IN
Energy Harvesting IC für Innenbeleuchtung: So versorgen Sie IoT mit 50 Lux
2026/10/19 
Ein IC zur Energiegewinnung ist es, was Solaranlagen in Innenräumen praktisch macht. Büro- und Wohnbeleuchtung liefert nur Mikrowatt an eine kleine Photovoltaikzelle (PV), und ein Standard-DC-DC-Wandler kann mehr als das verbrauchen, nur um eingeschaltet zu bleiben. Ein spezieller Harvester beginnt bei einigen hundert Millivolt, verfolgt den besten Betriebspunkt der Zelle und speichert jedes Mikrowatt in einer Batterie.
In diesem Artikel erfahren Sie:
- Warum Innenlicht eine ganz andere Energiequelle ist als Sonnenlicht
- Welche PV-Materialien eignen sich für schlechte Lichtverhältnisse?
- Die drei Energieverwaltungsprobleme, die Indoor-Harvesting lösen muss
- Wie die Energy-Harvesting-ICs ET95640 und ET9PW64 von ETEK diese Probleme lösen
Was ist ein Energy-Harvesting-IC?
Ein Energy-Harvesting-IC ist ein Power-Management-Chip, der Energie aus Umgebungsquellen wie Innenlicht oder thermoelektrischen Generatoren (TEGs) gewinnt. Es startet bei sehr niedriger Spannung kalt, wandelt die Energie effizient um, lädt ein Speicherelement und versorgt Sensoren, MCUs und Funkgeräte mit einer geregelten Schiene.
Warum Innenlicht schwer zu ernten ist
Zwei bis drei Größenordnungen weniger Licht
Das Sonnenlicht im Freien erreicht typischerweise 10.000–100.000 Lux. Innenräume bieten meist nur 50–1.000 Lux. Bei gleicher Zellfläche kann die in Innenräumen verfügbare Energie um das Hundert- oder Tausendfache geringer sein.
Ein schmaleres, spitzeres Spektrum
Das Sonnenlicht reicht von Ultraviolett bis Infrarot. Innenquellen konzentrieren sich im sichtbaren Band (ca. 400–700 nm):
- Leuchtstofflampen: scharfe Spitzen, zum Beispiel in der Nähe von 546 nm und 611 nm
- Weiße LEDs: ein starker blauer Peak nahe 450 nm plus ein breites Phosphorband
- Glühlampen: nahe an der Schwarzkörperstrahlung, wobei die meiste Energie als Infrarot verloren geht
Die PV-Zelle empfängt daher schwaches Licht mit einem rein sichtbaren Spektrum, und die Leistungsstufe dahinter muss mit beidem zurechtkommen.
Welche PV-Materialien eignen sich am besten für den Innenbereich?
Ein Photon erzeugt nur dann ein Elektron-Loch-Paar, wenn seine Energie die Bandlücke des Materials überschreitet. Sichtbares Innenlicht entspricht etwa 1,77–3,10 eV, daher passen Materialien mit größerer Bandlücke besser dazu.
| Material | Bandlücke (eV) | Effizienz im Innenbereich | Notizen |
|---|---|---|---|
| Amorphes Silizium (a-Si) | 1.7–1.8 | Medium | Ausgereift, kostengünstig |
| Kristallines Silizium (c-Si) | ~1.12 | Niedrig | Stark im Freien; niedrige Leerlaufspannung im Innenbereich |
| Organisches PV (OPV) | 1,5–2,0 (einstellbar) | Medium | Flexibel, halbtransparent; Stabilität wird noch bewiesen |
| Perowskit | 1,5–1,6 (einstellbar) | Hoch | Einstellbare Bandlücke, Verarbeitung bei niedriger Temperatur |
Besonders vielversprechend sehen Perowskit-Zellen aus. Labor-Perowskit-Innenzellen haben bei LED-Beleuchtung (üblicherweise bei etwa 1.000 Lux getestet) einen Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung von deutlich über 30 % erreicht, wobei die von Experten überprüften Ergebnisse zwischen etwa 32 % und mehr als 40 % liegen. Ein 2025 Nature Reviews Saubere Technologie Umfrage zur Indoor-Photovoltaik und eine 2024 Energie- und Umweltwissenschaften Bericht (44,72 % bei Innenbeleuchtung) dokumentieren beide diesen Leistungsbereich. Doch selbst die beste Zelle löst nur die Hälfte des Problems.
