I takt med att digitalisering och automation blir alltmer centrala i industrin, ökar behovet av intelligenta sensorsystem för att övervaka och optimera maskiner och processer. Utmaningen ligger i hur dessa sensorer ska drivas på ett energieffektivt och hållbart sätt. Batteribyten är ofta kostsamma och opraktiska, och installation av kablar är både dyrt och tekniskt begränsande. Energiskördning, en teknologi som möjliggör utvinning av energi från omgivningen, erbjuder en lösning där sensorer kan drivas utan behov av externa strömkällor.
Vad är energiskördning och hur fungerar det?
Energiskördning innebär att små mängder restenergi från omgivningen, såsom rörelser, värme och ljus, omvandlas till elektricitet. Genom att utnyttja den befintliga energin i en industriell miljö kan sensorsystem fungera autonomt, utan kontinuerlig extern strömförsörjning. Detta förlänger sensorns livslängd, minskar underhållskostnader och bidrar till grön omställning genom att eliminera behovet av batteribyten.
RISE (Research Institutes of Sweden AB) driver utvecklingen av dessa system och har identifierat ett brett spektrum av tillämpningar där tekniken kan implementeras. Genom att omvandla lågvärdiga restenergier till högvärdig elektricitet kan industriella företag drastiskt förbättra effektiviteten i sina sensorlösningar och minska miljöpåverkan.
Praktiska tillämpningar och teknologier för energiskördning
Sensorsystemgruppen på RISE samarbetar med HSP Gripen, HIAB och VOITH inom
ett Vinnova-finansierat projekt för att utveckla energiskördande sensorsystem.
Teknikerna som används omfattar:
- Termoelektriska generatorer (TEG): Utnyttjar temperaturskillnader för att generera elektricitet. Effektivt i maskiner som hettas upp under drift, exempelvis hydrauliska system och industriella verktyg.
- Piezoelektriska material: Omvandlar mekanisk stress till elektricitet. Perfekt för miljöer med konstanta rörelser eller vibrationer, såsom pumpar, motorer och roterande maskiner.
- Elektromagnetiska skördare: Extraherar energi från magnetfält i kraftledningar och roterande utrustning. Kan effektivt generera energi i elektriska drivlinor och motorstyrningssystem.
Energiskördning kan tillämpas i flera industriella sammanhang. Hydrauliska maskiner, roterande drivlinor och höga temperaturgradienter erbjuder ypperliga möjligheter att utvinna energi och göra sensorsystem självförsörjande.
Banbrytande testresultat – ett genombrott för industrin
Fälttester har visat lovande resultat för energiskördning i hydrauliska maskiner och roterande drivlinor. Bland de mest framstående resultaten är möjligheten att generera kontinuerlig energi från rotationsrörelser, vilket gör att en lastsensorsimulator kan försörjas med elektricitet.
- Bluetooth-kommunikation upprätthålls kontinuerligt med en sändningsfrekvens på 10 kHz.
- Superkondensatorer laddas till maximal kapacitet, vilket möjliggör en kallstart av systemet även efter längre driftuppehåll.
- Termisk energiskördning i hydrauliska system har visat att vid en temperaturgradient på 20 °C genereras tillräckligt med energi för att driva sensorer och möjliggöra datainsamling vid en överföringsfrekvens på 1 kHz.
Dessa resultat innebär att företagen kan eliminera behovet av batteribyten, vilket sparar både tid och pengar. Sensorsystem kan nu användas under hela sin livslängd utan underhåll, vilket möjliggör dataöverföring i realtid och förbättrad systemoptimering.
Cristina Rusu och Henrik Staaf, projektledare på RISE för projektet, lyfter fram potentialen i tekniken: ”Elektrifiering och digitalisering går hand i hand. Att skörda energi för sensorer är nyckeln till att optimera hela maskinsystem, och Sverige ligger i framkant på forskningen inom området.”
Hållbarhet och framtidsperspektiv – mot en grönare industri
Energiskördning är inte bara ett teknologiskt genombrott, utan också en del av den gröna omställningen och cirkulära ekonomin. Genom att använda sensorer som utnyttjar energi från omgivningen kan företag:
- Förlänga livslängden på sina produkter och maskiner.
- Realtidsdata information för tillståndsövervakning och förebyggande underhåll.
- Minimera behovet av nyproduktion och därmed sänka resursförbrukningen.
- Minska sitt ekologiska fotavtryck och bidra till ett mer hållbart näringsliv.
Med de framsteg som görs inom energiskördning visar RISE att tekniken inte längre är en framtidsvision – det är en verklig och praktisk lösning som kan implementeras redan idag.
