Energy harvesting met raamantenne

Op 24 april 2012 19:48:54 schreef grotedikken:
Dus als je 1MOhm in serie zet met de karakteristieke impedantie .....

Ik bedoel niet in serie, maar parallel aan de gelijkgerichte spanning, dus als belasting.

Op 24 april 2012 19:48:54 schreef grotedikken:
[...]

Er zijn heus al slimmerikken geweest die dat gedaan hebben lang voor jouw leraar in de luiers lag.
Het is bovendien verboden.

Je weet dat ik het s....t heb aan die inteeltleraars die met hun diploma door de grote poort wandelen en onmiddellijk langs de personeelsingang terug binnenkomen zonder iets uit de echte wereld geleerd te hebben.

En hun idiote projecten , steeds gebaseerd op fantastisch klinkende anecdotes vanuit de barkruk die vaak broodjes aap blijken te zijn.
Maar ja, ze moeten tegenwoordig techniek absoluut combineren met ecologie.

Volledig mee akoord, maar niet als een kip zonder kop aub.
Een ledje proberen gratis te laten branden terwijl je putje winter in je verwarmd buitenzwembad ligt te dobberen is Absurdistan.

Ten eerste heeft dit onderzoek niks te maken met het groener opwekken van energie, ecologie of het milieu. De toepassing waar de resultaten van dit onderzoek voor gebruikt zullen worden zijn in de smart sensor techniek. Dus dat hele verhaal hierboven slaat gewoon echt helemaal nergens op.

Ten tweede: wat raad je nu dus aan? dat ik moet stoppen met het onderzoek omdat jij dat zegt? zo leer ik er toch helemaal niks van of wel soms. Als er echt geen bruikbare vermogens zitten in de middengolf dan wil ik daar graag zelf achter door zelf te onderzoeken en er zelf achter te komen waarom dit niet mogelijk is.

en btw de opdrachtgever van dit project is een groot bedrijf en geen een of andere inteeltleraar

Wat heeft een groot bedrijf er nou voor belang bij om energie te halen uit radiogolven?
Dat is letterlijk energieverspilling.

PFffff. Met de uitleg er bij vind ik een zinnig onderzoek.

Wat je wil is goedkope sensors her en der rond je huis/fabriek/schip/whatever plaatsen, zonder dat je overal draden heen moet leggen. Voordat je het weet kost het meer aan draden en montage materiaal dan de sensoren.

Dus om parasitair ergens energie vandaan te halen is interessant. En dan moet alles een keer onderzocht worden. Als je vantevoren roept dat kan niet, dan kom je nooit ergens.

Iemand anders zal bijvoorbeeld "zonnecellen" moeten onderzoeken.

Maar goed. Het is natuurlijk interessant om te kijken of je er energie uit kan halen.

Helemaal STOM hoef je ook weer niet te zijn. Als een eenvoudige berekening kan aantonen dat je NOOIT genoeg energie voor een bepaalde toepassing er uit kan krijgen, dan kan je snel stoppen.

Dus stel dat je 10mW nodig hebt om een led te laten branden. Dan kan je waarschijnlijk aantonen dat je minimaal een huis nodig hebt om genoeg RF te verzamelen om aan 10mW te komen. Prima.

Maar zolang het "voorlopig onderzoek" is, dan kan je met een resultaat komen als: Mits de sensor gemiddeld minder dan XXX gebruikt is het te doen.

Op 25 april 2012 09:11:06 schreef KlaasZ:
Wat heeft een groot bedrijf er nou voor belang bij om energie te halen uit radiogolven?
Dat is letterlijk energieverspilling.

*Zucht

Ik zal het dan maar eens uitleggen.

Stel je eens voor. Je wilt ergens een slimme sensor hebben op een moeilijk bereikbare plaats, waar je dus niet zomaar het batterijtje kunt vervangen en die je dus niet aan kunt sluiten op het lichtnet. Nu werkt deze slimme sensor met een bepaalde duty-cycle, wat dus betekent dat de microcontroller in de slimme sensor maar een hele korte periode actief bezig is en de rest van de tijd slaapt. Dat betekent dus dat tijdens de slaap van deze microcontroller een accu opgeladen kan worden en wanneer de microcontroller weer bezig is hij de opgeslagen energie kan gebruiken om zijn analoge sensor uit te lezen en om data te versturen. Dit proces kan zich levenslang herhalen (tot er iets stuk gaat natuurlijk).

