Das Interesse an den Möglichkeiten der drahtlosen Energie wächst, und es entstehen zahlreiche neue Anwendungen, zum Beispiel im Einzelhandel, wo Geräte im Regal drahtlos betrieben oder geladen werden können, beim Laden von Smartphones oder anderen mobilen Endgeräten über eine entsprechende Manschette oder induktive Lade-Panels in Tischen, die sich direkt mit dem Akku des Gerätes verbinden. Auf dem Markt sind auch Karten mit extrem dünnem Formfaktor, die in jedes mobile Gerät passen soll und auf der sich die erforderlichen Schaltkreise für kabelloses Laden befinden. Zusätzlich dient sie als NFC-Antenne für die Nahfeldkommunikation. Ein weiterer Bereich ist das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen über Ladepunkte in privaten Garagen oder öffentlichen Parkhäusern.
Besonders wichtig für eine zukünftige industrielle Nutzung ist der bereits vorhandene Standard für das Laden von Geräten mit geringem Strombedarf. Dieser wurde 2008 vom Wireless Power Consortium (WPC) eingeführt, um eine globale Standardisierung der kabellosen Ladetechnik zu ermöglichen. Er garantiert die Interoperabilität zwischen den Geräten, die die Energie bereitstellen, und denen, die sie erhalten. Derzeit wird er auf Anwendungen mit mittlerem Strombedarf erweitert.
Effizienz im Fokus
Eine zentrale Kennzahl bei der drahtlosen Energieübertragung ist die Effizienz: Damit das System effektiv ist, muss ein großer Anteil der Energie des Generators beim Empfänger ankommen. Für eine drahtlose Nahfeldübertragung von Energie eignen sich beispielsweise die induktive Standardkopplung und die induktive Resonanzkopplung. Im Allgemeinen ist die induktive Standardkopplung über eine relativ kurze Kommunikationsstrecke weit weniger effizient und praktikabel. Da der meiste Magnetfluss nicht zwischen den Spulen gehalten wird und das magnetische Feld so schnell abnimmt. Die induktive Resonanzkopplung, die - wie der Name schon andeutet - durch Resonanz verstärkt wird, bietet eine bis zu 95 Prozent höhere Effizienz und wirkt auch über längere Distanzen bis zu mehreren Metern. Durch den Einsatz von Resonanzspulen wird der Energieverlust dabei stark gesenkt, da diese zwischen den Spulen übertragen werden kann.
Induktive Standardkopplung
Bei der induktiven Standardkopplung werden zwei Leiter verwendet, die bei der Konfiguration als gegenseitig induktiv oder magnetisch gekoppelt betrachtet werden, so dass sie elektromagnetische Induktion nutzen. Das heißt, eine �?nderung des Stromflusses durch den einen Draht induziert eine Spannung über die Enden des anderen Drahts. Der Grad der Kopplung, die zwischen den Leitern induziert wird, ist ihre gegenseitige Induktivität. Werden die Drähte in Spulen gewickelt und nahe aneinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, kann das magnetische Feld der einen Spule durch die andere fließen und die Kopplung wird verstärkt. Diese Form der induktiven Kopplung ist sehr effektiv für den Einsatz in Energiequellen mit niedriger Frequenz über kurze Distanzen. Kabellose Verbindungen mit induktiver Standardkopplung profitieren von einer hohen Leistung bei niedriger Energie und geringem Platzaufwand.
Induktive Resonanzkopplung
Mithilfe von Resonanz kann die Distanz für eine effiziente Leistungsübertragung vergrößert werden. Die drahtlose Nahfeldübertragung von elektrischer Energie über eine mittlere Reichweite ist mit induktiver Resonanzkopplung möglich, die ebenfalls eine Zweispulenstruktur verwendet. In diesem Fall sind die Spulen jedoch so abgestimmt, dass sie in derselben Frequenz schwingen. Dadurch erzeugen sie einen Resonanztransformator mit einem hohen Q-Wert. Die Energie wird zwischen den beiden schwingenden Spulen übertragen. Wenn eine Spule mit einem oszillierenden Strom zum Klingen gebracht wird, erzeugt sie ein oszillierendes magnetisches Feld. Da die Spule sehr resonant ist, nimmt die Energie dort nur relativ langsam ab. Wird jedoch eine zweite Spule in die Nähe der ersten gebracht, wird der Großteil der Energie auf diese übertragen, bevor sie verloren geht. Dieser Prozess findet auch dann statt, wenn die Spulen sich nicht direkt nebeneinander befinden.
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