [1], große Mengen Energie "verschwinden" täglich ungenutzt Bsp.: Sonne: 3,846 x10e26 W [2] Mensch: 2,9 kwh pro Tag [3] Energy Harvesting ermöglicht Energierückgwinnung von Auto bis hin zum Herzmuskel Energy Harvesting + Textilien = flexible Energiegewinnung (1) Wikipedia ( abgerufen am , Uhr) (2) Wikipedia ( abgerufen am , 08:26 Uhr) (3) Specht, E. (2005): Der Mensch als wärmetechnisches System. Institut für Strömungstechnik und Thermodynamik - Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Online verfügbar unter zuletzt aktualisiert am , zuletzt geprüft am (S. 5)
7 Aufbau eines Harvesting-Systems Energieversorgung Bewegung Licht Wärme Harvester Energieversorgung Speicher Sensor Verarbeitung Sender/ Aktor
8 Solarenergie - Beispiele Nutzung von Lichtenergie Kontinuierliche Bereitstellung von Energie Folien-Solarzellen bereits im Einsatz bei textilen Anwendungen Abb 1.: Zenag JKT Laden von MP3-Player [2] Abb 2.: SunnyBag Tragetasche mit eingesetzen Solarzellen zum Laden von Smartphones, etc. [1] (1) Sunny Bag: Business Kollektion, abgerufen am , 10:23 Uhr (2) (3)
![[1] (1) Sunny Bag: Business Kollektion, http://cdn.shopify.com/s/files/1/0068/3552/collections/button_businessclass_81299a9d-f907-4921-b998-3b4ab3b6a232_large.jpg?](/docs-images/41/11011444/images/page_8.jpg "v=1398151518, abgerufen am 13.05.2014, 10:23 Uhr (2) http://www.talk2myshirt.com/blog/image-upload/jackets/solar_jkt_detail.jpg (3) http://sphelarpower.")
9 Solarenergie - Funktionsweise Abb 1.: Aufbau einer Solarzelle [1] Abb 2.: Aufbau einer Farbsolarzelle [2] (1) abgerufen am , 09:46 Uhr (2) abgerufen am , 09:46 Uhr
10 Solarenergie Aktueller Stand - Netzwerkpartner Organische Solarzellen Textile Farbstoffsolarzellen BMBF-Verbundprojekte: TexSolar, KorTeSo Universität Gießen, TITK, TITV Greiz, der Universität Clausthal-Zellerfeld. Edelstahlmultifilament als Textiles Substrat mit Referenz-Flüssigelektrolyt erreichter Wirkungsgrad 2.1% [2] TexSiSolar - Textile Silizium-Solarzellen Vitrulan Technical Textiles GmbH, ITP GmbH, DBW Fiber Neuhaus GmbH, Frauenhofer IOF, IPHT e.v., FSU-IAP 100g / m² Glasfaser als Substrat Silizium als aktives Material 0.8 V / 4 cm² bei Sonnenlicht Wirkungsgrad 3 4 % Abb 1.: Farbstoffsolarzelle [1] Abb 2.: Silizium basierte Solarzele, verwoben [1] (1) abgerufen am , um 15:05 (2) abgerufen am , um 09:28 uhr
![1% [2] TexSiSolar - Textile Silizium-Solarzellen Vitrulan Technical Textiles GmbH, ITP GmbH, DBW Fiber Neuhaus GmbH, Frauenhofer IOF, IPHT e.v.](/docs-images/41/11011444/images/page_10.jpg ", FSU-IAP 100g / m² Glasfaser als Substrat Silizium als aktives Material 0.8 V / 4 cm² bei Sonnenlicht Wirkungsgrad 3 4 % Abb 1.: Farbstoffsolarzelle [1] Abb 2.")
