Drahtloser Strom ist ein 100 Jahre alter Traum, der in den nächsten Jahren in Erfüllung gehen könnte. Das Aufkommen von kabellosem Laden, Elektrofahrzeugen, 5G und der Bedarf an mehr Nachhaltigkeit haben in verschiedenen Teilen der Welt zu einem Schub für die Entwicklung einer voll funktionsfähigen kabellosen Übertragungstechnologie geführt.
Von Amerikas Wave Inc. über Space Power Technologies mit Sitz in Japan bis hin zu dem neuseeländischen Energie-Startup Emrod gibt es eine Reihe von Unternehmen, die derzeit an drahtloser Energieübertragungstechnologie arbeiten. Für einige Systeme haben auch Feldtests begonnen, und es wird interessant sein zu sehen, wer in diesem Wettlauf um eine effiziente, wirtschaftliche und praktikable drahtlose Stromlösung den ersten Platz einnimmt.
Die Geschichte und Wissenschaft hinter der drahtlosen Energieübertragung
Bevor wir auf die verschiedenen revolutionären Initiativen zur drahtlosen Elektrizität eingehen, ist es wichtig, ihren Ursprung und das zugrunde liegende Konzept dieser Technologie zu verstehen, die sie zu einer zuverlässigen Wahl für den zukünftigen Strombedarf macht.
Im Jahr 1891 entwarf der serbisch-amerikanische Erfinder Nikola Tesla die Tesla-Spule , ein einzigartiges Gerät, das nach dem Prinzip der elektrischen Resonanz arbeitete und Strom ohne Kabel übertragen konnte. Die Spule konnte jedoch nur über kurze Distanzen Strom drahtlos leiten und erwies sich aufgrund ihres begrenzten Potenzials als keine praktische Anwendung für die drahtlose Stromübertragung.
Tesla war immer noch besessen von seiner Idee der drahtlosen Energieversorgung, und so arbeitete er in den folgenden Jahren am Bau einer Energiestation, die drahtlose Hochspannungs- Energieübertragung (WPT) durchführen konnte . Durch diese Experimente zielte Tesla darauf ab, Nachrichten drahtlos über große Entfernungen zu übertragen, entweder mit einer Reihe von strategisch positionierten Türmen oder einem System aus schwebenden Ballons.
Er baute auf Long Island eine drahtlose Sendestation (genannt Tesla oder Wardenclyffe Tower), von der er glaubte, dass sie zeigen könnte, dass eine drahtlose Stromübertragung über große Entfernungen möglich war. Leider weigerte sich der Investor JP Morgan, mehr Geld für seine Experimente bereitzustellen, und das Projekt wurde 1906 geschlossen und später abgerissen.
Nikola Tesla starb zwar 1943 mit seinem unvollendeten Traum von drahtloser Elektrizität, aber in den letzten 100 Jahren belegen eine Reihe von Experimenten und Studien , dass der geniale Erfinder mit seinem Ansatz, die Erde anstelle von Drähten zu nutzen, auf dem richtigen Weg war als Medium zur drahtlosen Energieübertragung .
Heute werden verschiedene Methoden der drahtlosen Energieübertragung entwickelt und in der Forschung großflächig umgesetzt:
- Solarsatellitenübertragung
Dies ist eine vielversprechende Methode, bei der Solarstromsatelliten in einer hohen Erdumlaufbahn eingesetzt werden. Der Satellit würde das Sonnenlicht in Energie umwandeln; diese Energie besteht aus Mikrowellen. Diese Mikrowellensignale würden dann an eine Antenne am Boden oder an eine Hauptnetzstation übertragen.
Von dort würden die Signale an eine Basisnetzstation übertragen, die die Mikrowellen in Gleichstrom umwandelt. An der Netzstation würde der Strom auch in Energiepakete umgewandelt, ähnlich wie Internet-Datenpakete, die an die einzelnen Haushalte gesendet und in einem Energieempfänger gespeichert würden.
