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Bei der drahtlosen Energieübertragung auch als kontaktlose Energieübertragung kabellose Leistungsübertragung oder kontak
Drahtlose Energieübertragung
Bei der drahtlosen Energieübertragung, auch als kontaktlose Energieübertragung, kabellose Leistungsübertragung oder kontaktlose Leistungsübertragung bezeichnet, wird elektrische Energie berührungslos von einem Objekt auf ein anderes übertragen. Wesentliche Eigenschaft ist, dass die zum Betrieb notwendige elektrische Energie nicht entlang elektrischer Leitungen und mittels elektrischer Kontakte zugeführt wird, sondern durch nicht drahtgebundene elektromagnetische Felder. Zu letzteren zählt auch Licht, beispielsweise in Form eines Laserstrahls.
Am weitesten verbreitet ist die Methode der induktiven Energieübertragung. Im Nahbereich von einigen Zentimetern weist diese einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad von ungefähr 90 % auf. Anwendungsbeispiele sind das Laden von Akkus in Mobilgeräten wie elektrischen Zahnbürsten oder Mobiltelefonen, ferner auch die Energieübertragung zwischen feststehenden und bewegten Maschinenteilen oder zwischen dem Fahrweg und darauf bewegten Fahrzeugen.
Prinzip
Es wird bei der drahtlosen Energieübertragung zwischen zwei Prinzipien unterschieden, die sich in den physikalischen Eigenschaften unterscheiden:
- Drahtlose Energieübertragungen im Nahfeld, auch als nicht strahlende Kopplung bezeichnet. Dazu zählt beispielsweise die induktive Kopplung basierend auf dem magnetischen Fluss. Häufig wird die Bezeichnung der drahtlosen Energieübertragung synonym für die induktive Energieübertragung verwendet, da diese in praktischen Anwendungen eine dominante Rolle einnimmt. Bei der nicht strahlenden Kopplung im Nahfeld spielen Wellenphänomene keine Rolle.
- Energieübertragung im Fernfeld, auch als strahlende Energieübertragung bezeichnet, basierend auf elektromagnetischen Wellen. Dazu zählt neben Licht auch die Funktechnik, die neben der Hauptanwendung im Bereich der Signal- oder Nachrichtenübertragung prinzipiell auch zur Energieübertragung verwendet werden kann.
Die Unterschiede zwischen der Nahfeldkopplung und dem strahlenden Fernfeld liegen hauptsächlich in der Reichweite: Die Nahfeldkopplung ist bei technischen Anwendungen auf kurze Distanzen im Bereich einiger Zentimeter bis wenige Meter limitiert, während die Energieübertragung über das Fernfeld deutlich größere Distanzen überbrücken kann, aber bei technischen Anwendungen auf die Übertragung vergleichsweise sehr kleiner Leistungen limitiert ist. Der Grund liegt in der sogenannten Freiraumdämpfung, welche generell einen sehr geringen Wirkungsgrad weit unter 1 % zulässt.
Im Folgenden sind die wesentlichen Prinzipien der drahtlosen Energieübertragung dargestellt.
Nahfeldübertragungen
Induktive Kopplung
Zur induktiven Energieübertragung wird im Sender mittels eines Oszillators ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Übertragung erfolgt mittels der Gegeninduktion zwischen zwei Spulen, einer Spule L1 im Sender und einer Spule L2 im Empfänger. In der Empfangsspule wird durch den Wechselstrom in der Sendespule eine Wechselspannung induziert, diese wird in Anwendungen wie dem Laden von Akkumulatoren gleichgerichtet und als Gleichspannung dem Verbraucher wie einem Laderegler zugeführt. Das Wirkprinzip entspricht dem eines Transformators mit loser Kopplung der beiden Spulen. In Grün sind in der Prinzipdarstellung die magnetischen Feldlinien der magnetischen Flussdichte B eingezeichnet.
