Das drahtlose Laden von Elektrogeräten vereinfacht die Handhabung für den Nutzer. Die Möglichkeiten der induktiven Energieübertragung sind bekannt, aktuell besteht noch Potenzial bei der Effizienz. Derzeit versucht die Industrie vor allem bei Mobilfunkgeräten und in der Elektromobilität Fortschritte zu erzielen.

Das kabellose Laden von Elektrogeräten liegt im Trend. Bei Zahnbürsten bereits standardmässig verbaut, erreicht die Funktion zunehmend mehr Mobilfunkgeräte. Auch in der Autoindustrie wird das Potenzial der kabellosen Stromübertragung erprobt. Die Effizienz ist hingegen steigerungsfähig.

Die Energieübertragung über Induktion mittels zweier Spulen ist bereits bei elektrischen Zahnbürsten, Rasierapparaten und Herdplatten alltagstauglich. Auch Smartphones werden verstärkt mit der kabellosen Ladetechnik ausgestattet. Ein durch eine Spule fliessender Wechselstrom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld und damit ebenfalls Wechselstrom in einer zweiten benachbarten Spule. Ein Vorgang, der auch im Trafo üblich ist. Die Grösse der Spulen bestimmt die Effizienz der Ladetechniken und den Abstand zwischen Ladestation und Gerät. Die Wirkungsgrade erhöhen sich bei Reduzierung des Abstandes. Bei den bisher auf dem Markt verfügbaren Techniken ist daher ein direktes Auflegen des Gerätes auf die Ladestation notwendig. Der herkömmliche Kabelanschluss wird damit überflüssig. Bei weiterer Ausreifung der Technik ist zukünftig auch ein grösserer Abstand zwischen beiden Spulen vorstellbar.

Nutzen für den Verbraucher

Neben den wachsenden gestalterischen Möglichkeiten vereinfacht sich zukünftig der Alltag der Nutzer beispielsweise durch integrierte Ladeflächen in Möbelstücken oder Fahrzeuginnenräumen. Zudem gibt es mehrheitlich Nachrüstlösungen für Produkte, die nicht vom Werk aus mit der drahtlosen Technik ausgestattet sind. Neben der aktuell noch steigerungsfähigen Effizienz – etwa ein Drittel der Energie geht speziell bei Mobilfunkgeräten bei der Übertragung verloren und erzeugt eine entsprechend längere Ladedauer – sind die Ladestationen oftmals teurer als einfache Kabel und während des Ladevorgangs ist das Telefonieren nicht möglich.

In Verbindung mit der anwachsenden Elektromobilität gewinnt die induktive Energieübertragung auch für die Autoindustrie an Bedeutung. Die derzeit fehlende Infrastruktur ist eines der Hindernisse zur flächendeckenden Verbreitung der Elektromobilität. Hier ist die Industrie gefragt. Mit einem einheitlichen Standard könnte ein Netz mit Schnurlostechnik aufgebaut werden.

Pilotprojekte angestossen

Vor allem im öffentlichen Nahverkehr ist eine zeitnahe Umsetzung vorstellbar. Die PostAuto Schweiz AG plant in diesem Jahr den Einsatz von Elektrobussen in den Kantonen Obwalden und Aargau sowie in Sion, um die Erfahrungswerte im Bereich Elektromobilität zu erhöhen. In der derzeit laufenden Evaluierungsphase fällt ein Entscheid über die verwendete Technik. Die induktive Energieübertragung könnte dabei ähnlich bedeutend sein wie bei einem Projekt im deutschen Braunschweig. Die dort eingesetzten E-Busse verfügen über induktive Schnellladesysteme mit einer Leistung von 200 kW. In der Nacht werden die E-Busse vollständig aufgeladen, während des Betriebs an ausgewählten Zwischenhalten für einige Sekunden bis zu mehreren Minuten nachgeladen. Somit kann der nächste Abschnitt der etwa 12 km langen Busstrecke problemlos überbrückt werden. Die in Beton eingelassenen Ladeplatten befinden sich unter der Fahrbahnoberfläche der jeweiligen Haltestellen. Die unterirdischen und wegseitigen Leistungselektronikelemente sind wie die in Litfasssäulen verbauten Kühleinheiten optisch passend in das Stadtbild integriert.

Festlegung auf einen Standard

Die induktive Energieübertragung ist auch auf gestalterischer Ebene interessant. Ausgereiftere und effizientere Techniken werden zukünftig unter der Voraussetzung einheitlicher Standards auf den Markt drängen und bei höheren Wirkungsgraden die Ladezeiten sowie Energieverluste minimieren. Die Grösse der Induktionsspulen und die Übertragungsfrequenzen könnten dazu ansteigen und etwa die Leistung in Elektroautos in den Kilowattbereich steigern.

Bild: IKEABild: IKEA

Der passende Standard

Der Qi-Standard ist der heute gebräuchlichste Standard bei Mobilfunkgeräten für eine drahtlose Energieübertragung mittels elektromagnetischer Induktion. 2010 vom Wireless Power Consortium fertiggestellt, nutzen ihn heute unter anderem Hersteller wie Samsung und LG. Verbraucher können damit Mobiltelefone oder Tablets verschiedener Hersteller an einer Station aufladen. Voraussetzung ist jedoch ein einheitlicher Standard. Neben dem Qi-Standard existieren auch die Standards Powermat (PMA) und Wipower (A4WP), die sich grundlegend gleichen und ebenfalls mit Induktion sowie mit 277 bis 357 Kilohertz Energie übertragen. Damit sind sie leistungsfähiger als der Qi-Standard, der Frequenzen von 100 bis 205 Kilohertz verwendet. Im Vergleich dazu wird ein Zahnbürstenakku mit einer Frequenz von 50 Hertz geladen. Aufgrund der aktuellen Verbreitung dürfte sich der Qi-Standard dennoch durchsetzen.

Alternative in der Entwicklung

Die von Apple vertriebenen Smartphones lassen sich derzeit nur mit einer Nachrüstlösung induktiv laden. Dazu muss das Gerät mit einer Ladehülle versehen werden, die eine Spule als Empfänger enthält. Anschliessend kann das Gerät über die Ladestation induktiv mit Energie versorgt werden. Zudem arbeitet das Unternehmen offensichtlich an einem eigenen Standard und beantragte bereits 2014 ein Patent für die entsprechende Technik. Demnach soll auf separate Spulen verzichtet und stattdessen die vorhandenen Spulen in Lautsprechern sowie Mikrofonen zum Aufladen der Akkus genutzt werden. Die genauen technischen Details sind zu finden unter: 1.usa.gov/204hLMN

Elektromobilität im öffentlichen Verkehr

Bild: Bombardier Inc.

In einem Pilotprojekt wurden im deutschen Braunschweig Elektrobusse im Linienverkehr eingesetzt. Die 12 m langen Solobusse und die 18 m langen Gelenkbusse werden über Nacht im Busdepot vollständig aufgeladen, benötigen für den Betrieb der 12 km langen Busstrecke jedoch zusätzlich Energie. Deshalb wurden Ladeflächen an ausgewählten Zwischenhalten installiert. Wie das Primove-System funktioniert und im Vergleich zu Dieselbussen abschneidet, wird im folgenden Video aufgezeigt.

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