Drei Probleme, die ein Energy-Harvesting-IC lösen muss
1. Die geerntete Energie ist winzig
Eine kleine PV-Zelle für den Innenbereich liefert möglicherweise nur Mikrowatt bis mehrere Dutzend Mikrowatt. Herkömmliche Konverter verbrauchen im Ruhezustand oft Hunderte von Mikrowatt. Dann verbraucht der Chip mehr, als die Zelle produziert.
Der Ansatz von ETEK: eine eingebaute Kaltstartschaltung arbeitet mit 275 mV. Der ET95640 beginnt bei 275 mV / 5 µW und der ET9PW64 bei 275 mV / 2 µW. Beim ET95640 beträgt der batterieseitige Ruhestrom (typ., TA = 25°C). 400nA mit deaktiviertem SYS im Entlademodus (IBAT1) und 350nA mit deaktiviertem SYS nach Abschluss des Ladevorgangs (IBAT2); Bei aktiviertem SYS steigen die Werte auf 650 nA/550 nA.
2. Die Eingangsspannung bleibt in Bewegung
Die Innenbeleuchtung reicht von etwa 50 Lux in einem Flur bis zu 10.000 Lux neben einem Fenster. Die Leerlaufspannung (VOC) einer Zelle kann sich um mehr als 100 mV verschieben und über vier in Reihe geschaltete Zellen 1 V erreichen. Ein fester Betriebspunkt verschwendet den größten Teil des Tages Energie.
Der Ansatz von ETEK: Eine Boost-Stufe lädt die Batterie auf und reguliert gleichzeitig die Eingangsspannung der Erntemaschine, sodass die Quelle niemals zusammenbricht. Maximum Power Point Tracking (MPPT) wird in der gesamten Familie in zwei Formen angeboten: Festspannung Regelung (ET95640, ET9PW64, ET9504XXX stellen VPV_CELL,REG über Pins ein, typischerweise 0,25–3,2 V) und adaptiver VOC-Anteil Tracking (ET95641 und ET9PW65). Auf den adaptiven Teilen wählt MPPT_R[2:0] VMPPT/VOC-Verhältnisse von aus 35 %, 50 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 % oder 90 %, und der IC prüft regelmäßig VOC. Bis zu 110 mA können aus der Quelle entnommen werden.
3. Energie muss gespeichert und bei Bedarf abgegeben werden
Die Ernte erfolgt langsam und kontinuierlich, aber Sensoren und Bluetooth-Funkgeräte verbrauchen stoßweise Strom. Das System benötigt eine sichere Lagerung und eine effiziente Ausgabeschiene.
ETEKs Ansatz (ET95640):
- Wählbarer Überlade- und Tiefentladeschutz für LiC-, Li-Ionen- und LiPo-Zellen
- Batteriespannungseinstellungen im Bereich von 2,4 V–4,4 V
- Buck-Ausgang mit einem Wirkungsgrad von über 90 % und bis zu 135 mA (ET9PW64: bis zu 120 mA)
- 5-V-Linearladegerät mit Vorlade-/CC/CV-Modi, wenn kein Licht verfügbar ist
- Versandmodus mit weniger als 10 nA Batterieverlust
- Konfiguration per GPIO
ETEK Energy Harvesting IC-Familie auf einen Blick
| Besonderheit | ET95640 | ET9PW64 |
|---|---|---|
| Kaltstart | 275 mV / 5 µW | 275 mV / 2 µW |
| Max. Strom vom Mähdrescher | 110mA | 110mA |
| Buck-Effizienz | >90% | >90% |
| Buck-Ausgangsstrom | Bis zu 135 mA | Bis zu 120mA |
| 5V lineares Ladegerät | Ja | Ja |
| Leckage im Versandmodus | <10 nA | <10 nA |
| Paket | QFN24 (4 mm × 4 mm) | QFN24 (4 mm × 4 mm) |
| MPPT | Festspannung (0,25–3,2 V) | Festspannung (0,25–3,2 V); Perowskit-optimiert |
Die größere Familie gemäß der chinesischen Produktauswahl von ETEK und den einzelnen Datenblättern:
| Teil | MPPT | Positionierung | Paket |
|---|---|---|---|
| ET95640 | Fest 0,25–3,2 V | Allzweck-Harvester | QFN24 4×4 |
| ET95641 | Adaptiv 35–90 % VOC | Adaptive-MPPT-Geschwister von ET95640 | QFN24 4×4 |
| ET9PW64 | Fest 0,25–3,2 V | Optimiert für Perowskit-Solarmodule | QFN24 4×4 |
| ET9PW65 | Adaptiv 35–90 % VOC | Optimiert für Perowskit + adaptives MPPT | QFN24 4×4 |
| ET9504XXX | Fest 0,25–3,2 V | Kompaktes Festoptionsteil | DFN10 3×3 |
Typische Anwendungen
- Smart Home: drahtlose Sensoren, Thermostate, intelligente Türschlösser
- Gebäudeautomation: Lichtsensoren, Anwesenheitserkennung, HVAC-Überwachung
- Wearables: Zusatzladung für Smartwatches und Gesundheitsbänder
- IoT-Knoten: wartungsfreie drahtlose Erfassung und Datenprotokollierung
- Elektronische Etiketten: Elektronische Regaletiketten (ESL), Logistikverfolgung
- Verbrauchergeräte: Fernbedienungen, kabellose Tastaturen
Eine Ansicht auf Systemebene finden Sie in unserem früheren Artikel über ETEKs Energy-Harvesting-Lösung für Low-Power-IoT.