Der Abstand zwischen den beiden Spulen stellt die drahtlose Übertragungsstrecke dar und sollte möglichst gering sein – typisch sind einige wenige Zentimeter bis zu einigen 10 cm Abstand. Bei größerem Abstand der beiden Spulen nimmt der Streufluss stark zu, womit die induktive Kopplung sinkt und der Wirkungsgrad sich verschlechtert. Typische Abstände, die mit diesem Verfahren überbrückt werden können, betragen ungefähr den Spulendurchmesser bis zum doppelten Spulendurchmesser, der verwendete Frequenzbereich reicht von einigen 10 kHz bis in den MHz-Bereich. Typische Anwendungen in diesem Bereich sind die RFID-Transponder, kontaktlose Ladegeräte oder die Energieversorgung zwischen sich bewegenden Maschinenteilen oder zwischen speziellen Schienensystemen und elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie dem Transrapid.
Resonant induktive Kopplung
Die resonante induktive Kopplung stellt eine Erweiterung der induktiven Kopplung dar mit dem Ziel, die nur geringe Reichweite zu vergrößern. Dazu werden, wie in nebenstehender Prinzipdarstellung dargestellt, in der Freiraumstrecke zwischen Sende- und Empfangsspule ein oder mehrere freie Schwingkreise angebracht. Jeder dieser Schwingkreise besteht aus einem Kondensator C und einer Spule L, deren Resonanzfrequenz auf die Übertragungsfrequenz abgeglichen ist. Die Resonanz zwischen den Schwingkreisen führt zu einer verbesserten magnetischen Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule bei der Übertragungsfrequenz. Dabei sollten die Schwingkreise einen möglichst hohen Gütefaktor aufweisen. Folge davon sind eine größere Reichweite und ein besserer Wirkungsgrad. Eine drahtlose Energieübertragung ist damit über eine Distanz in der Größenordnung des 4- bis 10-fachen Spulendurchmessers möglich.
So wurde im Jahr 2007 am Massachusetts Institute of Technology unter idealen Laborbedingungen mit einem Spulendurchmesser von 25 cm auf eine Distanz von 2 m eine elektrische Leistung von 60 W bei einem Wirkungsgrad um 40 % übertragen. Kommerziell wird die resonant induktive Kopplung unter Markennamen wie WiTricity oder etaLINK vermarktet.
Im Jahr 2013 wurde eine Arbeit veröffentlicht, welche unter anderem die Möglichkeiten der Wirkungsgradsteigerung durch den Einsatz resonant induktiver Koppler beleuchtet. Aus dieser geht hervor, dass der Wirkungsgrad der Energieübertragung bei einem gekoppelten Übertragungssystem im Nahfeld nur durch die Wahl der komplexen Lastimpedanz gesteigert oder gar maximiert werden kann. Soll auch die übertragene Leistung maximiert werden, ist neben der Anpassung der Last auch eine Anpassung an die Quelle erforderlich. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Wirkungsweise der nebenstehenden Prinzipdarstellung näherungsweise so verstanden werden, dass die beiden äußeren Spulen die Anpassung an Quelle und Last bewirken und das mittlere, lose gekoppelte Spulenpaar zur Energieübertragung dient. Somit können auch stabile Wirkungsgrade von 93 % im kommerziellen Bereich erreicht werden.
Durch die Aufteilung in die beiden inneren, lose gekoppelten Energieübertragungsspulen und die äußeren Anpassungsspulen wird deutlich, dass die Anpassung nicht zwingend durch zusätzliche induktive Kopplungen erfolgen muss. Vielmehr ist es durch die Wahl entsprechender Anpassungsnetzwerke auch möglich, einen gleichen oder höheren Wirkungsgrad der Energieübertragung mit lediglich zwei Spulen zu erzielen.
Kapazitive Kopplung
Die kapazitive Kopplung basiert auf ähnlicher Grundstruktur wie die induktive Übertragung, nur wird dabei das elektrische Feld E zur drahtlosen Energieübertragung zwischen zwei Metallplatten verwendet. Diese Metallplatten stellen in der Bauform einen elektrischen Kondensator C dar, der Bereich zwischen den beiden Platten ist die Strecke der drahtlosen Energieübertragung. Gespeist werden die beiden Kondensatoren mit Wechselspannung, gewonnen aus einem Oszillator auf Senderseite. Auf der Verbraucherseite erfolgt eine Gleichrichtung, und die Gleichspannung wird dem eigentlichen Verbraucher zugeführt.
