Japan: Wissenschaftler übertragen Strom mit LED-Licht
Ein Forschungsteam vom Institute of Science in Tokio (Japan) hat erstmals LED-Licht in Strom umgewandelt(öffnet im neuen Fenster) . Batterien und Kabel waren in dem Laborexperiment nicht nötig. In früheren Versuchen wurden Laserstrahlen statt leistungsstarker Leuchtdioden (LED) verwendet.
Bei der optischen drahtlosen Energieübertragung (OWPT) wird Energie ohne physische Kabel durch den freien Raum übertragen. Dafür wird Elektrizität in Licht umgewandelt, übertragen und dann mithilfe von Potovoltaik-Empfängern wieder in elektrische Energie umgewandelt.
Da die neue Technik auf LED-Technologie basiert, bietet sie laut der Forschungsgruppe eine kostengünstige und sichere Lösung, die sich für den Aufbau einer nachhaltigen Infrastruktur in Innenräumen für das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) eignet. Das System kann in Verbindung mit einer KI-gestützten Bilderkennung auch mehrere Geräte effizient und ohne Unterbrechung mit Strom versorgen.
Vorteile der OWPT-Lösung mit LEDs
Zudem hat die LED-Technologie einen entscheidenden Vorteil gegenüber anderen OWPT-Ansätzen, denn für IoT-Szenarien in Innenräumen müssen OWPT-Systeme strenge Vorschriften zur maximal zulässigen Exposition einhalten, um Gefahren für Augen und Haut zu vermeiden. Ohne die Entwicklung spezieller Sicherheitstechnologien sind Lasersysteme daher ungeeignet.
OWPT-Systeme auf Basis von Leuchtdioden sind hingegen sicherer. Allerdings haben sie mit Energieverlusten über große Entfernungen und einer inkonsistenten Leistung unter wechselnden Umgebungslichtbedingungen zu kämpfen.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, habe das Team ein dualmodales, adaptives OWPT-System entwickelt, das sich automatisch an helle und dunkle Innenräume anpasse, erklärte Tomoyuki Miyamoto vom Institute of Science Tokyo(öffnet im neuen Fenster) . Gleichzeitig biete das System "eine sichere und effiziente Stromversorgung für mehrere IoT-Geräte" .
Wie funktioniert das System?
Das System verwendet dafür ein adaptives Linsensystem mit einer zweischichtigen Linsenkonfiguration, bestehend aus einer Flüssiglinse mit einstellbarer Brennweite und einer Abbildungslinse. Diese Anordnung passt die Strahlfleckgröße automatisch an die Entfernung und Größe des Empfängers an. Dadurch gewährleistet sie eine optimale Leistungsübertragung.
Für eine genaue Ausrichtung des Lichtstrahls verwendet das System einen einstellbaren Reflektor, der mithilfe von zwei in Reihe geschalteten Schrittmotoren in horizontaler und vertikaler Richtung gedreht werden kann. Um eine präzise Ausrichtung auf die Photovoltaik-Empfänger zu gewährleisten, setzten die Forscher eine Tiefenkamera ein, die sowohl über einen RGB-Sensor als auch über einen Infrarotsensor verfügt.
Der RGB-Sensor erkennt die Position des PV-Empfängers, während der IR-Sensor den Bestrahlungspunkt des Strahls identifiziert. Auf diese Weise kann das Steuerungssystem die Ausrichtung des Reflektors auf den Zielempfänger anpassen.
Um einen kontinuierlichen Betrieb sowohl bei Beleuchtung als auch bei Dunkelheit zu gewährleisten, sind die PV-Empfänger an ihren Rändern mit retroreflektierenden Folien ausgestattet. Diese reflektieren das vom IR-Projektor der Tiefenkamera ausgestrahlte IR-Licht und erzeugen so einen klaren Umriss für jeden PV-Empfänger.
Zur Verbesserung der Genauigkeit integrierte das Team ein konvolutionelles neuronales Netzwerk auf Basis des SSD-Algorithmus (Single Shot Multibox Detector). In Experimenten funktionierte das System sowohl in beleuchteten als auch in unbeleuchteten Umgebungen nahtlos und erzielte eine effiziente, stabile Energieübertragung bis zu einer Entfernung von fünf Metern.
"Dieser LED-Chip hat eine hohe Leistungsdichte mit einem Strahlungsfluss von 1,53 W" , erklärte die Forschungsgruppe in ihrer Studie. Eine Prognose, wann das System Marktreife erlangen könnte, gab das Team nicht ab.
Zur Studie
Die Studie wurde am 24. Oktober 2025 in der Fachzeitschrift Optics Express veröffentlicht: Automatic and adaptive optical wireless power transmission for IoT with dual mode of day and night charging(öffnet im neuen Fenster) (Automatische und adaptive optische drahtlose Energieübertragung für das Internet der Dinge mit Dualmodus für Tag- und Nachtladung).
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