Schichttechnologie: Die Zukunft der Energiegewinnung für IoT-Geräte?

Können IoT-Geräte ohne Batterien auskommen? Was wäre, wenn IoT-Geräte Energie aus ihrer Umgebung gewinnen könnten, selbst in den dunkelsten Räumen?

Dracula Technologies hat eine Technologie namens Layer* entwickelt, die mithilfe von Tintenstrahldruck Carbonmaterialien herstellt, die Energie aus Umgebungslicht gewinnen können. Layer besteht aus mehreren Schichten organischer Materialien, die selbst bei schlechten Lichtverhältnissen Energie erzeugen. Dies ist häufig in Lagerhäusern, Fluren und Innenräumen der Fall.

Roelof Koopmans, strategischer Berater bei Dracula Technologies, erklärt, wie die Layer-Technologie funktioniert.

Layer vs. LayerVault

Die Layer-Technologie wurde entwickelt, um IoT-Geräten mit geringem Energieverbrauch eine kontinuierliche Energiequelle zu bieten. Das Ergebnis: Umgebungslicht wird in Energie umgewandelt, um einen sicheren Datenfluss ohne das Risiko eines Batterieausfalls zu gewährleisten.

Die Technologie basiert auf zehn Jahren Forschung und nutzt organische Photovoltaikzellen (OPV), um Energie aus schwachem Umgebungslicht (fünf bis zehn Lux) zu gewinnen. Der Name „Layer” leitet sich vom Konzept der Schichtung organischer Materialien zur Maximierung der Energieproduktion ab. Die Abkürzung steht für „Layer As Your Energy Response”.

Darüber hinaus erweitert LayerVault, das erstmals 2024 vorgestellt wurde, diese Technologie, da die Vault-Variante eine Energiespeicherfunktion beinhaltet. Während Layer sich ausschließlich auf die Energieerzeugung konzentriert, integriert LayerVault eine gedruckte Batterie auf der Rückseite der OPV-Zelle, um die erzeugte Energie zu speichern. Dank dieser Doppelfunktion kann LayerVault sowohl Energie erzeugen als auch speichern.

Vorteile von organischen Photovoltaikzellen für IoT-Anwendungen

OPV-Zellen bieten mehrere wichtige Vorteile für IoT-Anwendungen. Aufgrund ihrer Flexibilität können sie um 360 Grad gebogen werden, wodurch sie sich ideal für verschiedene Formen und Größen eignen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen, die starr und rechteckig sind, werden OPV-Zellen im Tintenstrahldruckverfahren hergestellt, wodurch das Design individuell angepasst werden kann. Diese Flexibilität ist ein großer Vorteil für Anwendungen wie Smart Labels.

Dracula Technologies arbeitet derzeit mit einem Kunden an LoRaWAN-fähigen Smart Labels, die von Truvami entwickelt wurden und Standort-, Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten für logistische Zwecke erfassen. Diese Etiketten sind robust genug, um Paletten, Kartons oder Kisten zu umwickeln, ohne sie zu beschädigen, was sie ideal für die Lieferkette macht.

Kostenvergleich: Layer versus Batterie-IoT

Für die Sensorhersteller sind die Batterien zunächst günstiger in der Anschaffung. Der Preis liegt bei nur wenigen Cent. Layer, eine Hightech-Lösung, die das Ergebnis von über einem Jahrzehnt Forschung und Entwicklung ist und in Reinräumen hergestellt wird, verteuert einen Sensor um einige Euro. Aus Sicht des Endnutzers senkt Layer jedoch die Gesamtbetriebskosten (TCO) erheblich.

Im Gegensatz zu Batterien, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen, ist Layer während der typischen Lebensdauer eines IoT-Systems von fünf bis zehn Jahren wartungsfrei. In Großanlagen wie Smart Buildings mit Zehntausenden von Sensoren zur Temperatur-, Belegungs-, Feuchtigkeits- oder CO₂-Überwachung wird der Batteriewechsel sowohl teuer als auch logistisch schwierig. Wird eine Batterie zu spät ausgetauscht, besteht zudem die Gefahr eines vollständigen Datenverlusts.