Die kapazitive Kopplung hat nur eine geringe praktische Bedeutung, da bei der Übertragung von höheren Leistungen hohe elektrische Spannungen im Zwischenraum zwischen den Metallplatten auftreten. Auch sollten die Abstände zwischen den Platten möglichst gering gehalten werden, um den Wirkungsgrad nicht zu stark zu reduzieren.
Fernfeldübertragungen
Zur elektromagnetischen Energieübertragung werden elektromagnetische Wellen verwendet, das Prinzip entspricht den Verfahren wie bei der Übertragung von Radiosignalen. Die Energieübertragung im Fernfeld kann beispielsweise auch ein gerichteter Laserstrahl sein. Der Laserstrahl wird auf eine Photozelle als Empfänger gerichtet, die die optische in elektrische Leistung wandelt.
Während sich die Fernfeldübertragung in technischen Systemen gut zur Information- und Signalübertragung eignet, ist eine drahtlose Energieübertragung mit hohen Verlusten durch die Freifelddämpfung und durch die Verluste bei der Umwandlung wie bei einem Laser oder der Photozelle mit in Summe sehr geringen Wirkungsgraden verbunden. Praktisches Beispiel zur Energieübertragung wäre der Detektor-Empfänger, ein einfacher Radioempfänger für Mittelwelle, der in der Umgebung leistungsstarker Sender seine Stromversorgung nur aus dem Funksignal bezieht und keine zusätzliche Stromversorgung wie eine Batterie für den Betrieb benötigt. Wegen der in Summe nur sehr geringen Wirkungsgrade weit unter 1 % haben technische realisierbare drahtlose Energieübertragungen im Fernfeld, von wenigen speziellen Anwendungsfällen abgesehen wie etwa die RFID Technologie, so gut wie keine praktische Bedeutung.
Standards und Normen
- Kontaktlose Ladung eines Mobiltelefons
- Freigelegte Induktionsspule einer elektrischen Zahnbürste
- 200kW Ladepad für Busse
Hauptsächlich für den Einsatz im Bereich von Mobilgeräten wie Mobiltelefonen und zum kabellosen Aufladen von eingebauten Akkumulatoren gibt es verschiedene Industriestandards, die eine gewisse Verbreitung besitzen und im Folgenden dargestellt sind.
Qi
Am 17. Dezember 2008 wurde das internationale Wireless Power Consortium (WPC) gegründet, das die Einführung eines globalen Standards mit Namen Qi (chinesisches Wort für „Lebensenergie“, Aussprache [ˈt͡ʃiː]) für die Aufladung von elektronischen Produkten mit induktiver Kopplung vorsieht. Zu den über 200 Mitgliedern des Wireless Power Consortiums zählen Hersteller aus den Bereichen Mobiltelefone, Unterhaltungselektronik, Batterien, aber auch Netzwerkbetreiber, Möbelhersteller und Automobilzulieferer. Seit Mitte 2010 gibt es den Industriestandard Qi zur induktiven Energieübertragung zu Mobilgeräten bis 5 Watt. Mittlerweile unterstützt der Qi-Standard 1.2 eine Leistung von bis zu 15 Watt., allerdings wird "Fast Wireless Charging" bisher lediglich von einigen aktuellen Samsung Galaxy-Modellen unterstützt. Sowohl aktuelle Smartphones als auch einige ältere Modelle unterstützen den Qi-Standard für kabelloses Laden.
AirFuel Induktiv (Powermat)
Die unter anderem von Procter & Gamble sowie von Powermat Technologies im März 2012 gegründete Power Matters Alliance (PMA) unterstützt einen von Powermat Technologies entwickelten Standard zur Ladung von Endgeräten mittels induktiver Kopplung. Aktuell gibt es nur wenige Geräte, die die Technologie unmittelbar selbst eingebaut haben, darunter die Samsung Galaxy S6/S6 Edge(+) bis Galaxy S8(+). Vielmehr werden hier entsprechende Ladeschalen und Akkus vertrieben, die in die jeweiligen Geräte eingesetzt werden. Die Powermat-Technologie ist auf Angebotsseite dadurch prominent, dass in diversen Starbucks- und McDonald’s-Filialen Auflademöglichkeiten angeboten werden.
