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Die Energy-Harvesting-Technologie erfasst Umgebungsenergie aus Quellen wie Licht, Wärme und Vibrationen und wandelt sie in elektrischen Strom für Niedrigenergiegeräte um. Es wird in IoT, Sensoren und tragbarer Elektronik eingesetzt und ermöglicht einen autarken, batterielosen Betrieb, der durch die Nutzung erneuerbarer, leicht verfügbarer Energiequellen den Wartungsaufwand und die Umweltbelastung reduziert.
Markt für Energiegewinnungssystemewurde im Jahr 2023 auf 693,50 Millionen US-Dollar geschätzt und soll bis 2032 auf 1.103,83 Millionen US-Dollar anwachsen, mit einem prognostizierten CAGR von 5,30 % im Prognosezeitraum.
Marktübersicht
Marktwachstum und Trends: Aktuelle Trends, die das Wachstum im Energiegewinnungssektor vorantreiben, einschließlich Prognosen für die CAGR bis 2028.
Herausforderungen und Chancen: Technologische und regulatorische Herausforderungen; steigende Nachfrage nach nachhaltigen und autonomen Energielösungen.
Energy-Harvesting-Systeme funktionieren, indem sie Umgebungsenergie aus verschiedenen Quellen erfassen und in nutzbare elektrische Energie umwandeln, um Geräte mit niedrigem Energieverbrauch zu betreiben. Diese Systeme sind besonders wertvoll für Anwendungen, bei denen herkömmliche Energiequellen wie Batterien unpraktisch sind, wie z. B. Fernsensoren, tragbare Elektronik und industrielle IoT-Geräte. Hier finden Sie einen Überblick über die Funktionsweise von Energiegewinnungssystemen, die wichtigsten Typen und ihre Anwendungen:
Grundprinzip der Energiegewinnung
Im Kern umfasst die Energiegewinnung drei Hauptphasen:
Energieerfassung: Das System erfasst Umgebungsenergie aus Quellen wie Licht, Wärme oder mechanischen Vibrationen.
Energieumwandlung: Ein Wandler oder Konverter wandelt die aufgenommene Energie in elektrische Energie um.
Energiespeicherung und -management: Die umgewandelte Energie wird gespeichert (normalerweise in Kondensatoren oder Batterien) und verwaltet, um eine stabile Leistung zu gewährleisten, selbst wenn die Energiequelle schwankt.
Gängige Arten von Energiegewinnungssystemen
Jede Art von Energiegewinnungssystem ist darauf zugeschnitten, eine bestimmte Art von Umgebungsenergie zu erfassen:
Solar- oder Photovoltaik-Energiegewinnung
So funktioniert es: Solarzellen (normalerweise Photovoltaikzellen) absorbieren Sonnenlicht und wandeln es durch den Photovoltaikeffekt direkt in Elektrizität um.
Anwendungen: Häufig in Outdoor-IoT-Geräten, Fernsensoren und tragbarer Elektronik, die Sonnenlicht oder künstlichem Licht ausgesetzt ist.
Gewinnung thermischer Energie
So funktioniert es: Thermoelektrische Generatoren (TEGs) erfassen Temperaturunterschiede (Wärmegradienten) zwischen zwei Oberflächen und wandeln diese Wärme mithilfe des Seebeck-Effekts in Elektrizität um.
Anwendungen: Ideal für Umgebungen mit Abwärme, wie z. B. Industriemaschinen oder Motoren, in denen Temperaturgradienten problemlos ausgenutzt werden können.
Vibrations- oder mechanische Energiegewinnung
So funktioniert es: Piezoelektrische Materialien erzeugen Strom, wenn sie mechanischer Belastung, Vibrationen oder Bewegung ausgesetzt werden. Es kommen auch elektromagnetische und elektrostatische Harvester zum Einsatz, die jeweils auf einem anderen Prinzip zur Erfassung kinetischer Energie basieren.
Anwendungen: Nützlich in Umgebungen mit ständigen Vibrationen oder Bewegungen, wie Industrieanlagen, Fahrzeugen oder tragbaren Geräten.
Energiegewinnung durch Hochfrequenz (RF).
So funktioniert es: HF-Harvester erfassen Energie aus Radiowellen, einschließlich WLAN, Mobilfunksignalen und anderen HF-Quellen, und wandeln sie in nutzbaren Gleichstrom um.
Anwendungen: Häufig in Geräten mit geringem Stromverbrauch in städtischen Gebieten mit vielen HF-Signalen, z. B. drahtlose Sensoren, RFID-Tags und Smart-Home-Geräte.