Vor kurzem hat Caltech angekündigt, dass Vorstandsmitglied Donald Bren, der auch Eigentümer der Immobilieninvestmentfirma Irvine Company ist, 100 Millionen US-Dollar für das Space Solar Power Project (SSPP) von Caltech spenden wird. Dieses ehrgeizige Projekt zielt darauf ab, ein satelliten- und mikrowellenbasiertes drahtloses Energienetzwerk aufzubauen, das überall auf der Erde konstant Strom liefern könnte.
- Mikrowellen-Leistungsübertragung
Bei diesem Verfahren wird Mikrowellenstrahlung mit Hilfe eines Mikrowellenempfängers und eines Gleichrichters in Gleichstrom umgewandelt. Die höchste Effizienz mit Mikrowelle Kraftübertragung erreicht betrug 84%, das wurde im Jahr 1975 aufgenommen , von einem Team in Japan, aber Systeme mit höherer Leistung haben geringere Wirkungsgrad hatten. Das nächste Ziel wäre eine hocheffiziente Energieübertragung über lange Distanzen.
Eine im August 2021 an der Universität von Tsukuba, Japan, veröffentlichte Studie zeigt, dass hochenergetische Mikrowellenstrahlung als effiziente drahtlose Energiequelle für den Raketenstart ins All fungieren kann . Wenn eine Rakete ins All geschickt wird, macht der Treibstoff etwa 90% ihres Gewichts aus, diese Last kann durch den Einsatz dieser mikrowellenbasierten drahtlosen Energietechnologie eliminiert werden.
- Laserübertragung
Die effizientesten DC-zu-Laser-Wandler haben sich als Festkörper-Laserdioden erwiesen, wie sie kommerziell in der Glasfaser- und Freiraum-Laserkommunikation verwendet werden. Die Laserübertragung ermöglicht es einem photovoltaischen Empfänger, Laserstrahlen zu empfangen und daraus elektrische Energie zu erzeugen. Der Vorteil der laserbasierten Leistungsübertragung besteht darin, dass Laserstrahlen für eine drahtlose elektrische Übertragung über große Entfernungen einfacher gesteuert werden können.
Kabellose Stromversorgung ist für Neuseeland kein Traum mehr
Das Energie-Startup Emrod wird in Kürze einen Prototyp einer drahtlosen Energieinfrastruktur in Neuseeland testen . Wenn der Test erfolgreich ist, wäre dies ein großer Schub für die Pläne der neuseeländischen Regierung, eine drahtlose Energieübertragung im ganzen Land einzurichten.
Emrod hat eine einzigartige Teleenergietechnologie entwickelt, die ein drahtloses Netzwerk aus Antennen und Rectennas (Gleichrichterantennen) verwendet, das Energie in Form von elektromagnetischen Wellen mit großer Reichweite von einem Punkt zum anderen überträgt. Zunächst wird der Strom über Antennen in Form eines nichtionisierenden Strahls mit einer Frequenz äquivalent zu Funkwellen geleitet.
Nach Angaben des Unternehmens stellt ein „Laser-Sicherheitsvorhang mit geringer Leistung sicher, dass der Sendestrahl sofort abgeschaltet wird, bevor ein vorübergehendes Objekt (wie ein Vogel oder ein Hubschrauber) den Fernstrahl erreichen kann, um sicherzustellen, dass es nichts außer sauberer Luft berührt.“
Emrod behauptet, dass diese Technologie für das bergige Terrain Neuseelands gut geeignet ist und den unterschiedlichen Wetterbedingungen der Region standhält. Die auf Rektenna basierende drahtlose Stromübertragungstechnologie gilt auch als Segen für Gebiete, in denen herkömmliche Stromnetze aufgrund finanzieller oder geografischer Beschränkungen nicht installiert werden können.