AirFuel Resonant (Rezence)
Das zunächst als englisch Wireless Power und mittlerweile als „Rezence“ bezeichnete Verfahren der Alliance for Wireless Power setzt eine resonante magnetische Kopplung ein. In der Alliance for Wireless Power haben sich verschiedene Industrieunternehmen, darunter Intel, Qualcomm, Samsung, Broadcom und Integrated Device Technology zusammengeschlossen. Im Februar 2014 haben die bis dahin miteinander konkurrierenden Konsortien der Verfahren Powermat und Rezence verkündet, für eine größere Interoperabilität beim kabellosen Laden zu sorgen, indem sie gegenseitig ihre Standards kompatibel machen.
Elektrofahrzeuge
In der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE) gibt es den Arbeitskreis AK 353.0.1, der Ende 2010 den Entwurf einer Anwendungsregel zum induktiven Laden von Elektrofahrzeugen erstellt hat.
Im September 2015 wurden auf der Internationalen Automobil-Ausstellung zwei induktive Ladesysteme gezeigt: Qualcomm präsentierte das Halo System, Bombardier-Transportation präsentierte ein PRIMOVE System für 3,6 kW und Audi das Audi Wireless Charging (AWC).
Emission von elektromagnetischen Feldern
Bei der drahtlosen Energieübertragung gelten die, für die jeweiligen Produktgruppen angepassten, Standards und Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und zur elektromagnetischen Wirkung auf die Anwender im Rahmen der Elektromagnetischen Umweltverträglichkeit (EMVU) und deren Grenzwerte wie insbesondere die Grenzwerte der ICNIRP die Basis für viele lokale Standards sind.
Siehe auch
- Wireless Resonant Energy Link
Einzelnachweise
- Nejila Parspour: Berührungslose Energieübertragung - Stand der Technologie. VDE IALB, archiviert vom (nicht mehr online verfügbar) am 5. Juli 2010; abgerufen am 17. Dezember 2018.
- Johnson I. Agbinya (Hrsg.): Wireless Power Transfer. River Publishers Series in Communications, 2012, ISBN 978-87-92329-23-3.
- Stanimir S. Valtchev, Elena N. Baikova, Luis R. Jorge: Electromagnetic field as the wireless transporter of energy. Faculty of Science and Technology, UNL, Campus Caparica, Portugal, 2012, doi:10.2298/FUEE1203171V (Online [PDF]).
- André Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt: Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances. In: Science. 317. Jahrgang. American Association for the Advancement of Science, Juli 2007, ISSN 1095-9203, S. 83–85, doi:10.1126/science.1143254, PMID 17556549, bibcode:2007Sci...317...83K (mit.edu [PDF]).
- Dominik Huwig: Energieübertragung durch Nahfeldkopplung. etatronix.de, abgerufen am 20. Juni 2015. S. 53.
- Drahtloses, induktives Laden & Batterien. Abgerufen am 11. Januar 2021 (deutsch).
- Mitglieder des Wireless Power Consortium ( des vom 19. Dezember 2018 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis., abgerufen am 4. März 2017.
- Website des Wireless Power Consortium, abgerufen am 4. August 2011.
- QI-Standard 1.2 des Wireless Power Consortium
- Alliance for Wireless Power and Power Matters Alliance Join Forces, Wall Street Journal Europe, abgerufen am 13. Februar 2014
- Intel will künftig per A4WP drahtlos Laden. In: heise online. 20. Juni 2013, abgerufen am 13. Februar 2014.
- Mehr Zusammenarbeit beim drahtlosen Laden. In: heise online. 12. Februar 2014, abgerufen am 13. Februar 2014.
- Bombardier Mannheim: Experts convinced by PRIMOVE solution for cars. Bombardier, 17. September 2015, archiviert vom am 5. April 2016; abgerufen am 17. September 2015.
- AUDI: Fast charging and Audi wireless charging. AUDI, 17. September 2015, archiviert vom am 5. April 2016; abgerufen am 17. September 2015. Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
- International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP): Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields. Health Physics April 1998, Volume 74, Number 4.
