Energy Harvesting für Sensorknoten unter Nutzung der Bodentemperatur

Beschreibung

Am IBR beschäftigen wir uns in einem Projekt mit Sensornetzen im Bereich des Smart-Farming und haben u.a. das WSN Testbed PotatoNet auf einem Kartoffelfeld ausgebracht. Gerade in diesen Anwendungsszenarien ist eine autonome Energieversorgung nötig, welche lange Laufzeiten garantiert. Ein wieder aufkommendes Thema in dem Bereich drahtloser Sensornetze ist das Energy Harvesting und das s.g. Energy Neutral Sensing. Hierbei wird die für das Sensornetz benötigte Energy aus der Umgebung bezogen, wobei verschiedenste Quellen (je nach Applikation) verwendbar sind.

In einer anderen studentischen Arbeit am IBR wird derzeit ein Energy-Harvesting Modul entwickelt (Reaper), welches aus verschiedensten Mikro-Energiequellen einen Energiespeicher (bspw. Super-Cap) laden kann, sodass ein Sensorknoten (INGA) autonom betrieben werden kann.

Bezogen auf das Smart-Farming Szenario sind klassische Solar-Harvester oftmals ungeeignet. Bodennahe Sensoren werden schnell von Pflanzen abgeschattet, sodass kein Solarertrag zu erwarten ist. Große Batterien sind ferner ein Umweltproblem.

Aufgabenstellung

In dieser Arbeit soll der Energy-Harvester mit einem Thermalgenerator gespeist werden. Die nötige Temperaturdifferenz kann aus dem Unterschied zwsichen Oberflächen und Bodentemperatur bezogen werden. In einer laufenden Langzeitmessung werden bereits Daten aufgezeichnet.

Es sollen zunächst Laboruntersuchungen erfolgen welche Energie aus welcher Differenz bezogen werden kann (E(d_T)). Ein Prototyp (bspw. wie in der nachfolgenden Abbildung) soll entwickelt und konstruiert werden. Auch hiervon sollen Evaluationen erfolgen, welche Energie bezogen werden kann. Aus den Daten soll ein Modell abgeleitet werden, sodass ein Sensorknoten seine ihm zur Verfügung stehende Energie abschätzen kann (aktueller Stand + Prädiktion).

Links

• Energy Harvester 'Reaper'
• PotatoNet
• INGA
• Hinweise zur Durchführung von studentischen Arbeiten am IBR