Kabellose Übertragung der Energie: Ist das möglich? Projekte und Debatten

Wenn man von kabelloser Übertragung der Energie redet, meint man die Möglichkeit, Energie von einem Gegenstand zu einen anderen zu überführen, um diesen zu versorgen, ohne Kabel zwischen den zwei Gegenstände, die eine physische Verbindung generieren.

Es ist nicht einfach, sich eine solche konkrete alltägliche Anwendung vorzustellen, aber wenn man verschiedene technologische Bereiche des Alltags näher betrachtet, stellt man fest, dass diese Übertragungsform der Energie schon mehr benutzt wird, als man denkt.

Das magnetische Feld (https://de.wikipedia.org/wiki/Faradaysche_Gesetze) und das Laserlicht (https://de.wikipedia.org/wiki/Laser) sind die Systeme, die am meisten benutzt werden, um Energie zu übertragen, ohne die traditionellen metallischen Leitungen zu benutzen. Kurz ausgedrückt, das erste funktioniert mit der Bewegung elektrischen Ladungen, wie Elektronen, die in einer Leitung laufen; der Laser funktioniert mit einer Konzentration verschiedener Lichtstrahlen in einem einzigen Strahl, auch Kollimation genannt. Da das Licht in diesem letzten Fall nicht in alle Richtungen auseinandergeht, konzentriert sich die Energie auf einen begrenzten Raum, der sich in die gleiche Richtung wie die vom Laser entwickelt.

Praktische Anwendungen

Die Fähigkeit der beweglichen elektrischen Ladungen, elektromagnetische Felder zu produzieren, wird eingesetzt, um die Bewegung von Elektronen bzw. elektrischem Strom zu schaffen, die sich in einem externen Gerät weit weg von der Quelle befinden, wie z. B. Induktionsladegeräte für Handys und andere mobile Geräte, auch als kabellose Akkuladegeräte bekannt. Obwohl diese Artikel nicht so bekannt sind, werden sie dank ihren vielen Vorteilen im Vergleich mit Kabelgeräte sehr geschätzt. Man kann die Verbindung zwischen dem Gerät und der energetischen Quelle nicht beschädigen, da es keine physische Verbindung gibt. Die Technologie, die eingesetzt wird, um dieses gar nicht innovative System zu schaffen, ist sehr einfach und deswegen auch günstig.

Grenzen der Induktionsaufladung

Die größte Grenze dieses Phänomens ist, dass es nicht funktioniert, wenn das Gerät weiter als weniger Zentimeter von der Quelle entfernt ist. Um die Kraft zu erhöhen, muss man größere Systeme einsetzen, die aber trotzdem nicht zu weit entfernt sein dürfen; deswegen ist es schwer, solche Systeme für wirtschaftliche Aufgaben zu benutzen.

Aber der Laser…

Das oben genannte Problem betrifft nicht den Laser, der eine praktisch unbegrenzte Entfernung erträgt. Allerdings wird der Laser nicht oft für die Fernübertragung der Energie eingesetzt, da die Energie bei Kontakt mit der Atmosphäre, bzw. dem Wasserdampf kleiner wird, weil sie von den Teilchen eingesaugt wird. Wenn die Erde ihre typische wolkige Bedeckung nicht hätte, könnte man ohne Schwierigkeit Energie überall auf der irdischen Oberfläche übertragen. Diese Möglichkeit wurde von verschiedenen Physikzentren erforscht, um die effektive technische Funktionalität der Projekte zu testen, große Fotovoltaikanlagen zu bauen, die die Energie zu einem Empfangssystem auf der Erdoberfläche übertragen könnten.

Aber um realistisch zu sein, die heute verfügbaren Anwendungen, die die Lasereigenschaften benutzen, betreffen vor allem die Übertragung von Informationen zwischen zwei Orten, welche weit entfernt voneinander, sind wie z.B. zwischen optisch-informatischen Geräten.

Die Idee, Energie aus einer Quelle im Weltraum auf die Erde zu senden dank der Lichtstrahlung der Sonne (viel gewaltiger, da noch nicht von der irdischen Atmosphäre filtriert) zu übertragen wurde noch nicht aufgegeben und es wird immer noch geforscht in der ganzen Welt.

Kabellose Übertragungsexperimente von Energie

Im März 2015 wurden in Japan verschiedene kabellose Übertragungsexperimente der Energie durchgeführt, aber anstatt den Laser zu benutzen, der das Problem des Energieverlusts in Verbindung mit Wasserdampf hat, wurden die Mikrowellen eingesetzt (https://de.wikipedia.org/wiki/Mikrowellen). Genau wie in unseren Mikrowellenöfen, wird die Energie vom Hauptgerät, dem Magnetron, produziert und wird zu dem Essen geschickt, um es dank der alternierenden elektrischen Feldstärke mit 2,45 GHz aufzuwärmen. Der Bestandteil, der die Energie vom Magnetron bis zum Ziel leitet – Wellenleiter genannt – wird in  größerer Skala von den Japanern im Mitsubishi Recherchezentrum erforscht, mit dem Ziel, einen regulierbaren und konzentrierten energetischen Strahl zu erhalten.

Die bis heute durchgeführten Experimente haben eine Übertragung durch Mikrowellen mit einer energetischen Stärke von 10 KW in einer Distanz von ungefähr 500 Metern erlaubt. Diese Experimente verfolgen den Zweck, Alternativen für die begrenzte Laserübertragung auf der Erdoberfläche zu finden, da die Mikrowellen nur minimal von der Einsaugen von dem Wasserdampf beeinflusst werden.

Fotovoltaik in dem Weltraum?

Zurück zur Fotovoltaikanlage im Weltraum: Es sollte eine geostationäre Struktur sein, die stets auf die Erde überträgt, d.h. es sollte sich ungefähr 36.000 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt befinden. Solche Entfernung bräuchte ein Empfangsgerät auf der Erde mit dem Maß von 3 Kilometern, damit sie von einem Mikrowellenstrahl bedeckt wird. Vorausgesetzt, dass man in der Zukunft eine solche Distanz mit Exaktheit der Übertragung der Mikrowellen bedeckt wird, wären die Hauptprobleme die niedrige Umstellungseffizienz der Wellen in elektrische Energie und die noch nicht optimale Leistungsfähigkeit der fotovoltaischen Paneele. Diese sollten hypothetisch auf der übertragenden Weltraumstation montiert werden und sie sollten die Energie der Sonne in elektrische Energie verwandeln.

Eine andere interessante Anwendung der Mikrowellen mit dem Ziel, Energie fern zu übertragen, wäre das Energietransportsystem von den Offshore-Windparks auf dem Festland. Heutzutage ist die Grenze dieser erneuerbaren Windenergie, die Tatsache, dass sie nicht zu weit entfernt von der Küste stehen können, wegen der hohen Kosten der Verbindung der Kabel im Meer und der Energie, die auf langen Wegen verloren geht.

 

 

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