Autor: www.NiNa.Az
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Bei der drahtlosen Energieubertragung auch als kontaktlose Energieubertragung kabellose Leistungsubertragung oder kontaktlose Leistungsubertragung bezeichnet wird elektrische Energie beruhrungslos von einem Objekt auf ein anderes ubertragen Wesentliche Eigenschaft ist dass die zum Betrieb notwendige elektrische Energie nicht entlang elektrischer Leitungen und mittels elektrischer Kontakte zugefuhrt wird sondern durch nicht drahtgebundene elektromagnetische Felder Zu letzteren zahlt auch Licht beispielsweise in Form eines Laserstrahls Am weitesten verbreitet ist die Methode der induktiven Energieubertragung Im Nahbereich von einigen Zentimetern weist diese einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad von ungefahr 90 auf Anwendungsbeispiele sind das Laden von Akkus in Mobilgeraten wie elektrischen Zahnbursten oder Mobiltelefonen ferner auch die Energieubertragung zwischen feststehenden und bewegten Maschinenteilen oder zwischen dem Fahrweg und darauf bewegten Fahrzeugen Eine Kohlenfadenlampe wird kontaktlos zum Leuchten gebracht Eine drahtlose induktive Energieubertragung uber einige Zentimeter um das Jahr 1910 PrinzipPrinzip der drahtlosen Energieubertragung zwischen einem Sender links und Verbraucher rechts track source source source source source source source Video Wie funktioniert induktives Laden Es wird bei der drahtlosen Energieubertragung zwischen zwei Prinzipien unterschieden die sich in den physikalischen Eigenschaften unterscheiden Drahtlose Energieubertragungen im Nahfeld auch als nicht strahlende Kopplung bezeichnet Dazu zahlt beispielsweise die induktive Kopplung basierend auf dem magnetischen Fluss Haufig wird die Bezeichnung der drahtlosen Energieubertragung synonym fur die induktive Energieubertragung verwendet da diese in praktischen Anwendungen eine dominante Rolle einnimmt Bei der nicht strahlenden Kopplung im Nahfeld spielen Wellenphanomene keine Rolle Energieubertragung im Fernfeld auch als strahlende Energieubertragung bezeichnet basierend auf elektromagnetischen Wellen Dazu zahlt neben Licht auch die Funktechnik die neben der Hauptanwendung im Bereich der Signal oder Nachrichtenubertragung prinzipiell auch zur Energieubertragung verwendet werden kann Die Unterschiede zwischen der Nahfeldkopplung und dem strahlenden Fernfeld liegen hauptsachlich in der Reichweite Die Nahfeldkopplung ist bei technischen Anwendungen auf kurze Distanzen im Bereich einiger Zentimeter bis wenige Meter limitiert wahrend die Energieubertragung uber das Fernfeld deutlich grossere Distanzen uberbrucken kann aber bei technischen Anwendungen auf die Ubertragung vergleichsweise sehr kleiner Leistungen limitiert ist Der Grund liegt in der sogenannten Freiraumdampfung welche generell einen sehr geringen Wirkungsgrad weit unter 1 zulasst Im Folgenden sind die wesentlichen Prinzipien der drahtlosen Energieubertragung dargestellt Nahfeldubertragungen Induktive Kopplung Prinzip der induktiven Energieubertragung Hauptartikel Gegeninduktion Zur induktiven Energieubertragung wird im Sender mittels eines Oszillators ein magnetisches Wechselfeld erzeugt Die Ubertragung erfolgt mittels der Gegeninduktion zwischen zwei Spulen einer Spule L1 im Sender und einer Spule L2 im Empfanger In der Empfangsspule wird durch den Wechselstrom in der Sendespule eine Wechselspannung induziert diese wird in Anwendungen wie dem Laden von Akkumulatoren gleichgerichtet und als Gleichspannung dem Verbraucher wie einem Laderegler zugefuhrt Das Wirkprinzip entspricht dem eines Transformators mit loser Kopplung der beiden Spulen In Grun sind in der Prinzipdarstellung die magnetischen Feldlinien der magnetischen Flussdichte B eingezeichnet Der Abstand zwischen den beiden Spulen stellt die drahtlose