Energiaa IoT-laitteisiin ilman paristoja ja sähköjohtoja

Energiaa IoT-laitteisiin ilman paristoja ja sähköjohtoja?

Esineiden internetiin kytketyt laitteet voivat toimia energiaomavaraisesti ympäristöstä kerätyllä energialla.

Teksti ja kuvat RIIKKA KALMI

Erilaisten IoT-laitteiden (esineiden internet) määrä on voimakkaassa kasvussa. Samalla kasvaa niihin tarvittavien paristojen ja sähköjohtojen määrä. – Elektroniikkalaitteissa käytetään tällä hetkellä noin 30 miljardia nappiparistoa vuosittain. Paristot ja sähköjohdot alkavat olla jo ympäristöongelma ja myös kustannuskysymys, sanoo tutkimusjohtaja Pekka Ruuskanen Vaasan yliopistosta.

Ratkaisuna tähän yliopisto onkin kehittämässä ja demonstroimassa energiaomavaraisia elektroniikka- ja IoT-laitteita, jotka toimivat itsenäisesti paikallisesta ympäristöstä saatavalla energialla.

– Tätä tekniikkaa sanotaan energianlouhinnaksi tai energian keräykseksi (energy harvesting). Kehitettävillä tekniikoilla laitteet saadaan huoltovapaiksi, käyttövarmuus lisääntyy ja kustannukset pienenevät. Näin saadaan myös uusiutuvaa, puhdasta energiaa elektroniikan käyttövoimaksi, kertovat Ruuskanen ja sähköenergiatekniikan professori Lauri Kumpulainen.

EU-rahoitusta saaneessa hankkeessa mukana ovat myös Vaasan ammattikorkeakoulu VAMK sekä joukko teollisuusyrityksiä. Kumpulaisen ja Ruuskasen mukaan yritykset ovat osoittaneet suurta mielenkiintoa kehitettäviä energiaomavaraisia järjestelmiä kohtaan. Mukana ovat muun muassa ABB, Ensto, Safegrid, TJK Tietolaite, UTU, Vaasan Sähköverkko, Vaisala, Vaspec, Viimatech Digital, Wapice, Wärtsilä sekä Energiateollisuuden Sähkötutkimuspooli, joka edustaa useita energia-alan osapuolia.

Värähtelyä ja lämpötilaeroja sähköenergiaksi

Tutkimusavustajat, yliopiston opiskelijat Jussi Keskikuru ja Tuomas Rauta ovat prototyyppien avulla demonstroineet esimerkiksi sähköverkon ennakoivaan kunnossapitoon soveltuvia järjestelmiä ja niiden osia.

– Selvitämme, mitä kaikkea teknologiaa on jo olemassa, emme itse tee kaikkea, kertoo Tuomas Rauta.

Kotioloissa tutuin energian keräämisen väline lienee laskimen aurinkokenno. Energiaa voidaankin kerätä muun muassa liikkeestä sähkömagnetismin avulla, auringon valosta, lämpötilaeroista sekä materiaalien muodonmuutoksesta.

Rauta esittelee yhtenä esimerkkinä värähtelylaitetta. – Tässä on liikkuva magneettikenttä, joka tuottaa sähkövirran.

Jussi Keskikuru näyttää puolestaan voimalinjoille suunniteltua energiakeräintä.

– Voimalinjasta muodostuu jännite maahan. Kun kuparilevy viedään maan ja johtimen väliin, muodostuu kapasitiivinen jännite-ero. Sähkö kerätään piirillä ja ladataan akkuihin. Timo Rinne VAMKilta on ollut tässä suurena apuna.

Rauta ja Keskikuru kertovat voivansa hyödyntää syntynyttä materiaalia myös omiin lopputöihinsä yliopistolla. Lisäksi hankkeessa on saatu arvokkaita yhteyksiä yrityksiin.

– Olemme oppineet paljon aiheesta – laitteista ja tekniikasta – sekä tutkijan urasta ja työstä.

Tutkimusavustajat Tuomas Rauta ja Jussi Keskikuru demonstroivat IoT-laitteisiin sopivia energiankeräimiä. Kuva: LAURI KUMPULAINEN