En valt het een beetje te begrijpen.. of ga je nu ook nog beweren dat dit ook niet mogelijk is?

Op 25 april 2012 10:45:52 schreef rew:
PFffff. Met de uitleg er bij vind ik een zinnig onderzoek.

Wat je wil is goedkope sensors her en der rond je huis/fabriek/schip/whatever plaatsen, zonder dat je overal draden heen moet leggen. Voordat je het weet kost het meer aan draden en montage materiaal dan de sensoren.

Dus om parasitair ergens energie vandaan te halen is interessant. En dan moet alles een keer onderzocht worden. Als je vantevoren roept dat kan niet, dan kom je nooit ergens.

Iemand anders zal bijvoorbeeld "zonnecellen" moeten onderzoeken.

Inderdaad, we zijn op dit moment ook bezig met meerdere onderzoeken, zo ook naar de mogelijkheden van zonnecellen.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op (26%)]

Ik zeg niet dat het niet mogelijk is, ik betwijfel alleen of je er voldoende energie uit kunt halen. Zonnepanelen lijken me een stuk effectiever.
Verder denk ik dat energie uit radiogolven halen een vorm van energiediefstal is. Als radiostations er achter komen dat dit gebeurt zouden ze wel eens knap vervelend kunnen gaan doen.
Als onderzoeksobject is het natuurlijk wel interessant. Ik ben ook wel benieuwd naar de resultaten.

http://www.rexresearch.com/tate/tate.htm
Leuk zelfbouwproject voor wat inspiratie.

Nieuw is het zeker niet en onmogelijk ook niet, zover ik weet zijn er al commerciele senors die zo werken.

Interesant lijkt me om te werken met 50Hz. De sensors in zware machines kunnen dan gevoed worden uit de strooivelden van de motoren. Maar ook dmv het seebeck effect bij systemen waar veel warmewisseling is en piezo electrisch daar waar veel trillingen zijn.

Om de middengolf hiervoor te gebruiken is als test niet verkeerd. Maar de signalen zijn s-nachts veel sterker dan overdag en de middengolf heeft niet echt een toekomst, er komen steeds minder zenders daar.

Wat ik alleen niet snap is dat een groot berijf dat aan een student uitbesteed welke de apparatuur en kennis niet heeft om daar echt zinnig onderzoek naar te doen. Als MBO schoolopdracht een leuk leerzaam iproject maar een bedrijf doet dit normal met commerciele bedoelingen. Ik zou op basis van jou onderzoek geen commerciele beslissing durven nemen.
Het minste wat je moet hebben is apparatuur om de resonantie te weten, een gecontrolleerde omgeving en gevoelige spanning en stroommeters ( bv galvno en electrometers) een 10MOhm multimeter is en te hoge belasting. En voor het zelfde geld denk jij je elco op te laden op dat radio signaal maar blijkt de meeste energie te komen van een EMC sproeiende schakelende voeding die er vlak bij staat ;-) als ik een vna meting doe met mijn vna vlak bij de pc hier beneden zie ik dat onmiddelijk terug op de trace. Ook de energoe van mobiele telefoons, TL inverters ect. Dat zul je met een spectrum analyser moeten meten. Dan zie je het vermogen en waar het nog meer zit.

Op 25 april 2012 13:45:28 schreef fred101:
En voor het zelfde geld denk jij je elco op te laden op dat radio signaal maar blijkt de meeste energie te komen van een EMC sproeiende schakelende voeding die er vlak bij staat ;-)

Dat effect kan je uitsluiten door een keer met de meetopstelling midden in een weiland te gaan staan.

Maar dan wel een zonder schrikdraad :-)
Maar dat is wel wat ik bedoel. Een raamantenne ergens binnen in een huis of school zonder verdere metingen is geen gefundeerd onderzoek.

Op 25 april 2012 13:38:21 schreef KlaasZ:
....Verder denk ik dat energie uit radiogolven halen een vorm van energiediefstal is. Als radiostations er achter komen dat dit gebeurt zouden ze wel eens knap vervelend kunnen gaan doen.

Huh?

Hoe zou die zender het verschil moeten weten tussen een ontvanger en een radio-energy harvester? Denk je dat de ontvangst bij anderen wordt beinvloedt door dit systeem? Of dat de zender zwaarder belast wordt?

Ik ken een indianenverhaal(?) uit het verre verleden, waar boeren in de directe omgeving van een middengolf zender de TL balken in de stallen lieten werken op antennes. Heel dicht bij een zender kun je inderdaad substantiele enegie 'harvesten'. Denk dan aan maximaal 2 of 3 golflengtes afstand van de zendantenne in kwestie.