Ubertragungsstrecke dar und sollte moglichst gering sein typisch sind einige wenige Zentimeter bis zu einigen 10 cm Abstand Bei grosserem Abstand der beiden Spulen nimmt der Streufluss stark zu womit die induktive Kopplung sinkt und der Wirkungsgrad sich verschlechtert Typische Abstande die mit diesem Verfahren uberbruckt werden konnen betragen ungefahr den Spulendurchmesser bis zum doppelten Spulendurchmesser der verwendete Frequenzbereich reicht von einigen 10 kHz bis in den MHz Bereich Typische Anwendungen in diesem Bereich sind die RFID Transponder kontaktlose Ladegerate oder die Energieversorgung zwischen sich bewegenden Maschinenteilen oder zwischen speziellen Schienensystemen und elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie dem Transrapid Resonant induktive Kopplung Prinzip der resonant induktiven Energieubertragung Die resonante induktive Kopplung stellt eine Erweiterung der induktiven Kopplung dar mit dem Ziel die nur geringe Reichweite zu vergrossern Dazu werden wie in nebenstehender Prinzipdarstellung dargestellt in der Freiraumstrecke zwischen Sende und Empfangsspule ein oder mehrere freie Schwingkreise angebracht Jeder dieser Schwingkreise besteht aus einem Kondensator C und einer Spule L deren Resonanzfrequenz auf die Ubertragungsfrequenz abgeglichen ist Die Resonanz zwischen den Schwingkreisen fuhrt zu einer verbesserten magnetischen Kopplung zwischen Sende und Empfangsspule bei der Ubertragungsfrequenz Dabei sollten die Schwingkreise einen moglichst hohen Gutefaktor aufweisen Folge davon sind eine grossere Reichweite und ein besserer Wirkungsgrad Eine drahtlose Energieubertragung ist damit uber eine Distanz in der Grossenordnung des 4 bis 10 fachen Spulendurchmessers moglich So wurde im Jahr 2007 am Massachusetts Institute of Technology unter idealen Laborbedingungen mit einem Spulendurchmesser von 25 cm auf eine Distanz von 2 m eine elektrische Leistung von 60 W bei einem Wirkungsgrad um 40 ubertragen Kommerziell wird die resonant induktive Kopplung unter Markennamen wie WiTricity oder etaLINK vermarktet Im Jahr 2013 wurde eine Arbeit veroffentlicht welche unter anderem die Moglichkeiten der Wirkungsgradsteigerung durch den Einsatz resonant induktiver Koppler beleuchtet Aus dieser geht hervor dass der Wirkungsgrad der Energieubertragung bei einem gekoppelten Ubertragungssystem im Nahfeld nur durch die Wahl der komplexen Lastimpedanz gesteigert oder gar maximiert werden kann Soll auch die ubertragene Leistung maximiert werden ist neben der Anpassung der Last auch eine Anpassung an die Quelle erforderlich Unter diesem Gesichtspunkt kann die Wirkungsweise der nebenstehenden Prinzipdarstellung naherungsweise so verstanden werden dass die beiden ausseren Spulen die Anpassung an Quelle und Last bewirken und das mittlere lose gekoppelte Spulenpaar zur Energieubertragung dient Somit konnen auch stabile Wirkungsgrade von 93 im kommerziellen Bereich erreicht werden Durch die Aufteilung in die beiden inneren lose gekoppelten Energieubertragungsspulen und die ausseren Anpassungsspulen wird deutlich dass die Anpassung nicht zwingend durch zusatzliche induktive Kopplungen erfolgen muss Vielmehr ist es durch die Wahl entsprechender Anpassungsnetzwerke auch moglich einen gleichen oder hoheren Wirkungsgrad der Energieubertragung mit lediglich zwei Spulen zu erzielen Kapazitive Kopplung Prinzip der kapazitiven Kopplung Hauptartikel kapazitive Kopplung Die kapazitive Kopplung basiert auf ahnlicher Grundstruktur wie die induktive Ubertragung nur wird dabei das elektrische Feld E zur drahtlosen Energieubertragung zwischen zwei Metallplatten verwendet Diese Metallplatten stellen in der Bauform einen elektrischen Kondensator C dar der Bereich zwischen den beiden Platten ist die Strecke der drahtlosen Energieubertragung Gespeist werden