Kurze Funkprotokolle sorgen für geringen Stromverbrauch

Solarchip macht Gebäudeautomation billiger

Der Chip zur Gebäudesteuerung holt sich seine Energie von der Sonne. © Fraunhofer IMS

Forscher des Fraunhofer IMS haben einen Sensor für die Gebäudeautomation entwickelt, der sich seine Energie aus Solarstrom holt. Er soll viel billiger sein als verfügbare Produkte.

Ein neuartiger Funkchip soll künftig Hausbewohner warnen, wenn Fenster geöffnet sind. Damit lässt sich verhindern, dass man an kalten Tagen zum Fenster hinaus heizt. Der Sensor erkennt auch einen Einbruchsversuch frühzeitig.

Der Clou: Über Solarstrom versorgt sich der wartungsfreie Chip selbst mit Energie. Ähnliche Systeme, die sich mit Energie aus der Umgebung versorgen, gibt es auf Basis von Enocean-Technologie. Sie gewinnen Energie für die Sensoren aus Umgebungswärme.

Einer der entscheidenden Vorteile des neuen Chips: Er soll deutlich billiger sein als bisherige Lösungen, die um die 50 Euro pro Sensor kosten: "Wir streben einen Verkaufspreis von unter 10 Euro pro Sensor an. Das ist durch den Herstellprozess möglich", betont Entwickler Gerd vom Bögel vom Fraunhofer IMS.

IMS-Forschern um den Elektrotechniker Bögel und den Physiker Andreas Goehlich ist es zum einen gelungen, die Solarzelle direkt auf der unebenen Chip-Oberfläche abzuscheiden. Zum anderen soll der Chip so Stromsparend sein, dass die Energie aus der winzigen Solarzelle dunkle Stunden überbrückt. Die Mikrochips sind mit zahlreichen Leiterbahnen überzogen, dadurch ist ihre Oberfläche sehr uneben. "Wir mussten deshalb einen Weg finden, um die Oberflächen vor der Beschichtung mit der Solarzelle wie ein Straßenprofil aufzufüllen und zu ebnen", sagt vom Bögel.

Chip unterschiedet zwischen Wind und Einbrecher

Weiterhin sei die Manipulationssicherheit ein wichtiger Aspekt. Gängige Sensoren arbeiten mit einem Magneten und einem Schaltkontakt. "Das ist zwar Stand der Technik, lässt sich aber mit einem starken Magneten von außen manipulieren, in dem der starke Magnet den Schaltkontakt ständig geschlossen hält, auch wenn das Fenster aufgebrochen wird", so vom Bögel weiter. Der Chip der Tüftler des IMS arbeitet mit integrierten, mikromechanischen Sensoren. Sie reagieren bereits auf kleine Bewegungen am Fensterflügel und erlauben auch die Unterscheidung von Ereignissen. Sie können, so vom Bögel, auseinanderhalten ob der Fensterflügel durch einen Windzug zu schlägt oder ob Einbrecher versuchen, es aufzuhebeln.

Im ersten Rollout-Schritt wird das Sensorsystem als günstige Nachrüstung einer Alarmanlage angeboten. Die Informationen können direkt an einen Wachdienst oder an ein Smart-Home-System gehen. Doch die Forscher haben noch mehr auf der Pfanne: "Der Clou kommt jedoch mit dem zweiten Rollout-Schritt: Der Sensor wird direkt im Scheibenzwischenraum der Isolierglasscheiben eingebaut", verrät vom Bögel im Gespräch mit EnBauSa.de. Dann ist er besser geschützt. "Neubauten haben den Sensor also schon von Beginn an eingebaut. Er wird auf Wunsch des Nutzers aktiviert und bietet somit eine sehr leichte Einrichtung des Systems. Mehrere europäische Glashersteller haben bereits Interesse bekundet, den Sensor in ihre Produkte einzubauen", erklärt der Forscher weiter.

Sensor kann 30 Stunden Dunkelheit überbrücken

Derzeit können die IMS-Sensorprototypen genug Strom für bis zu 30 Stunden Dunkelheit speichern. In den kommenden zwei Jahren soll daraus ein Produkt entstehen, das sogar bis zu zwei Wochen Dunkelheit überbrückt. Indem die Forscher Prozessor und Chip sehr klein halten, ist letzterer extrem sparsam. Zudem konstruierten sie Schaltungen, die wenig Energie verbrauchen und entwickelten sehr kurze Funkprotokolle. "Wir haben jedes mögliche Mikro-Ampere herausgeholt", sagt vom Bögel. Zum Stromsparen trägt auch bei, dass der Sensor immer wieder in einen Ruhemodus schaltet. Je nach Vorliebe des Anwenders lässt sich der Sensor so einstellen, dass er alle paar Minuten oder Sekunden aufwacht und eine Messung vornimmt. IMS zeigt den Solarchip auf der Messe Bau in München (Halle C2, Stand 119).

von Pia Grund-Ludwig

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