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Gutes Timing sorgt für Effizienz

Wenn die Schwingungen in den beiden Spulen nicht aufeinander abgestimmt sind, geht Energie verloren. Durch geschickten Einsatz von Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten lassen sich Frequenz und Impedanz aufeinander abstimmen. Aber was genau zur Korrektur nötig ist, hängt von Abstand und Lage der Spulen zueinander sowie von den Umweltbedingungen ab. Diese Korrektur kann aber inzwischen auch mit elektronisch einstellbarer Halbleitertechnik erfolgen. Vor allem bei dieser Anpassung und der Anwendung der dafür nötigen Elektronik haben Forscher in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht.

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Um bei dieser Form der Stromübertragung hohe Effizienz zu erreichen, müssen Frequenz und Impedanz der beiden Schwingkreise gemessen, die Daten ausgetauscht und schließlich beide Seiten elektronisch aneinander angepasst werden. Auch alle anderen Komponenten müssen optimiert werden. Die Spulen müssen möglichst wenig elektrischen Widerstand haben und die Umwandlungsverluste minimiert werden. Schließlich muss zum Betrieb der ersten Spule ein hochfrequenter Wechselstrom erzeugt werden und an der zweiten Spule aus diesem Wechselstrom ein Gleichstrom zum Laden des Akkus erzeugt werden.

Siliziumcarbid macht Elektronik effizient, aber teuer

Überall in dem System, wo Energie verloren geht, wird Strom in Wärme umgewandelt. Zumindest müssen also alle Teile die Wärme aushalten können, die durch ihre eigene Ineffizienz entsteht. Gerade bei den Wechselrichtern zur Umwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom mussten die Forscher auf Halbleiter aus Siliziumcarbid zurückgreifen. Das Material ist hitzebeständiger, hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit und behält durch die größere Bandlücke seine Halbleitereigenschaften auch bei höheren Temperaturen. Aber Wafer aus diesem äußerst harten Stoff können nur mit Hilfe von Diamanten geschnitten werden und ihre Größe ist derzeit noch auf 4 bis 6 Zoll begrenzt.

Zu den potenziellen Kosten des Systems haben sich die Forscher bisher in noch keiner Veröffentlichung geäußert. Das Ziel des Ladevorgangs während der Fahrt bei 80 bis 110 km/h liegt auch noch in weiter Ferne. Dazu müssten nicht nur reihenweise teure Kupferspulen mitsamt Steuerelektronik unter der Fahrbahndecke verbaut werden, sondern auch die Ladeleistungen noch deutlich gesteigert werden. Denn pro Spule bleiben dann nur wenige Millisekunden zur Stromübertragung.

Kabel bleiben die bessere Wahl

Selbst beim Laden im Stand gibt es noch ein Problem. Die maximale Effizienz erreicht diese Form der Energieübertragung nur, wenn die Spulen nah beieinander sind und möglichst genau übereinander liegen. Der Durchmesser der Spule bestimmt, wie groß die Toleranzen sind. Da Spulen für Automobile wesentlich größer sein können als etwa in einem Handy, sind bei den gleichen physikalischen Verhältnissen auch viel größere Abstände und Abweichungen möglich.

Die Einparkkünste der meisten Autofahrer dürften damit überfordert sein, die maximalen 97 Prozent Übertragungseffizienz auch in der Praxis zu erreichen. Derzeit ist die Technik noch nicht verfügbar. Übergangsweise könnten aber Kupferkabel ganz ohne Spule direkt am Auto angeschlossen und die teure Leistungselektronik in der Ladestation belassen werden, wo sie beliebig viel Platz einnehmen und gut gekühlt werden kann.

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berritorre 07. Nov 2018

Schon klar. Aber hier kriegste kaum noch einen Neuwagen verkauft, wenn er keine Klima...

zuschauer 31. Okt 2018

Nur 3% Verluste? Vielleicht auf dem Verkaufsprospekt oder im Labor. "Forscher...

Torqi 31. Okt 2018

Oha, das ist ja ein ganz schönes Gruselkabinett des Halbwissens. Da es sich hier um...

bad_sign 30. Okt 2018

Danke für die Antwort

Allandor 30. Okt 2018

ähm, die kontaktlosen Ladestationen für Smartphones liegen bei ~50%. Ganz zu schweigen...


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