Simulation von Ferroelektret Energy Harvesting Systemen durch Anpassung der Leistungskonditionierung an typische Wandlereigenschaften

Energy Harvesting beschreibt die Wandlung von Umgebungsenergie in elektrische Energie für den Betrieb von Verbrauchern mit geringem Leistungsbedarf (z.B. low-power Sensoren). Im Allgemeinen kann die bereitgestellte elektrische Energie bzw. Leistung durch den Energy Harvester nicht unmittelbar von Verbrauchern genutzt werden und sie benötigt eine Konditionierung mittels einer zusätzlichen elektrischen Schaltung zwischen Energy-Harvester und Verbraucher. Die Energiekette bestehend aus einem Generator, einer Leistungskonditionierung und einem Verbraucher erfordert somit eine frühzeitige, gesamtheitliche Betrachtung und muss als Gesamtsystem in der Entwicklung adressiert werden. Die Effizienz des Gesamtsystems ist dabei nicht nur abhängig von der Leistungsfähigkeit des Generators, sondern auch von der Impedanz der nachgeschalteten elektrischen Last, die bei einer ungünstigen Auswahl der elektrischen Bauteile und Schaltungsauslegung zu hohen Verlusten führen kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Energy Harvester System basierend auf Ferroelektreten als Wandlerwerkstoffe für eine gesamtheitliche Simulation in Simulink-PSpice Co-Simulation untersucht. Ferroelektrete besitzen hohe piezoelektrische Koeffizienten bei geringer Massendichte und sind somit vielversprechend für Leichtbauanwendungen. Die niedrige Kapazität des Materials erfordert es jedoch, ein besonderes Augenmerk auf die Impedanzanpassung sowie Auslegung der angeschlossenen Schaltung zu richten, um die Effizienz des Energy Harvestings zu maximieren. Daher ist ein Ziel der Untersuchung, das Energy Harvesting System für eine gesamtheitliche Betrachtung in einer Simulationsumgebung abzubilden und die Co-Simulation zu charakterisieren. Es erfolgt schließlich eine Diskussion über den Einfluss der Dicke als ein maßgeblicher Parameter von Ferroelektreten in Bezug auf die Leistungskonditionierung und die generierbare Leistung.