Drahtlose Energie: Eine Reise von Tesla zur angewandten Technologie
Ein umfassender Leitfaden zur drahtlosen Energietechnik: Wireless Power Design – From Theory to Practical Applications in Wireless Energy Transfer and Harvesting von Dr. Mohamed Zied Chaari verbindet theoretische Grundlagen mit praxisnahen Anwendungen, um das Potenzial der Energieübertragung und -gewinnung aufzuzeigen.
Die Entwicklung der drahtlosen Energieübertragung im Überblick
Das Buch beginnt mit einem Blick auf die historischen Wurzeln der drahtlosen Energieübertragung anhand der Arbeiten von Pionieren wie Heinrich Hertz, Nikola Tesla und William Brown. Ihre wegweisenden Forschungen legten den Grundstein für heutige Technologien der drahtlosen Energieübertragung (WPT). Dr. Chaari führt durch die Entwicklung von WPT und legt dabei besonderes Augenmerk auf zentrale Technologien wie mikrowellenbasierte Übertragung und elektromagnetische Induktion, die die Grundlage vieler moderner drahtloser Energielösungen bilden.
Praktische Anwendungen der drahtlosen Energieübertragung
Zwar behandelt das Buch die theoretischen Grundlagen der drahtlosen Energieübertragung (WPT) ausführlich, doch seine besondere Stärke liegt in der Darstellung konkreter Anwendungen in der Praxis. Ein Beispiel hierfür ist EMROD, ein neuseeländisches Unternehmen, das ein drahtloses Übertragungssystem auf Mikrowellenbasis für große Distanzen entwickelt hat. Ziel ist es, herkömmliche Kupferleitungen durch diese Technologie zu ersetzen. Der Prototyp, der in Zusammenarbeit mit Callaghan Innovation entstanden ist, wurde bereits vom Energieversorger Powerco – dem zweitgrößten Stromnetzbetreiber Neuseelands – erfolgreich getestet.
Doch WPT verändert nicht nur die Art der Energieübertragung auf Netzebene, sondern spielt auch eine immer größere Rolle im Verkehrssektor, insbesondere beim Laden von Elektrofahrzeugen (EVs). Angesichts der steigenden Zahl an EV-Nutzerinnen und -Nutzern erweist sich das induktive Laden als einfachere und effizientere Alternative zu konventionellen Ladesystemen mit Kabelanschluss. Durch das Einbetten von Sendespulen in Straßenoberflächen oder Parkflächen können Fahrzeuge kabellos geladen werden – mit minimalem Aufwand für die Nutzer. Dies reduziert nicht nur den Kabelsalat und erhöht die Sicherheit, sondern trägt auch zu nachhaltigeren Energiekonzepten bei. Wie das Buch hervorhebt, wird diesem Bereich in den kommenden zehn Jahren ein starkes Wachstum prognostiziert.
Das Buch beleuchtet auch spannende Perspektiven für das Laden von Drohnen. Da Drohnen zunehmend in Bereichen wie Inspektion, Logistik und Katastrophenschutz eingesetzt werden, ist eine einfache und effiziente Ladelösung entscheidend. Behandelt wird unter anderem das kontaktlose System von Powermat, das Leistungen bis zu 300 W unterstützt und keine exakte Ausrichtung erfordert. Außerdem wird das luftgestützte System von GET vorgestellt, mit dem Drohnen während des Flugs aufgeladen werden können – was längere Einsatzzeiten ermöglicht.
Technologien im Fokus des Buches
Neben den theoretischen Grundlagen vermittelt das Buch einen prägnanten Überblick über verschiedene Technologien der drahtlosen Energieübertragung, die derzeit Innovationen in unterschiedlichsten Branchen vorantreiben. Dazu gehören:
Microwave Wireless Power Transfer: Hier wird erläutert, wie Energie über große Entfernungen mithilfe fokussierter Mikrowellenstrahlen übertragen werden kann. Ein herausragendes Beispiel ist das neuseeländische Unternehmen EMROD, das an bodengestützten Übertragungsstrecken arbeitet und damit das Potenzial hat, physische Stromleitungen zu ersetzen.
Induktive Energieübertragung (IPT): IPT wird in der drahtlosen Ladetechnik für Elektrofahrzeuge, Drohnen und Mobiltelefone eingesetzt und basiert auf magnetischen Feldern, um Energie über kurze Distanzen zu übertragen. Das Buch hebt die Vorteile dieser Technologie hervor – insbesondere ihre hohe Effizienz und Sicherheit – weist jedoch auch auf Einschränkungen hin, etwa die begrenzte Reichweite und die Notwendigkeit einer präzisen Ausrichtung der Spulen.
Laserbasierte Energieübertragung: Das Buch untersucht, wie sich mithilfe von Lasern Energie durch die Luft zu einem Empfänger übertragen lässt, wobei Licht in elektrische Energie umgewandelt wird. Es werden Beispiele von NASA’s Dryden Flight Research Center und dem JAXA Kakuda Space Center in Japan vorgestellt. Diskutiert werden dabei unter anderem Herausforderungen in Bezug auf atmosphärische Bedingungen, Wirkungsgrade und sicherheitsrelevante Aspekte.
Ultraschallbasierte drahtlose Energieübertragung: Die Ultraschalltechnik nutzt akustische Wellen zur Energieübertragung und eignet sich besonders für Anwendungen wie das Versorgen implantierbarer medizinischer Geräte oder Sensoren. Das Buch zeigt, dass diese Methode das Potenzial hat, Energie auch durch Materialien wie Metall, Wasser oder Gewebe zu übertragen – und somit Grenzen anderer drahtloser Übertragungsverfahren zu überwinden..
Rectennas (gleichrichtende Antennen): Bereits früh im Buch eingeführt und später vertieft behandelt, sind Rectennas Komponenten, die Mikrowellen- oder Hochfrequenzsignale in nutzbare Gleichspannung umwandeln. Sie sind ein zentrales Element vieler WPT-Systeme und spielen eine wesentliche Rolle in der Energiegewinnung.
Praktische Projekte zur drahtlosen Energieübertragung
Das Buch stellt eine Vielzahl praxisorientierter Projekte vor, die unterschiedliche Aspekte drahtloser Energiesysteme abdecken – jeweils ergänzt durch klare Erläuterungen und Parameterübersichten. Die folgenden fünf Projekte ermöglichen einen fundierten Einstieg in zentrale Anwendungsbereiche der drahtlosen Energieübertragung:
- Projeck 1: Drahtlose Energieversorgung fortschrittlicher IoT-Geräte
- Projekt 2: Drahtlos betriebene Geräte im Feldeinsatz – Zukunftsperspektiven und Herausforderungen
- Projekt 3: Drahtlose Energieversorgung mit induktiver Technologie
- Projekt 4: Drahtlose Energieübertragung für IoT-Geräte
- Projekt 5: Laden eines Rohrinspektionsroboters im Inneren der Leitung
Wireless Power Design vereint theoretische Grundlagen mit konkreten Innovationen aus der Praxis und bietet wertvolle Einblicke für alle, die sich für die Zukunft der Energieübertragung interessieren.
Weitere Ressource
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