die beiden Kondensatoren mit Wechselspannung gewonnen aus einem Oszillator auf Senderseite Auf der Verbraucherseite erfolgt eine Gleichrichtung und die Gleichspannung wird dem eigentlichen Verbraucher zugefuhrt Die kapazitive Kopplung hat nur eine geringe praktische Bedeutung da bei der Ubertragung von hoheren Leistungen hohe elektrische Spannungen im Zwischenraum zwischen den Metallplatten auftreten Auch sollten die Abstande zwischen den Platten moglichst gering gehalten werden um den Wirkungsgrad nicht zu stark zu reduzieren Fernfeldubertragungen Zur elektromagnetischen Energieubertragung werden elektromagnetische Wellen verwendet das Prinzip entspricht den Verfahren wie bei der Ubertragung von Radiosignalen Die Energieubertragung im Fernfeld kann beispielsweise auch ein gerichteter Laserstrahl sein Der Laserstrahl wird auf eine Photozelle als Empfanger gerichtet die die optische in elektrische Leistung wandelt Wahrend sich die Fernfeldubertragung in technischen Systemen gut zur Information und Signalubertragung eignet ist eine drahtlose Energieubertragung mit hohen Verlusten durch die Freifelddampfung und durch die Verluste bei der Umwandlung wie bei einem Laser oder der Photozelle mit in Summe sehr geringen Wirkungsgraden verbunden Praktisches Beispiel zur Energieubertragung ware der Detektor Empfanger ein einfacher Radioempfanger fur Mittelwelle der in der Umgebung leistungsstarker Sender seine Stromversorgung nur aus dem Funksignal bezieht und keine zusatzliche Stromversorgung wie eine Batterie fur den Betrieb benotigt Wegen der in Summe nur sehr geringen Wirkungsgrade weit unter 1 haben technische realisierbare drahtlose Energieubertragungen im Fernfeld von wenigen speziellen Anwendungsfallen abgesehen wie etwa die RFID Technologie so gut wie keine praktische Bedeutung Standards und NormenKontaktlose Ladung eines Mobiltelefons Freigelegte Induktionsspule einer elektrischen Zahnburste 200kW Ladepad fur Busse Hauptsachlich fur den Einsatz im Bereich von Mobilgeraten wie Mobiltelefonen und zum kabellosen Aufladen von eingebauten Akkumulatoren gibt es verschiedene Industriestandards die eine gewisse Verbreitung besitzen und im Folgenden dargestellt sind Qi Hauptartikel Qi induktive Energieubertragung Am 17 Dezember 2008 wurde das internationale Wireless Power Consortium WPC gegrundet das die Einfuhrung eines globalen Standards mit Namen Qi chinesisches Wort fur Lebensenergie Aussprache ˈt ʃiː fur die Aufladung von elektronischen Produkten mit induktiver Kopplung vorsieht Zu den uber 200 Mitgliedern des Wireless Power Consortiums zahlen Hersteller aus den Bereichen Mobiltelefone Unterhaltungselektronik Batterien aber auch Netzwerkbetreiber Mobelhersteller und Automobilzulieferer Seit Mitte 2010 gibt es den Industriestandard Qi zur induktiven Energieubertragung zu Mobilgeraten bis 5 Watt Mittlerweile unterstutzt der Qi Standard 1 2 eine Leistung von bis zu 15 Watt allerdings wird Fast Wireless Charging bisher lediglich von einigen aktuellen Samsung Galaxy Modellen unterstutzt Sowohl aktuelle Smartphones als auch einige altere Modelle unterstutzen den Qi Standard fur kabelloses Laden AirFuel Induktiv Powermat Die unter anderem von Procter amp Gamble sowie von Powermat Technologies im Marz 2012 gegrundete Power Matters Alliance PMA unterstutzt einen von Powermat Technologies entwickelten Standard zur Ladung von Endgeraten mittels induktiver Kopplung Aktuell gibt es nur wenige Gerate die die Technologie unmittelbar selbst eingebaut haben darunter die Samsung Galaxy S6 S6 Edge bis Galaxy S8 Vielmehr werden hier entsprechende Ladeschalen und Akkus vertrieben die in die jeweiligen Gerate eingesetzt werden Die Powermat Technologie ist auf Angebotsseite dadurch prominent dass in diversen Starbucks und McDonald s Filialen Auflademoglichkeiten angeboten