OPV-Technologie für Sensoren

Einer der zentralen Vorteile von „intelligenten“ Gebäuden ist ihr Potenzial zur Energieeinsparung und damit zur Schonung der Umwelt. Dazu verarbeitet die Gebäudeautomation bzw. die Gebäudeleittechnik Daten aus unterschiedlichen Sensoren. Oft werden diese Sensoren über Batterien betrieben, was zu hohen Kosten für Anschaffung, Wartung und Austausch sorgen und gleichzeitig die Umwelt belasten kann. Sollte eine Batterie ausfallen, können Datenlücken entstehen, die die Prozesse stören und weitere Kosten nach sich ziehen. Die OPV-Technologie stellt in diesem Zusammenhang eine interessante Alternative dar. Sie bietet die Möglichkeit, Sensoren mithilfe von Energie aus schwachem Umgebungslicht im Innenbereich zu betreiben.

OPV-Sensoren nutzen Umgebungslicht

Die in OPV-Technologien verwendeten halbleitenden Materialien bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen, die von kleinen Molekülen bis hin zu Polymeren reichen. Die Schichten in organischen Solarzellen sind extrem dünn – nur wenige Nanometer bei bestimmten Grenzflächenschichten und bis zu mehreren hundert Nanometern bei den lichtabsorbierenden Schichten – und damit etwa 1.000-mal dünner als die Schichten in Silizium-Solarzellen. Sie werden häufig durch lösungsbasierte Verfahren hergestellt. Dadurch sind sie extrem leicht, flexibel und vielseitig einsetzbar. Neben Sonnenlicht können diese Solarzellen auch Umgebungslicht, vor allem künstliche Beleuchtung in Innenräumen nutzen, um daraus Energie zu erzeugen. Das erlaubt den autonomen Betrieb von Geräten, die somit nicht auf herkömmliche Batterien oder Kabelverbindungen angewiesen sind. Sogar bei sehr geringem Umgebungslicht (bis zu 10 Lux) können diese noch zuverlässig arbeiten und sind damit in Innenräumen nutzbar.

TCO um 30 % senken mittels OPV

Mit der OPV-Technologie besteht die Möglichkeit, viele Herausforderungen zu lösen, die batteriebetriebene Geräte mit sich bringen. An erster Stelle zählen dazu die Kosten, die durch den Einsatz von herkömmlichen Batterien entstehen. Rund 30 % beträgt ihr Anteil an den Gesamtkosten (TCO). Darüber hinaus gibt es einige versteckte Kosten im Zusammenhang mit Batterien – wie der Aufwand für Austausch, Ausfallzeiten und Entsorgung. Mittels der Nutzung des Umgebungslichts bietet OPV als Energiequelle eine hohe Betriebseffizienz, während die Kosten für Batterien entfallen. Das Ergebnis sind wartungsfreie Geräte-Systeme.

Geringere Betriebskosten sind für zahlreiche Unternehmen der zentrale Grund bei der Einführung von batteriefreien Sensor- bzw. Geräte-Lösungen. Aber auch der regulatorische Druck, insbesondere in der EU, bringt Unternehmen zur Einführung batterieloser Komponenten. Vorgaben mit Bezug auf Nachhaltigkeit und ESG-Ziele (Environmental, Social and Governance) sind für immer mehr Unternehmen  Anlass, batterielose Techniken einzusetzen.

Flexibilität und Umweltverträglichkeit

Für die OPV-Stromversorgung von bspw. Sensoren und IoT-Geräten bietet z. B. das Unternehmen Dracula Technologies ihre „LAYER“-Module an. Die Module lassen sich an unterschiedlichste Anforderungen anpassen und funktionieren laut Hersteller auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen von weniger als 100 Lux. Zum Vergleich: Die empfohlene Beleuchtungsstärke in Büroräumen liegt bei 500 Lux. Die Produktion der Module erfolgt per Tintenstrahldrucktechnologie. Laut Anbieter haben die Module eine garantierte Haltbarkeit von mindestens zehn Jahren. Eine nahtlose Integration in eine Vielzahl von Systemen und eine verbesserte Nutzbarkeit in unterschiedlichen Anwendungen sei problemlos möglich. Darüber hinaus bietet Dracula Technologies in seinen OPV-Modulen „LAYER Vault“ eine integrierte Energiespeicherlösung. Auf der Rückseite der „Energy-Harvesting“-Module wird diese Energiespeicherschicht aufgedruckt, damit die Module auch überschüssige Energie in demselben Dünnschichtprodukt speichern können. Über diese nahtlose Integration von Energiegewinnung und -speicherung gestaltet sich das elektronische Design kompakter.

IT-Dienstleister senkt TCO

„LAYER“-Module haben sich laut dem Unternehmen bereits im Praxiseinsatz bewährt: Für seine Gebäude hat ein weltweit agierender IT-Dienstleister eine großflächige Implementierung der OPV-Technologie realisiert. Davor waren in über 50 Büros rund 50.000 batteriebetriebene Gebäudesensoren installiert, die zur Überwachung der Raumbelegung sowie der Temperatur dienten. Für die Wartung und den Austausch der Batterien fielen erhebliche Arbeitskosten an. Nach der Umstellung auf die OPV-betriebenen Sensoren verringerte sich der TCO um knapp ein Drittel und gleichzeitig konnte das Unternehmen seine Umweltbilanz verbessern.