Er glaubt, dass die eigentliche Herausforderung bei diesem Projekt darin besteht, den Menschen zu versichern, dass der drahtlose Strom von Emrod zu keiner schädlichen Strahlung führt.
Emrod hat auch ein Büro in Boston, und es besteht die große Möglichkeit, dass das nächste drahtlose Elektrizitätsprojekt des Unternehmens in den USA stattfinden könnte.
Einige andere bahnbrechende Initiativen für die drahtlose Energieübertragung
Quelle:
Donald Giannatti/Unsplash
Das neue Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts verlangt nach sauberen und grenzenlosen Energielösungen.
Drahtloser Strom, der eine großartige Alternative zu herkömmlichen Stromquellen darstellt, hat das Potenzial, den sauberen Energiesektor zu revolutionieren.
Dies ist auch der Grund, warum im WPT-Segment so viele interessante Entwicklungen stattfinden:
Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE) ist ein amerikanisches Technologieunternehmen, das drahtlose Energielösungen für mittlere und leistungsstarke Elektrofahrzeuge herstellt. Die von Wave angebotenen Ladesysteme können unterirdisch, unter Straßen oder auf Parkplätzen installiert werden und liefern kabellose Leistung bis zu 1 Megawatt.
Jüngste Berichte deuten darauf hin, dass Teslas kommender Elektro-Lkw Semi die induktive drahtlose Ladetechnologie von Wave verwenden könnte, um seinen Strombedarf zu decken.
Beyond Earth ist ein gemeinnütziges Forschungsinstitut, das die Vision zum Aufbau eines voll funktionsfähigen Solarsatelliten-Stromübertragungssystems vorgeschlagen hat.
Das Institut behauptet, dass das vorgeschlagene drahtlose System sowohl industrielle Anwendungen auf der Erde als auch menschliche Operationen auf dem Mond antreiben könnte.
- Das vorgeschlagene Energiesystem würde zwei Haupteinheiten haben; ein Weltraum-Solarsatellit, der Energie von der Sonne empfängt und diese durch seine Photovoltaik, Konzentratoren und WPT-Untereinheiten verarbeitet, und einen Rectenna-Empfänger, der je nach Bedarf Energie zur Erde oder zum Mond überträgt.
Das Institut empfiehlt die Fertigstellung des vorgeschlagenen solaren satellitengestützten drahtlosen Energiesystems bis zum Jahr 2030 . - Das Indiana Department of Transportation (INDOT) hat sich mit der Purdue University und dem deutschen Zementunternehmen Magment zusammengetan, um magnetische Zementstraßen zu testen , die Elektrofahrzeuge aufladen können, während sie sich darauf bewegen. In der ersten Phase wird Purdue Labortests durchführen, um die Lebensfähigkeit der vorgeschlagenen magnetisierten Straßen zu bestätigen.
- Nach der Genehmigung durch die Universität würde eine 400 Meter lange Testautobahn mit dem magnetischen Zement von Magment gebaut und anschließend mit 200-kW-betriebenen Lastwagen auf der Straße getestet. Wenn die Tests erfolgreich verlaufen, wird das Land die Technologie für den Ausbau öffentlicher Straßen nutzen.
Dieses erdbasierte drahtlose Ladeprojekt ist Teil der ASPIRE- Initiative (Advancing Sustainability through Power Infrastructure for Road Electrification), die von der National Science Foundation und vielen anderen öffentlichen und privaten Instituten unterstützt wird. - WiTricity, ein US-amerikanisches Unternehmen, arbeitet ebenfalls an einer Park-and-Charge-Technologie, die darauf abzielt, Elektrofahrzeuge über magnetische Resonatoren aufzuladen, während die Fahrzeuge geparkt sind.
Neben IoT und KI ist auch die drahtlose Energieübertragung eine unvermeidliche technologische Entwicklung, die die Menschheit in den kommenden Jahren auf einer ganz neuen Ebene erleben wird .
