Forscher haben ein bahnbrechendes Windaufweck-Anemometer (B-WA) vorgestellt, das einen triboelektrischen Nanogenerator (RB-TENG) mit Wälzlagern verwendet und eine neue Strategie für die Umweltüberwachung mit geringem Energieverbrauch bietet. Die Fähigkeit des B-WA, bei unterschiedlichen Windverhältnissen autonom und effizient zu arbeiten, stellt einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der nachhaltigen Umweltüberwachung dar.
Anemometer sind wichtige Werkzeuge zur Erfassung meteorologischer Daten und unverzichtbar für genaue Wettervorhersagen und Umweltüberwachung. Herkömmliche Anemometer sind häufig mit hohen Wartungs- und Betriebskosten konfrontiert, vor allem aufgrund ihres hohen Ruhestromverbrauchs und ihrer Abhängigkeit von Batteriestrom. Diese Herausforderungen sind besonders akut an abgelegenen Standorten, wo der Batteriewechsel oder die Reparatur von Geräten schwierig und teuer ist.
Die Einführung von Anemometern mit geringem Stromverbrauch und automatischer Aktivierung kann die Umweltüberwachung grundlegend verändern, da sie längere Einsatzzeiträume ermöglicht, die Wartungshäufigkeit reduziert und die Zuverlässigkeit der Datenerfassung in diesen kritischen, aber schwer zugänglichen Bereichen verbessert.
Ein neuer Studie veröffentlicht in Mikrosysteme und Nanotechnik von einem Team des Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems beschreibt ein Breeze Wake-up Anemometer (B-WA), das die Möglichkeiten zur Fernüberwachung des Wetters drastisch verbessern soll.
Der neu entwickelte B-WA integriert die folgenden Schlüsselkomponenten: zwei triboelektrische Nanogeneratoren mit Wälzlagern (RB-TENGs), ein selbstaufweckendes Modul (SWM) und ein Signalverarbeitungsmodul (SPM). B-WA kann in einem Ruhezustand mit nahezu null Stromverbrauch verbleiben, bis es durch Windgeschwindigkeiten über 2 m/s aktiviert wird. Der RB-TENG ist so konstruiert, dass er aus der Bewegung der Wälzlager Strom erzeugt, der genutzt wird, um das Gerät aus seinem Energiesparzustand aufzuwecken.
Nach der Aktivierung kann der SWM das gesamte System innerhalb von nur 0,96 Sekunden aktivieren und so eine Echtzeitmessung der Windgeschwindigkeit ermöglichen. Gleichzeitig verarbeitet der SPM die Frequenz der vom RB-TENG erzeugten Signale, um die Windgeschwindigkeit mit einer Empfindlichkeit von 9,45 Hz/(m/s) genau zu überwachen und so eine präzise und zuverlässige Datenerfassung zu gewährleisten.
Prof. Chi Zhang, der leitende Wissenschaftler des Projekts, erklärte: „Dieses Gerät erweitert nicht nur die Grenzen der Nanotechnologie, sondern bietet auch eine nachhaltige Lösung für die Herausforderungen der globalen Wetterüberwachung. Sein geringer Energiebedarf und seine hohe Empfindlichkeit sind für die Zukunft der Umweltsensorik von entscheidender Bedeutung.“
Diese Technologie ist für Bereiche wie die Agrarplanung und die Prävention von Naturkatastrophen von entscheidender Bedeutung, da genaue und zeitnahe Wetterinformationen die Entscheidungsfindung und die Betriebssicherheit erheblich beeinflussen können. Das robuste und wartungsarme Design des B-WA macht ihn ideal für die Integration in Internet of Things (IoT)-Netzwerke und verbessert die verteilte Umweltüberwachung in verschiedenen Sektoren.
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Xianpeng Fu et al., Ein Windanemometer mit nahezu null Ruhestromleistung basierend auf einem triboelektrischen Nanogenerator mit Wälzlagern, Mikrosysteme und Nanotechnik (2024). DOI: 10.1038/s41378-024-00676-7