11 Elektromagnetische Induktion - Nutzung von Bewegungsenergie - Impulsartige Bereitstellung von Energie - Mit Permanentmagneten und Eisendrähten nutzbar bei flexiblen textilen Anwendungen Abb 1.: Button zum Aufbringen auf Textilien, befestigt mit Dauermagnet [1] Abb 2.: Nabendynamo [1] (1) abgerufen am , um 12:27 Uhr (2) abgerufen am , um 12:27 Uhr
![: Button zum Aufbringen auf Textilien, befestigt mit Dauermagnet [1] Abb 2.: Nabendynamo [1] (1) http://www.jaccs.](/docs-images/41/11011444/images/page_11.jpg "de/content/archive/274/e-dh3n20dlg-dynamo.jpg, abgerufen am 16.05.2014, um 12:27 Uhr (2) http://cdn.button-king.")
12 Elektromagnetische Induktion - Funktionsweise (Dynamoelektrischesprinzip) magnetische Wechselfelder verursachen Spannungen in elektrischen Leitern Abb 1.: Magnet wird in Spule eingeführt [1] (1) abgerufen am , um 10:32 Uhr
![1.: Magnet wird in Spule eingeführt [1] (1) http://upload.wikimedia.](/docs-images/41/11011444/images/page_12.jpg "org/wikipedia/commons/5/55/magnet_in_spule.svg, abgerufen am 13.05.")
13 Elektromagnetische Induktion Aktueller Stand Netzwerk derzeit Forschung an Hart- und weichmagnetischen Fasern Textiler Lineargenerator INNOVENT e.v., Peterseim Strickwaren, ITP GmbH Erste Prototypen von auf Basis von hart- und weichmagnetischen Fasern in Entwicklung Gestrickte oder geflochtene Schlauchkonstruktion als textile Basis Hartmagnetische Polymer-Fasern zur Erzeugung des Magnetfeldes Elektrische Ableitung durch metallfasern im Kern oder dem Schlauch (1) abgerufen am , um 10:03 Uhr
14 Thermoelektrik - Beispiele Nutzung von Wärmeenergie Relativ kontinuierliche Bereitstellung von Energie Mit Halbleiterkomponenten bei flexiblen textilen Anwendungen in der Anwendung Sammeln in Akkus Abb 1.: tpod A.O.K, Energiegenerator für Camping- Abb 2.: Kette von Peltier-Elementen Abb 3.: TEGwear Jacke, eingearbeitete Thermogeneratoren Einsatz [1] versorgen drahtloses Vital-Monitoring (1) abgerufen am , um 13:20 Uhr (2) Stark, Ingo: Integrating thermoelectric technology into clothing for generating usable energy to power wireless devices. In: William Kaiser und Robert McCray (Hg.): the conference. San Diego, California, S (S. 1)
![: TEGwear Jacke, eingearbeitete Thermogeneratoren Einsatz [1] versorgen drahtloses Vital-Monitoring (1) http://buytpod.com/wp-content/uploads/2013/06/product_aok_1.](/docs-images/41/11011444/images/page_14.jpg "jpg, abgerufen am 13.05.2014, um 13:20 Uhr (2) Stark, Ingo: Integrating thermoelectric technology into clothing for generating usable energy to power wireless devices.")