Even wat getallen:
Een omroepzender werkt met b.v. 20.000 Watt op de middengolf.
Er luisteren (b.v.) 100.000 ontvangers. Per ontvanger wordt b.v. 1000 microvolt over 50 ohm gebruikt door de ontvanger.

Dat is (p=U2/R) 20 nanowatt per ontvanger. Oftewel 2 milliwatt voor 100.000 ontvangers.

Van de 20.000 watt wordt dus 99.99999% ongebruikt de ruimte ingestuurd en de ionosfeer verwarmd.

Laat eens iets weten, als het gelukt is.

[Bericht gewijzigd door Anoniem op (96%)]

Ga er morgen en overmorgen weer mee verder. Hoop overmorgen het onderzoek rondom het energy harvesten uit radiogolven af te hebben en zal de resultaten zeker in dit topic droppen! Ben zelf ook echt benieuwd naar de resultaten!!

Op 25 april 2012 13:38:21 schreef KlaasZ:
Verder denk ik dat energie uit radiogolven halen een vorm van energiediefstal is. Als radiostations er achter komen dat dit gebeurt zouden ze wel eens knap vervelend kunnen gaan doen.

Na honderdduizend jaar aftappen heb je misschien wel voor één cent energie verbruikt. Je moet wel heel principieel tegen zijn wil je daar een postzegel aan spenderen :)

Op 25 april 2012 13:45:28 schreef fred101:
Wat ik alleen niet snap is dat een groot berijf dat aan een student uitbesteed welke de apparatuur en kennis niet heeft om daar echt zinnig onderzoek naar te doen. Als MBO schoolopdracht een leuk leerzaam iproject maar een bedrijf doet dit normal met commerciele bedoelingen. Ik zou op basis van jou onderzoek geen commerciele beslissing durven nemen.
Het minste wat je moet hebben is apparatuur om de resonantie te weten, een gecontrolleerde omgeving en gevoelige spanning en stroommeters ( bv galvno en electrometers) een 10MOhm multimeter is en te hoge belasting. En voor het zelfde geld denk jij je elco op te laden op dat radio signaal maar blijkt de meeste energie te komen van een EMC sproeiende schakelende voeding die er vlak bij staat ;-) als ik een vna meting doe met mijn vna vlak bij de pc hier beneden zie ik dat onmiddelijk terug op de trace. Ook de energoe van mobiele telefoons, TL inverters ect. Dat zul je met een spectrum analyser moeten meten. Dan zie je het vermogen en waar het nog meer zit.

We hebben op school wel degelijk de apparatuur om hier onderzoek mee te doen en ik begrijp niet dat de hoeveelheid benodigde kennis een blokkade kan zijn voor het onderzoek. Ik bedoel daarom zit je toch op school? En btw ik doe trouwens HBO Elektrotechniek.

Op 25 april 2012 13:38:21 schreef KlaasZ:
Ik zeg niet dat het niet mogelijk is, ik betwijfel alleen of je er voldoende energie uit kunt halen. Zonnepanelen lijken me een stuk effectiever.

Een reactie eerder zeg je nog dat dit onderzoek energieverspilling is en nu ik het idee erachter heb uitgelegd ben je ineens geïnteresseerd in de resultaten.. hmm.. maargoed..

Waarom is een zonnepaneel perse effectiever als je niet eens weet hoeveel vermogen je nodig hebt. Ten eerste zijn de kosten voor een zonnepaneel vele male hoger dan de kosten voor het maken van een raamantenne. Ten tweede werkt een zonnepaneel niet zonder licht en zoals je wellicht weet is er s'nachts weinig licht. En ten derde waarom zou je een zonnepaneel gebruiken ALS het ook kan door energie te pikken uit radio golven.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op (13%)]

Omdat de energie dichtheid van radiogolven een factor miljoen of nog meer LAGER is dan zonne-energie.

Verzoek aan de TS de edit te gebruiken ipv het topic steeds te kicken, en selectiever quoten aub.

Op 25 april 2012 21:29:45 schreef joopv:
Omdat de energie dichtheid van radiogolven een factor miljoen of nog meer LAGER is dan zonne-energie.

Er zullen vast en zeker situaties zijn waarin een smart sensor bijvoorbeeld helemaal geen licht kan ontvangen, heb je daar weleens over nagedacht?

