Strom aus Schallwellen

Prototyp des akustischen Generators: Über den Stempel (piston) wird das Resonanzverhalten in einer Schallkammer so verändert, dass aus einem breiten Frequenzbereich Schall Vibrationen und über eine Piezoelement schließlich Strom erzeugt. (Bild: Chongqing U. / AIP)

Sonnenlicht, Wärme, Bewegung und Wind sind die meist genutzten Energiequellen für eine autarke Stromversorgung ohne Netzanschluss. Doch auch aus Schallwellen lassen sich zumindest geringe Ströme von einigen Milliwatt gewinnen. Das reicht zum Betrieb von Sensoren oder auch Speicherchips aus. Um akustische Energie effizienter zu „ernten“, entwickelten nun chinesische Wissenschaftler von der Chongqing Universität einen Generator, der erstmals über einen weiteren Frequenzbereich aus Schallwellen Strom erzeugt.

Für die Stromerzeugung mit akustischen Generatoren sind ebenso wie bei anderen Konzepten für Minikraftwerke piezoelektrische Elemente verantwortlich. Steht keine Bewegungsenergie zur Verfügung, können auch über von Schallwellen verursachte Vibrationen kleine Ströme geerntet werden. Xiao Peng und seine Kollegen montierten dazu ein Piezoelement aus Blei-Zirkonat-Titanat auf eine dünne Scheibe. Diese lagerten sie in einen Zylinder, in den sie die Schallwellen führten, die zuvor durch einen bis zu zwei Meter langen Helmholtz-Resonator verstärkt wurden. Das Resonanzverhalten der Scheibe und des Zylinders lässt sich über einen verschiebbaren Stempel variabel verändern.

Diese Ansätze für eine Ernte geringer Ströme könnten einen Nutzen in einem Nischenbereich etwa für möglichst autarke Netzwerke von Umweltsensoren haben. Allerdings stehen sie in Konkurrenz zu immer besser werdenden Batteriespeichern, die zu potenziell geringeren Kosten eine schwache Stromversorgung auch über Jahre gewährleisten könnten. (Quelle: pro-physik.de / J. O. Löfken)

Referenz: X. Peng et al.: A wideband acoustic energy harvester using a three degree-of-freedom architecture, Appl. Phys. Lett. 103, 164106 (2013); DOI: 10.1063/1.4826257

Link: Research Center of Sensors and Instruments, College of Optoelectronic Engineering, Chongqing University

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