15 Thermoelektrik Nutzbarmachung durch (Pyroelektrik) Seebeck-Effekt Abb 1.: skizzierter Aufbau eines Peltier Element [1] (1) Thermoelectric_Generator_Diagram.svg.png&imgrefurl=http%3A%2F%2Fde.wikipedia.org%2Fwiki%2FThermoelektrizit%25C3%25A4t&h=289&w=277&tbnid=ZtbBMFayUOguM%3A&zoom=1&docid=IQD0D7u0pC7LlM&ei=qet1U_jEDvD24QS-iIDoBg&tbm=isch&client=firefox-a&iact=rc&uact=3&dur=0&page=1&start=0&ndsp=30&ved=0CHkQrQMwCw, abgerufen am , um 12:43 Uhr
16 Thermoelektrik Aktueller Stand - Netzwerk Gedruckte Thermogeneratoren Frauenhofer IWS Dresden Organische Materialien PEDOT:PSS mittels Dispersionsdruck auf Substrat aufgebracht Bisher Polyimid-Folie als Substrat Forschung mit STFI zur Entwicklung gedruckter Thermogeneratoren auf Vlies Thermogenerator im Faden eingebettet IPHT Jena Anorganische Materialien Metalle der 5./6. Nebengruppe Sehr brüchig, feste Unterfläche notwendig 0,4 mv / 3 K Werden als Thermoelemente zur berührungslosen Temperaturmessung eingesetzt Können als Wafer gefertigt werden Abb 1.: Demonstrator eines gedruckten thermoelektrischen Generators gewunden um ein Musterbauteil [1]
17 Piezoelektrik Nutzung von Bewegungsenergie Impulsartige Bereitstellung von Energie Mit Keramikfasern schon im Einsatz aber noch keine flexiblen textilen Anwendungen Als Sensor und als Harvestingmodul nutzbar Abb 1.: piezoelektrischer Zünder eines Feuerzeuges [2] Abb 2.: piezoelektrischer Tongeber (1) (2) %2FPiezofeuerzeug&h=1034&w=1245&tbnid=O0ajLs6YZsIxMM%3A&zoom=1&docid=leuXJBpSijuTpM&ei=d811U7ekF8vP4QS244DACA&tbm=isch&client=firefoxa&iact=rc&uact=3&dur=1055&page=1&start=0&ndsp=28&ved=0CGkQrQMwBQ
18 Piezoelektrik Funktionsweise Verschiebung des Ladungsschwerpunktes führt zu Dipol Abb 1.: erzeugung eines Potential mit Hilfe eines Piezo- Kristalls [1] (1) abgerufen am , um 12:58 Uhr
![: erzeugung eines Potential mit Hilfe eines Piezo- Kristalls [1]](/docs-images/41/11011444/images/page_18.jpg "(1) http://upload.wikimedia.")
19 Piezoelektrik Aktueller Stand - Netzwerk Piezo-Filamente zum Verweben EPSa-Elektronik & Präzisionsbau Saalfeld GmbH, Helmut Peterseim Strickwaren GmbH, Strickmanufaktur Zella GmbH, Thür. Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.v., TSR- MediteX Inh. Annett Ott 3 mm Flachband (PVDF) geeignet für Druck 700 µm Filament geeignet für Biegung Aufgebaut als Bifilament Leitfähige Innenelektrode als Kern PVDF-Mantel mit Außenelektrode Abb 1.: Piezoband eingenäht in Stoff [1] Kann verstrickt und verstickt werden Abb 2.: Piezofilament [1] (1) Wenzel, Thomas (2014): Flexible faserförmige Sensoren auf Basis von piezoelektrischen Polymeren - PieTex -,
20 Triboelektrik - Beispiele Nutzung von Bewegungsenergie Je nach Bewegungsart kontinuierliche oder impulsartige Bereitstellung von Energie Als Generatorband schon in der Anwendung (1) abgerufen am , um 13:00 Uhr Abb 1.: Sp4rkl3-Skirt [1]
21 Triboelektrik - Funktionsweise Ladungstrennung durch Reibung Beide Materialien verhalten sich wie dynamischer Kondensator Abb 1.: Pinzip triboelektrischer Generator [1] (1) abgerufen am , um 13:21 Uhr
22 Triboelektrik Aktueller Stand Netzwerk textiler triboelektrischer Generator ITP GmbH Versuche mit verschiedenen Materialien als Reibpartner Erster Prototyp auf Basis von PTFE und Aluminium Weitere Prototypen basieren auf Silikon ummantelten Gewebe Sandwichbauweise Abstandsgewirk Kupferelektrode Reibpartner A Reibpartner B Kupferelektrode Abstandsgewirk Relativ günstige Ausgangsmaterialien Relativ schnelle Bewegungen erforderlich Abb 1.: triboelektrischer Generator mit angeschlossener LED
23 Die ITP GmbH steht Ihnen als Entwicklungs- und Produktionspartner zur Verfügung. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Kontakt:
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