Energiegewinnung durch elektromagnetische Induktion
So funktioniert es: Diese Methode erfasst Energie aus einem sich ändernden Magnetfeld (Induktion). Es wird häufig in Systemen verwendet, in denen es in der Nähe einer Magnetfeldquelle zu Bewegungen kommt.
Anwendungen: Wird häufig in Anwendungen mit sich wiederholenden Bewegungen verwendet, beispielsweise in Reifendrucküberwachungssystemen oder tragbaren Geräten, die sich mit dem Körper bewegen.
Schlüsselkomponenten eines Energiegewinnungssystems
Wandler: Wandelt Umgebungsenergie in Elektrizität um (z. B. Photovoltaikzellen, piezoelektrische Materialien oder thermoelektrische Materialien).
Power-Management-Schaltkreis: Reguliert Spannung und Strom und sorgt so für einen stabilen Ausgang trotz variabler Eingangsbedingungen.
Energiespeicher: Speichert die gewonnene Energie zur späteren Verwendung (z. B. Kondensatoren oder wiederaufladbare Batterien).
Lastmanagement: Leitet Energie an das Gerät weiter und verwaltet den Stromverbrauch, um einen Energieverbrauch zu verhindern.
Anwendungen von Energiegewinnungssystemen
Energiegewinnungssysteme sind vielseitig und unterstützen verschiedene Anwendungen, darunter:
Ferngesteuerte und drahtlose Sensoren: Nützlich an Orten, an denen der Austausch von Batterien eine Herausforderung darstellt, z. B. in Umgebungs- oder Strukturüberwachungssystemen.
Tragbare Elektronik: Geräte wie Fitness-Tracker und medizinische Überwachungsgeräte können Körperwärme oder Bewegung zur Energiegewinnung nutzen.
Industrielle IoT-Geräte: Maschinen, die Vibrationen oder Wärme erzeugen, können Sensoren oder andere Überwachungsgeräte mit Strom versorgen.
Intelligente Städte und intelligente Häuser: Sensoren in intelligenten Beleuchtungs-, Park- oder Wassersystemen können gewonnene Energie nutzen, um die Abhängigkeit von externer Energie zu verringern.
Vorteile und Herausforderungen
Vorteile:
Reduzierter Wartungsaufwand: Eliminiert oder reduziert den Bedarf an Batteriewechseln, die an abgelegenen Standorten teuer und schwierig sein können.
Nachhaltigkeit: Ermöglicht den Betrieb von Geräten mit geringem Stromverbrauch mit erneuerbarer Energie, wodurch die Gesamtbelastung für die Umwelt verringert wird.
Verlängerte Gerätelebensdauer: Unterstützt den kontinuierlichen Betrieb von Geräten ohne Ausfallzeiten für den Batteriewechsel.
Herausforderungen:
Geringe Leistungsabgabe: Die gewonnene Energie ist oft minimal und daher nur für Anwendungen mit niedrigem Energieverbrauch geeignet.
Intermittierende Energiequellen: Solar-, HF- und Vibrationsquellen können inkonsistent sein, was die Gerätezuverlässigkeit beeinträchtigen kann.
Speicherbeschränkungen: Energiespeicherlösungen müssen effizient und stabil sein, um eine kontinuierliche Stromversorgung sicherzustellen, insbesondere wenn die Energieverfügbarkeit schwankt.
Global Growth Insights stellt die weltweit führenden Unternehmen für Energiegewinnungssysteme vor:
- STMicroelectronics
- Hauptsitz: Genf, Schweiz
- Umsatz (2023): 16,1 Milliarden US-Dollar
- Durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR): Voraussichtlich 9 % von 2024 bis 2028
- Höhepunkte: STMicroelectronics war maßgeblich an der Weiterentwicklung von Sensoren für IoT und mikroelektromechanische Systeme (MEMS) beteiligt und konzentrierte sich dabei auf energieeffiziente Halbleiterlösungen.
- Texas Instruments
- Hauptsitz: Dallas, Texas, USA
- Umsatz (2023): 20,03 Milliarden US-Dollar
- CAGR: 8,3 % prognostizierte Wachstumsrate für Energy-Harvesting-Komponenten
- Höhepunkte: Texas Instruments arbeitet weiterhin an Innovationen im energieeffizienten Halbleiterdesign und trägt maßgeblich zur Entwicklung von Geräten mit geringem Stromverbrauch bei.
