IoT-Stromversorgung: Batterie, kabelgebunden oder drahtlos?

Die Stromversorgung kleiner, über eine große Fläche verteilter IoT-Geräte ist ein wichtiges Thema, und Effizienz ist das A und O. [...]

Ein IoT-Sensor in der Lage sein, Informationen zu sammeln, diese Informationen in einem digitalen Format auszudrücken und sie in der Kette nach oben zu übertragen (c) pixabay.com

Der Begriff des „Internet der Dinge“ kann dazu verwendet werden, eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien zu beschreiben, von Sensoren über Gateways bis hin zu Backend-Systemen, die Daten verwalten und Machine-to-Machine-Netzwerke sicher halten. Zu Recht wird der Art und Weise, wie IoT-Systeme Daten sammeln und wie sie sich von Ort zu Ort bewegen, viel Aufmerksamkeit zuteil. Für einige Teile des IoT kann allerdings die Frage, wie die Sensoren mit Strom versorgt werden, ebenso wichtig sein.

Insbesondere bei IoT-Systemen mit kleinen Sensoren und Geräten, die weit voneinander oder vom Rest des Systems entfernt sein können, ist der Energieverbrauch ein kritisches Thema, da eine herkömmliche, verkabelte Stromversorgung einfach keine Option ist.

Landwirtschaft, Versorgungs- und Transportwesen gehören zu den Branchen, in denen ein Einsatz in großen Abständen und mit geringem Energieverbrauch wichtig ist. Wissenschaftler, die einen Vulkan untersuchen, sind möglicherweise nicht in der Lage, ein Stromkabel vom nächstgelegenen Teil des Netzes bis zu ihren Vibrationssensoren zu verlegen. Bodenfeuchtemesser auf dem Feld eines Bauern könnten mit dem gleichen Problem konfrontiert sein, und so weiter.

Es gibt jedoch noch andere Optionen, und die Wahl der besten Lösung hat laut Gartner-Vizepräsident und Analyst Al Velosa alles damit zu tun, zu verstehen, was das gewünschte Geschäftsergebnis ist und wie es mit höchster Effizienz erreicht werden kann.

 „Die grundlegende Frage ist, was es kostet, die Infrastruktur bereitzustellen“, sagte er. „Wenn Sie Anlagen im Wert von ein paar tausend Meilen verwalten … ist es teurer, einen Lastwagen zu dieser Anlage zu schicken als alles andere“.

Das ist besonders wichtig für die erste und wahrscheinlich am weitesten verbreitete Option für die Stromversorgung kleiner, entfernter IoT-Anlagen – Batteriezellen. Keine Batterie hält ewig, deshalb müssen sie irgendwann ausgetauscht werden. Der derzeitige Stand der Technik konzentriert sich auf Silberoxidzellen, ähnlich wie Uhrenbatterien und solche, die in Hörgeräten verwendet werden, so Forrester-Vizepräsident und Chefanalytiker Frank Gillett,

„Eines der Probleme, auf das Sie stoßen werden, ist, dass manche Batterie-Chemie keine 10 Jahre durchhalten wird“, erklärte er.

Silberoxidzellen sind nach wie vor beliebt, weil ihr Verhältnis von Ladung zu Gewicht vergleichsweise sehr hoch ist. Selbst eine kleine Batterie dieses Typs kann einen einfachen Sensor, der mit einem stromsparenden, selten benutzten Funkgerät ausgestattet ist, potenziell jahrelang mit Strom versorgen. Sie sind jedoch nicht so leistungsfähig, dass sie die Gerätehersteller von der Verantwortung befreien, auf maximale Effizienz hin zu entwerfen.

In seiner einfachsten Ausbaustufe muss ein IoT-Sensor in der Lage sein, Informationen zu sammeln, diese Informationen in einem digitalen Format auszudrücken und sie in der Kette nach oben zu übertragen, sei es an ein Gerät in der Nähe zur Sammlung und Verarbeitung oder direkt an das Back-End. Jeder Teil dieses Prozesses ist mit Energiekosten verbunden, und obwohl die fortschreitende Technologie die Energieeffizienz sowohl bei der Verarbeitung als auch bei der Übertragung drastisch erhöht hat, ist Energie immer noch einer der wichtigsten limitierenden Faktoren beim Design von IoT-Geräten.

„Es geht darum, herauszufinden, wie man die Leistung eines Gerätes mit geringem Stromverbrauch maximieren kann, und ein Großteil davon besteht darin, die Funkgeräte effizienter zu machen“, sagte Gillett. „Die Kehrseite ist, dass der Rechenteil des IoT-Endpunkts ebenfalls sehr energiesparend ist. Im Idealfall haben Sie beides einigermaßen integriert“.

Die Batterietechnologie, fügte er hinzu, komme im Vergleich zu Prozessoren, Chips und Sensoren vergleichsweise langsam voran. Das ist einer der Gründe, warum einige Unternehmen ihre IoT-Geräte anderswo mit Strom versorgen wollen.

Eine Möglichkeit ist die Solarenergie. Zunehmend effizientere Solarzellen bedeuten, dass es einfach genug ist, kleine Geräte mit Panels geeigneter Größe auszustatten, und die Kosten für diese Panels sind in letzter Zeit ebenfalls gesunken.

In der Theorie ist das laut Velosa großartig, aber in der Praxis werden viele Einsätze, die Solarenergie nutzen, nicht viel effizienter sein als solche, die Batterieenergie verwenden. Die Solarenergie ist nach wie vor davon abhängig, dass die Module ausreichend der Sonne ausgesetzt sind, und außerdem sind sie bei weitem nicht wartungsfrei. Staub und Schmutz können ihre Fähigkeit zur Stromerzeugung beeinträchtigen.

„Wir gehen immer noch davon aus, dass der normale Einsatz einer Anlage 1 bis 5 Jahre dauert, mit einem gewissen Wartungsbedarf in der Mitte“, sagte er.

Eine andere Idee ist die vollständig drahtlose Energieübertragung – denken Sie an ein Qi-Ladegerät, aber über viel größere Entfernungen – allerdings ist eine weit verbreitete Nutzung dieser Technik noch Jahre entfernt. Startups wie GuRu, Wi-Charge und andere haben bemerkenswerte Fortschritte bei der drahtlosen Energieübertragung gemacht, aber Analysten sind der Meinung, dass sie sich nicht besonders gut für weit auseinander liegende IoT-Einsätze eignet. Die meisten Technologien auf dem aktuellen Markt sind entweder zu experimentell, zu teuer oder zu kurzlebig, um eine echte Alternative zu Solaranlagen, Batterien oder Drähten zu bieten.

„Das ist so ein Eckfall“, sagte Gillett. „Es muss etwas sein, bei dem man das Kabel einfach nicht verlegen kann, aber man muss trotzdem den Strom über eine kurze Distanz übertragen. Und es muss kostspielig sein.“

Stattdessen wären Unternehmen, die IoT einsetzen wollen, am besten damit bedient, die mit jeder Energieoption verbundenen Kosten zu verstehen und die Effizienz zu maximieren. Wartungskosten werden in jedem Fall anfallen, aber die Höhe der Kosten wird sehr unterschiedlich sein.

„Letztendlich muss es eine vollständige Analyse sein“, so Velosa. „Was wird es mir erlauben, das Geschäftsergebnis in dieser Sache trotzdem zu liefern?“

*Jon Gold deckt IoT und drahtlose Netzwerke für Network World ab.


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