Op 24 april 2012 23:04:19 schreef grotedikken:
Daarom moet je de antenne afsluiten met zijn karakteristieke bronimpedantie die onder meer afhangt van de vorm. Ik dacht dat 110-150 Ohm een realistische waarde is.
Hierbij wordt de Q factor zo laag, dat de hele afstemprocedure niet zinvol is. Eigenlijk kun je de condensator evengoed gewoon weglaten.
De antenne is dan wel degelijk laagohmig en bij perfecte aanpassing is de spanning over de belasting precies de helft van de EMK.

Nee, dat lukt je niet; zeker niet als je ook nog een diode wilt gebruiken.
Door de spanning over de condensator af te nemen bereik je een Q maal zo hoge spanning uit een Q2 zo grote inwendige weerstand.
Maximaal vermogen krijg je dan als je een belasting aansluit met een waarden van DIE weerstand, wat een stuk praktischer is.
Een HF-technicus of amateur zou dit een L-netwerk aanpassing noemen. De formules zijn algemeen.
De raamantenne van TS heeft (bij 0,4 mm draad) een weerstand van bijna 4 ohm. Maar als je geen condensator gebruikt, dus ook niet in serie, dan zit de reactantie van de spoel in de weg met zijn 1630 ohm.

Overigens wordt de inwendige weerstand van de raamantenne praktisch helemaal door de draadweerstand bepaald. De 'stralingsweerstand' is zo klein, dat je daarmee niets kunt aanvangen. Het rendement is dan ook altijd heel klein.

Ik heb al eerder in het topic een schatting gegeven van de vermogens waarmee je te maken krijgt. Daarop zie ik geen reactie; alleen maar kreten als 'je kunt het toch proberen'.

Dat kan, maar probeer óók eens iets te berekenen.
Voorzetje: als je draad gebruikt met een weerstand van k ohm per meter, dan is het maximaal aan het HF-veld te onttrekken vermogen:

P = E2 (pi3 n d3)/(16 k λ2)
De formule kun je vlot afleiden uit de geïnduceerde spanning in de raamantenne en de weerstand van de draad, waarbij de (getransformeerde, zie boven) belasting aan die weerstand gelijk is.

De veldsterkte E van een 400kW zender met een verticale antenne boven aarde op 35km afstand is te schatten op bijna 80µW/m2.
Een koperdraad van 0,4mm dik heeft een weerstand van ongeveer 0,13Ω/m.
De equivalente diameter van je raam is 0,56m. Met 14 windingen draad van 0,4mm mag je dus een maximum vermogen van krap 7µW verwachten.
(Let op dat dat het maximumvermogen uit de raamantenne vóór gelijkrichting is, als wisselspanning dus; de diode zal het probleem vormen door zijn drempelspanning.)

Om evenveel vermogen uit een zonnecel te halen, moet die in vol zonlicht 0,000 000 07 m2 groot zijn (bij een rendement van 10%); maar bij bewolkt weer minstens tien- of twintigmaal zo groot. :)

ABB heeft al jaren draadloze sensoren die de energie uit radiogolven halen. Deze zijn speciaal voor op beweeglijke robots bedoeld.

Als ik zeg "proberen" of "het onderzoek DOEN" dan bedoel ik daarmee ook dat FET z'n formules afgeleid worden om een theoretisch maximum te bepalen.

Anderzijds, zuinige schakelingen die minder dan 7µW gebruiken zijn tegenwoordig ook mogelijk. Mijn digitale horloge uit 1980 gebruikte iets van 4µW. Dat is nu toch echt minstens een factor tien verbeterd.

Dus het theoretisch maximum is niet iets wat meteen roet in het eten gooit. Je gaat niet zomaar direct een AVR op 50mW kunnen aansluiten, maar er is IETS. En je hebt nog allemaal problemen om het gelijk te richten en zo. Uitdagingen!

Op 25 april 2012 23:23:42 schreef 071071:
[...]
Er zullen vast en zeker situaties zijn waarin een smart sensor bijvoorbeeld helemaal geen licht kan ontvangen, heb je daar weleens over nagedacht?

Uiteraard. Maar als de radiogolven die reeds aanwezig zijn in de aether ook geen alternatief zijn vanwege het op te wekken vermogen dan houdt het op.

Je zou kunnen gaan denken aan een ringleiding systeem.

Met een ringleiding rond je object wek je een magnetisch veld in het gehele object op wat je kunt gebruiken om je sensoren te voeden.