Häufig gestellte Fragen
Warum kann ich keinen Standard-DC-DC-Wandler mit einer Solarzelle für den Innenbereich verwenden?
Die meisten Standardkonverter benötigen eine höhere Startspannung und verbrauchen mehr Ruhestrom, als eine Innenzelle liefern kann. Ein spezieller Energy-Harvesting-IC wie der ET95640 startet bei 275 mV kalt und verbraucht nur Hunderte von Nanoampere, sodass die geerntete Energie die Batterie erreicht und nicht im Wandler verloren geht.
Was ist die Mindestlichtstärke, damit ein Energy-Harvesting-IC funktioniert?
Dies hängt von der Größe und dem Material der PV-Zelle ab, nicht nur vom IC. Die Datenblätter spezifizieren den Kaltstart in elektrischer Hinsicht: 275 mV und 2–5 µW von der Quelle. Ein ETEK-Anwendungsartikel beschreibt auch den Kaltstart bei 275 mV / unter 50 Lux für a-Si-, OPV- und Perowskit-Zellen mit der ET95640/ET95641-Familie. Die Lux-Zahl ist eine Anwendungshilfe, die an typische Zellen gebunden ist; Die garantierten Startbedingungen bleiben die elektrischen Grenzwerte im Datenblatt.
Kann der ET95640 Energie aus thermoelektrischen Generatoren gewinnen?
Ja. Der ET95640 ist für hochohmige Gleichstromquellen konzipiert, einschließlich Photovoltaikzellen und thermoelektrische Generatoren (TEGs). Sein geregelter Boost-Eingang verhindert, dass die Quelle zusammenbricht, während das eingebaute Batteriemanagement und der Buck-Ausgang die Last effizient versorgen.
Welchen Energy-Harvesting-IC von ETEK soll ich wählen?
Wählen Sie den ET95640 für einen Abwärtsausgang von bis zu 135 mA mit einem Kaltstart von 5 µW und festem MPPT. Wählen Sie den ET9PW64, wenn die Quelle schwächer ist (2 µW Kaltstart) oder wenn Sie einen benötigen Perowskit-optimiert Fest-MPPT-Teil. Bevorzugen Sie ET95641 oder ET9PW65, wenn sich der MPP der Zelle mit Licht bewegt und Sie eine adaptive VOC-Verfolgung von 35–90 % benötigen (ET9PW65, wenn das Panel aus Perowskit besteht). Teilen Sie für ET9504XXX oder eine individuelle Mischung aus Batterie-/SYS-Optionen Ihre PV-Zelle, Ihren Batterietyp und Ihr Lastprofil mit ETEK.
Fazit: Machen Sie Innenbeleuchtung zu einer zuverlässigen Energiequelle
Innenlicht ist fast überall dort verfügbar, wo IoT-Geräte eingesetzt werden, es liefert jedoch nur Mikrowatt. Der richtige Energy-Harvesting-IC wandelt dies in zuverlässigen Strom um, indem er bei 275 mV beginnt, einen sich bewegenden Strompunkt verfolgt und die Speicherung mit Verlusten im Nanoampere-Bereich verwaltet.
👉 Entdecken Sie die ETEK-Produktlinie zur Energiegewinnung und laden Sie die herunter ET95640 Datenblatt
✉️ Muster anfordern: https://www.etekmicro.com/sample