werden AirFuel Resonant Rezence Das zunachst als englisch Wireless Power und mittlerweile als Rezence bezeichnete Verfahren der Alliance for Wireless Power setzt eine resonante magnetische Kopplung ein In der Alliance for Wireless Power haben sich verschiedene Industrieunternehmen darunter Intel Qualcomm Samsung Broadcom und Integrated Device Technology zusammengeschlossen Im Februar 2014 haben die bis dahin miteinander konkurrierenden Konsortien der Verfahren Powermat und Rezence verkundet fur eine grossere Interoperabilitat beim kabellosen Laden zu sorgen indem sie gegenseitig ihre Standards kompatibel machen Elektrofahrzeuge Hauptartikel Ladestation Elektrofahrzeug Induktivladeeinrichtungen In der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik DKE gibt es den Arbeitskreis AK 353 0 1 der Ende 2010 den Entwurf einer Anwendungsregel zum induktiven Laden von Elektrofahrzeugen erstellt hat Im September 2015 wurden auf der Internationalen Automobil Ausstellung zwei induktive Ladesysteme gezeigt Qualcomm prasentierte das Halo System Bombardier Transportation prasentierte ein PRIMOVE System fur 3 6 kW und Audi das Audi Wireless Charging AWC Emission von elektromagnetischen FeldernBei der drahtlosen Energieubertragung gelten die fur die jeweiligen Produktgruppen angepassten Standards und Normen zur elektromagnetischen Vertraglichkeit EMV und zur elektromagnetischen Wirkung auf die Anwender im Rahmen der Elektromagnetischen Umweltvertraglichkeit EMVU und deren Grenzwerte wie insbesondere die Grenzwerte der ICNIRP die Basis fur viele lokale Standards sind Siehe auchWireless Resonant Energy LinkEinzelnachweiseNejila Parspour Beruhrungslose Energieubertragung Stand der Technologie VDE IALB archiviert vom Original nicht mehr online verfugbar am 5 Juli 2010 abgerufen am 17 Dezember 2018 Johnson I Agbinya Hrsg Wireless Power Transfer River Publishers Series in Communications 2012 ISBN 978 87 92329 23 3 Stanimir S Valtchev Elena N Baikova Luis R Jorge Electromagnetic field as the wireless transporter of energy Faculty of Science and Technology UNL Campus Caparica Portugal 2012 doi 10 2298 FUEE1203171V Online PDF Andre Kurs Aristeidis Karalis Robert Moffatt Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances In Science 317 Jahrgang American Association for the Advancement of Science Juli 2007 ISSN 1095 9203 S 83 85 doi 10 1126 science 1143254 PMID 17556549 bibcode 2007Sci 317 83K mit edu PDF Dominik Huwig Energieubertragung durch Nahfeldkopplung etatronix de abgerufen am 20 Juni 2015 S 53 Drahtloses induktives Laden amp Batterien Abgerufen am 11 Januar 2021 deutsch Mitglieder des Wireless Power Consortium Memento des Originals vom 19 Dezember 2018 imInternet Archive Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 abgerufen am 4 Marz 2017 Website des Wireless Power Consortium abgerufen am 4 August 2011 QI Standard 1 2 des Wireless Power Consortium Alliance for Wireless Power and Power Matters Alliance Join Forces Wall Street Journal Europe abgerufen am 13 Februar 2014 Intel will kunftig per A4WP drahtlos Laden In heise online 20 Juni 2013 abgerufen am 13 Februar 2014 Mehr Zusammenarbeit beim drahtlosen Laden In heise online 12 Februar 2014 abgerufen am 13 Februar 2014 Bombardier Mannheim Experts convinced by PRIMOVE solution for cars Bombardier 17 September 2015 archiviert vom Original am 5 April 2016 abgerufen am 17 September 2015 AUDI Fast charging and Audi wireless charging AUDI 17 September 2015 archiviert vom Original am 5 April 2016 abgerufen am 17 September 2015 Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 International Commission on Non Ionizing Radiation Protection ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time varying electric magnetic and electromagnetic fields Health Physics April 1998 Volume 74 Number 4