Dat heeft ook een zeer laag rendement maar wellicht is het een bruikbare optie. Ik stel me zo voor dat je een fikse wisselstroom van 50 kHz of meer door zo'n ringleiding pompt, en dat je met klein ferrietantennetjes het veld oppikt en gelijkricht.

In een hoogstedelijke omgeving of in een kantoor omgeving zou je wellicht harvesting kunnen doen op de LPD, UMTS, GSM banden. Oftewel in de 800/900/1800/1900/2100/2450MHz banden. Van die zenders heb je er altijd wel wat op korte tot zeer korte afstand staan. Denk aan wifi access-points en basisstations van mobiele providers. Zelfs de mobieltjes van gebruikers zenden regelmatig. Helaas wel met vrij lage vermogens. En hoe je dat dan nuttig kunt converteren naar een gelijkspanning..?

[Bericht gewijzigd door joopv op (23%)]

Anderzijds, zuinige schakelingen [...]
Dus het theoretisch maximum is niet iets wat meteen roet in het eten gooit. [...] Uitdagingen!

Het knappe is dan ook niet zozeer het uit de lucht plukken op zich denk ik, maar iets zo zuinig te maken dat je er iets mee kunt doen. Dat zou misschien nog wel meer punten opleveren in de proef!

Ik vraag me af of er nog een 'truc' bestaat door op de één of andere manier gebruik te maken van alle velden samen.
Stel dat je twee zenders ontvangt; ieder goed voor (bijvoorbeeld) 0,1V uit het raam. De piekspanning zou dan 0,2V zijn, en dat is viermaal zoveel vermogen. Maar achter de gelijkrichter zou je die spanning vast kunnen houden.
Je krijgt niets voor niets natuurlijk; in zo'n geval zou het raam de 'HF-omgeving' dus zwaarder belasten. Op ongeveer dezelfde manier als dat een gelijkrichter de trafo zwaarder belast als je er een elko achter zet om meer gelijkspanning te krijgen.

Waar ik niet makkelijk omheen kom is de reactantie van het raam. Die moet toch gecompenseerd ('afgestemd') worden, en dat zou voor een klein aantal bekende zenders nog wel gaan met een wat complexere schakeling, maar voor een groot aantal onbekende zie ik niet zo gauw een oplossing.

Op 25 april 2012 13:38:21 schreef KlaasZ:
Verder denk ik dat energie uit radiogolven halen een vorm van energiediefstal is.

Vroeger, voor de komst van commerciele omroepen, was het in ieder geval verboden bij wet. Je mocht alleen de informatie gebruiken. Geen idee of dat nu nog zo is.

't Is mij trouwens wel gelukt: een langdraad antenne van 200 meter naar 150 meter hoogte gaf voldoende vermogen om op een SWR power meter een uitslag te krijgen. En een TL erop laten branden werkte ook prima.

Dat was wel op 2 a 3km van het zenderpark in IJsselstein.
Daar zat toen nog de Wereldomroep, 3 Middengolfzenders, 3 FM zenders en 2 TV zenders. 1 MegaWatt ging er minimaal de lucht in en misschien wel een stuk meer.

Niemand dorst een tranciever aan te sluiten op mijn antenne, zelfs niet nadat de statische component was weggehaald en er een filter achter hing ;(

FET, als je gedurende een uur 7µW kan opvangen, kun je daarna een seconde lang 25mW trekken. Een temperatuursensor uitlezen en vervolgens draadloos data versturen is met dit vermogen prima te doen.

Nu snap ik dat die 7µW nooit zonder verliezen in een elko komt, maar met de helft moet het alsnog lukken.

misschien zijn die diode verliezen op te vangen door een trafo te gebruiken voor die frequentie.

[Bericht gewijzigd door VWG3JB op (14%)]

Met mijn dipool kon ik een elco tot zo'n 1,5V opladen, hoger lukte niet.
Maar op het moment dat er onweer in de buurt is wordt het een ander verhaal. De static wordt dan soms zo hoog dat er vonken van een paar cm tussen de open uiteinden van de kippenladder overspringen. Tijdens onweer zelfs door de isolatie heen naar een geaard 19" rack een cm of tien er van af. Als je er dan een elco of sensor aan hebt is het foute boel.
Een problem wat ik met dit systeem verwacht is dat in veel bedrijfsgebouwen de ontvangst van radio vreselijk slecht is. Ik luisterde altijd naar arrow op de middengolf, maar op het werk was dat onmogelijk, totaal geen ontvangst.