Um dies zu vermeiden, werden Batterien oft vorzeitig ausgetauscht – bei 50 bis 60 Prozent ihrer Kapazität –, was zu einer beträchtlichen Menge an Elektronikschrott führt, der kostspielig entsorgt werden muss. Durch den Einsatz von Energy Harvesting können Unternehmen die Gesamtwartungskosten für das IoT um 40 bis 60 Prozent senken. Damit ist Energy Harvesting eine kostengünstige, nachhaltige und langfristige Alternative.

Lebensdauer

Layer hat eine garantierte Lebensdauer von mindestens 10 Jahren in Innenräumen. Obwohl die organischen Materialien, aus denen Layer besteht, im Laufe der Zeit einem natürlichen Zerfall unterliegen, behält Layer nach zehn Jahren garantiert etwa 80 Prozent seiner ursprünglichen Leistung und bleibt auch dann funktionsfähig, wenn die Leistung in den folgenden Jahren langsam abnimmt. Die in den Sensoren gespeicherte Energie sorgt dafür, dass der Betrieb auch bei Leistungsabfall weiterläuft.

Mit Layer definieren wir die Energieautonomie für das IoT neu. Durch die Nutzung des Umgebungslichts macht unsere Technologie Batterien überflüssig, reduziert Kosten, Abfall und Wartungsaufwand und ebnet den Weg für eine wirklich nachhaltige Zukunft vernetzter Geräte.

Roelof Koopmans – Vizepräsident für Geschäftsentwicklung

Interview mit Roelof Koopmans

Roelof Koopmans: Layer ist am effektivsten bei drahtlosen Technologien mit geringem Stromverbrauch. Dazu gehören LPWAN-Technologien wie LoRaWAN und NB-IoT, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee und Near Field Communication (NFC). Diese Technologien eignen sich aufgrund ihres geringen Energiebedarfs gut für Layer und sind daher ideal für Energy-Harvesting-Anwendungen. UWB (Ultrabreitband) hingegen ist weniger geeignet, da es in der Regel mehr Energie verbraucht.

Ein weiterer interessanter Bereich ist die passive RFID-Technologie, die traditionell die Energie der HF-Übertragung nutzt. Durch die Kombination von passiver RFID mit Lichtregistrierung könnten Tags und Sensoren Daten unabhängig speichern, z. B. in Temperaturmessgeräten, ohne ausschließlich auf RFID-Lesegeräte angewiesen zu sein. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die passive Sensortechnologie und die Datenspeicherung.

Roelof Koopmans: In diesem Jahr werden wir ein neues Produkt für den Einzelhandel auf den Markt bringen – ein modulares elektronisches Regaletikett (ESL). Diese Lösung kombiniert einen Energy Harvester mit einer Speicherschicht, den sogenannten Vaults, um die Abhängigkeit von Batterien zu beseitigen.

ESLs ermöglichen eine dynamische Preisgestaltung, da Einzelhändler die Preise automatisch anhand von Faktoren wie Kundenfrequenz oder Tageszeit anpassen können. Die derzeitigen batteriebetriebenen ESLs haben jedoch nur eine Lebensdauer von etwa zwei Jahren, was zu erheblichen Mengen an Elektroschrott und hohen Kosten führt, insbesondere für größere Einzelhändler, die in der Regel zwischen 10.000 und 20.000 ESLs haben.

Das neue modulare ESL, das mit den meisten bestehenden ESL-Herstellern kompatibel ist, löst diese Probleme durch die Integration von Energy Harvesting und bietet eine nachhaltige und kostengünstige Alternative für den Einzelhandel.

Denken wir smart! Kontaktieren Sie mich – ich freue mich auf Ihre Nachricht und berate Sie gerne. Sehen Sie sich in der Zwischenzeit dieses Video auf YouTube an, um mehr über unser Produkt Layer zu erfahren.

* Layer ist eine eingetragene Marke von Dracula Technologies®.