- EnOcean GmbH
- Hauptsitz: Oberhaching, Deutschland
- Umsatz (2023): Schätzungsweise 50 Millionen Euro
- CAGR: 12 % prognostiziertes Wachstum bei drahtlosen Energiegewinnungslösungen
- Höhepunkte: EnOcean ist auf drahtlose Energiegewinnungsmodule für die Gebäudeautomation spezialisiert und bietet wartungs- und batterielose Sensor-to-Cloud-Lösungen. Im September 2023 sicherte sich EnOcean eine bedeutende Investition von Innovation Industries, um nachhaltige IoT-Innovationen voranzutreiben.
- Fujitsu Limited
- Hauptsitz: Tokio, Japan
- Umsatz (2023): 3,76 Billionen Yen (ungefähr 32 Milliarden US-Dollar)
- CAGR: Ziel ist ein Wachstum von 7 % bei nachhaltigen Technologielösungen
- Höhepunkte: Fujitsu konzentriert sich auf intelligente Städte und Umweltlösungen und integriert Energy-Harvesting-Technologien in sein Angebot. Das Unternehmen meldete für das am 31. März 2024 endende Geschäftsjahr einen Umsatz von ¥ 3,76 Billionen.
- Cypress Semiconductor (jetzt Teil von Infineon Technologies)
- Hauptsitz: München, Deutschland
- Umsatz (2023): 15 Milliarden Euro (Infineon Technologies)
- CAGR: 9 % Wachstum bei IoT-Energielösungen
- Höhepunkte: Nach der Übernahme durch Infineon Technologies hat Cypress Semiconductor sein Portfolio an IoT-fokussierten Energielösungen erweitert und Synergien genutzt, um Innovationen voranzutreiben.
- ABB Ltd.
- Hauptsitz: Zürich, Schweiz
- Umsatz (2023): 30 Milliarden Dollar
- CAGR: 6 % Wachstum bei Automatisierung und Energieeffizienz
- Höhepunkte: ABB integriert Energy-Harvesting-Anwendungen in die industrielle Automatisierung und legt dabei Wert auf nachhaltige und effiziente Energielösungen.
- Maxim Integrated (jetzt Teil von Analog Devices)
- Hauptsitz: Norwood, Massachusetts, USA
- Umsatz (2023): 12 Milliarden US-Dollar (analoge Geräte)
- CAGR: 8 % prognostiziertes Wachstum bei Energiemanagementlösungen
- Höhepunkte: Die Übernahme von Maxim Integrated durch Analog Devices hat ihre Fähigkeiten in den Bereichen Energiemanagement und Energiegewinnungstechnologien erweitert.
- Laird Thermal Systems
- Hauptsitz: Durham, North Carolina, USA
- Umsatz (2023): 500 Millionen Dollar
- CAGR: 5 % Wachstum bei Wärmemanagementlösungen
- Höhepunkte: Laird konzentriert sich auf Wärmemanagementlösungen, einschließlich thermoelektrischer Module, die in Energiegewinnungsanwendungen eingesetzt werden können.
- Analoge Geräte
- Hauptsitz: Norwood, Massachusetts, USA
- Umsatz (2023): 12 Milliarden Dollar
- CAGR: 8 % prognostiziertes Wachstum bei Analog- und Mixed-Signal-Lösungen
- Höhepunkte: Analog Devices bietet eine Reihe von Produkten im Bereich Energy Harvesting an, darunter Power-Management-ICs und Sensoren.
- Würth Elektronik
- Hauptsitz: Waldenburg, Deutschland
- Umsatz (2023): 1 Milliarde Euro
- CAGR: 7 % Wachstum bei elektronischen und elektromechanischen Komponenten
- Höhepunkte: Würth Elektronik bietet für Energy-Harvesting-Anwendungen geeignete Komponenten wie Induktivitäten und drahtlose Energieübertragungslösungen.
- Mikrochip-Technologie
- Hauptsitz: Chandler, Arizona, USA
- Umsatz (2023): 6,8 Milliarden US-Dollar
- CAGR: 6,5 % Wachstum bei Mikrocontrollern und analogen Halbleiterlösungen
- Höhepunkte: Microchip bietet Mikrocontroller und analoge Produkte an, die Energy-Harvesting-Anwendungen unterstützen, wobei der Schwerpunkt auf stromsparendem Design liegt.
- Murata-Herstellung
- Hauptsitz: Kyoto, Japan
- Umsatz (2023): 1,6 Billionen Yen (ungefähr 14 Milliarden US-Dollar)
- CAGR: 5 % Wachstum bei elektronischen Komponenten
- Höhepunkte: Murata entwickelt Komponenten wie piezoelektrische Energieernter und Superkondensatoren zur Energiespeicherung.
