Professor Dr. Werner Petersen-Preis der Technik 2011
In seiner sehr gut bewerteten Bachelorarbeit entwickelte und analysierte der 23-jährige Student der Technischen Universität Hamburg-Harburg ein Verfahren zur energiebewussten Aufgabenplanung von Sensorknoten, die ihre Energie nicht aus Batterien sondern aus regenerativen Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen etc. gewinnen (sog. Energy Harvesting). Neben der besseren Umweltbilanz werden Einschränkungen, hervorgerufen durch kabelgebundene Stromversorgung oder den regelmäßigen Batteriewechsel, vermieden. Eine der Herausforderungen des Energy Harvesting ist der Umstand, dass der Energiezufluss oft keinem festen Muster folgt. So ist die von einer Solarzelle abgegebene Energie nicht nur abhängig von Tageszeit und geografischer Lage, sondern auch von Bewölkung und Beschattung. Dies bedeutet, dass die für die Ausführung einer Anwendung notwendige Energie nicht immer zur Verfügung steht. Zwar können durch den Einsatz eines Puffers in Form eines wiederaufladbaren Speichers die Schwankungen des Energiezuflusses abgedämpft werden, das generelle Problem bleibt aber bestehen.
Herr Florian Meier erforschte in seiner Bachelorarbeit Methoden, um solarbetriebene Sensorknoten dauerhaft zu nutzen. Das von ihm betrachtete System umfasst eine Solarzelle, einen Doppelschichtkondensator als Energiepuffer und einen Sensorknoten bestehend aus Mikrokontroller und Funkchip. Die Aufgabe bestand darin, für dieses System eine Software zu entwickeln, welche eine dynamische Anpassung von Aufgaben unter Berücksichtigung des Füllstandes des Energiepuffers, des zu erwartenden Energiezuflusses und des zu erwartenden Energieverbrauchs durchführt. Hierzu wählte Herr Meier einen komplett neuen Weg, in dem er verschiedene Leistungsstufen des Systems einführte. Die passende Leistungsstufe wird dabei in regelmäßigen zeitlichen Abständen und in Abhängigkeit des Ladezustands sowie der erwarteten Energiezufuhr vollautomatisch ausgewählt. Der Auswahlalgorithmus nutzt ein von Herrn Meier ebenfalls entwickeltes mathematischen Modell für die Vorhersage des Ladezustands des Energiepuffers. Schließlich wertete Herr Meier das Verfahren mit Simulationen aus und zeigte dessen Überlegenheit gegenüber einer existierenden Alternative. Er implementierte das Verfahren ebenfalls auf einem realen System und überprüfte dessen Funktionalität in der Praxis.
Herr Meier hat seine Arbeit am Institut für Telematik von Prof. Dr. Volker Turau angefertigt. Sie wurde von dem wissenschaftlichen Mitarbeiter Christian Renner betreut.