- Powercast Corporation
- Hauptsitz: Pittsburgh, Pennsylvania, USA
- Umsatz (2023): 10 Millionen Dollar
- CAGR: 15 % prognostiziertes Wachstum bei drahtlosen Stromversorgungslösungen
- Höhepunkte: Powercast ist auf RF-basierte drahtlose Energietechnologie spezialisiert und ermöglicht die Energiegewinnung aus der Ferne für verschiedene Anwendungen.
- Adamant Namiki Precision Jewel Co., Ltd.
- Hauptsitz: Tokio, Japan
- Umsatz (2023): Geschätzte 100 Millionen Dollar
- CAGR: Voraussichtliches Wachstum von 7 % bei Präzisionskomponenten und Energielösungen
- Höhepunkte: Adamant Namiki ist für seine hochpräzisen Komponenten bekannt und investiert in Miniatur-Energiegewinnungsgeräte für Anwendungen in medizinischen Geräten und Wearables.
- LORD MicroStrain (Parker Hannifin Corporation)
- Hauptsitz: Williston, Vermont, USA
- Umsatz (2023): Teil des Umsatzes von Parker Hannifin in Höhe von 16 Milliarden US-Dollar
- CAGR: 8 % prognostiziertes Wachstum im Bereich Sensoren und Steuerungen
- Höhepunkte: LORD MicroStrain, übernommen von Parker Hannifin, entwickelt drahtlose Sensoren und Mikroenergie-Harvester für die Fernüberwachung in Industrie- und Luft- und Raumfahrtanwendungen.
- Cymbet Corporation
- Hauptsitz: Elk River, Minnesota, USA
- Umsatz (2023): Geschätzte 15 Millionen US-Dollar
- CAGR: 10 % Wachstum in der Festkörperbatterietechnologie
- Höhepunkte: Cymbet ist auf Festkörperbatterien und Energiespeicherlösungen spezialisiert, die wichtige Komponenten für zuverlässige, wartungsfreie Energiegewinnungssysteme in IoT-Geräten sind.
- Siliziumlabore
- Hauptsitz: Austin, Texas, USA
- Umsatz (2023): 1 Milliarde Dollar
- CAGR: Prognostiziertes Wachstum von 7 % bei IoT und drahtloser Konnektivität
- Höhepunkte: Silicon Labs konzentriert sich auf stromsparende Mikrocontroller und drahtlose Technologien und ermöglicht energieeffiziente Lösungen, die für Energiegewinnungsanwendungen in der Smart Home- und Industrieautomation geeignet sind.
- Mide Technology (Hutchinson Corporation)
- Hauptsitz: Medford, Massachusetts, USA
- Umsatz (2023): Teil des 4-Milliarden-Dollar-Umsatzes von Hutchinson
- CAGR: 8 % Wachstum bei intelligenten Materialien und Sensoren
- Höhepunkte: Mide Technology, ein Geschäftsbereich von Hutchinson, ist für seine piezoelektrischen Energiegewinnungssysteme bekannt, die in der Zustandsüberwachung und in drahtlosen Sensornetzwerken eingesetzt werden.
- Micropelt GmbH
- Hauptsitz: Freiburg, Deutschland
- Umsatz (2023): Geschätzte 5 Millionen US-Dollar
- CAGR: 12 % prognostiziertes Wachstum bei thermoelektrischen Komponenten
- Höhepunkte: Micropelt entwickelt thermoelektrische Energieernter, die Abwärme auffangen und in nutzbaren Strom für kleine elektronische Geräte und Sensoren umwandeln sollen.
Abschluss
Der Energiegewinnungsmarkt entwickelt sich rasant, angetrieben durch Fortschritte im IoT, bei autonomen Geräten und Nachhaltigkeitsanforderungen. Diese führenden Unternehmen repräsentieren ein vielfältiges Spektrum an Innovationen in den Bereichen Mikroelektronik, drahtlose Energieversorgung, thermoelektrische Lösungen und Festkörper-Energiespeicherung. Angesichts des kontinuierlichen technologischen Fortschritts und der steigenden Nachfrage nach effizienten, wartungsarmen Energielösungen sieht die Zukunft der Energiegewinnung vielversprechend aus. Gemeinsam werden diese Unternehmen einen Markt gestalten, der autarke Geräte ermöglicht und zu einem nachhaltigeren Energieökosystem beiträgt.