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Samstag, 21.01.2017
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Eine Alternative zum konventionellen Stromnetz?

Drahtlose Energieversorgung

Damit die zuverlässige Stromversorgung in Deutschland auch in Zukunft gewährleistet werden kann, ist ein Ausbau des Stromnetzes notwendig. Nur so gelangt der Strom, der zukünftig immer mehr aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, selbst von den entlegensten Offshore-Windparks und Photovoltaik-Dächern zeitnah zu den Verbrauchern. Langfristig könnte sich allerdings auch noch die Möglichkeit der kabellosen Stromversorgung ergeben. Bisherige Forschungen dazu sind bereits sehr erfolgreich.
Das Stromnetz in Deutschland soll für die zukünftigen Anforderungen ausgerüstet werden.

Das Stromnetz in Deutschland soll für die zukünftigen Anforderungen ausgerüstet werden.

In den vergangenen Jahren ist der Strom durch den für die Energiewende notwendigen Ausbau des deutschen Stromnetzes immer teurer geworden. Im Rahmen des geplanten Netzausbaus sollen bis 2023 gemäß dem Netzentwicklungsplan 2.650 Kilometer neue Stromtrassen verlegt und 2.800 Kilometer Trassen verbessert werden. Diese Maßnahmen für die zukünftige Stromversorgung kosten insgesamt 21 Milliarden Euro. Die EEG-Umlage trägt bis jetzt maßgeblich zu diesen erhöhten Strompreisen bei. So kostete die EEG-Umlage Anfang 2014 noch 6,240 Cent pro Kilowattstunde. 2015 soll sie erstmals nach langer Zeit immerhin um 0,07 Cent auf 6,17 Cent pro Kilowattstunde sinken.

Dennoch bleibt der Strom für Verbraucher teuer. Zwar gibt es inzwischen immer mehr energieeffiziente Geräte, und auch die steigende Zahl der LED-Lampen mit bis zu 15.000 Stunden Leuchtdauer trägt zum Strom sparen im Haushalt bei. Insgesamt verbrauchen moderne deutsche Haushalte durch die Zahl der vorhandenen Geräte jedoch heute laut einer Statistik des Umweltbundesamtes 9 Prozent mehr Energie als 1990. Allein 18 Prozent des Stromverbrauchs eines Zwei-Personen-Haushaltes, der durchschnittlich 3.500 Kilowattstunden beträgt, gehen auf den Kühl- und Gefrierschrank zurück. Die Übersichtstabelle zum Stromverbrauch von immobilienscout24.de zeigt, wie viel Strom prozentual gesehen in den verschiedenen Haushaltsbereichen verbraucht wird. Bietet in Zukunft die drahtlose Energieversorgung eine Alternative zu den teuren, kabelgebundenen Stromnetzen?

Neuer Durchbruch bei der kabellosen Stromübertragung


Japanischen Wissenschaftlern gelang es kürzlich in einem Experiment, zehn Kilowatt im Weltall produzierte Solarenergie über 500 Meter zu übertragen. Dabei wurde die Energie in Mikrowellen umgewandelt. Eine Antenne, welche die Forscher zuvor installiert hatten, fing diese Mikrowellen ein. Durch die anschließende Rückverwandlung der Wellen in Strom leuchteten die mit diesem System verknüpften LED-Lampen auf. Das Experiment ist Teil eines Forschungsprogramms, das auf einer Schiffswerft von Mitsubishi Heavy Industries stattfand. Über kürzere Entfernungen funktioniert die drahtlose Energieübertragung schon etwas besser: So gelang Forschern der Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) mit der Mikrowellentechnologie eine kabellose Stromübertragung von 1,8 Kilowatt über 55 Meter. Seit mehreren Jahren experimentieren die Wissenschaftler der JAXA im Rahmen des „Space Solar Power Systems“ Projektes mit der kabellosen Stromübertragung per Mikrowellen. Nach dem aktuellen Stand der Forschung dürfte es spätestens in einigen Jahrzehnten soweit sein, dass der im All hergestellte Solarstrom mittels Mikrowellen erfolgreich zur Erde befördert werden könnte.

Die drahtlose Energieübertragung ist keineswegs eine völlig neue Idee. Erste Experimente in diesem Bereich führte bereits der serbische Elektroingenieur Nikola Tesla, der von 1856 bis 1943 lebte, durch. Seit Anfang des dritten Jahrtausends befassen sich die Forscher verstärkt mit der kabellosen Übertragung von Strom. Bekannt sind unter anderem die Projekte „Wireless Resonant Energy Link“ (WREL) von der Intel Corporation und WiTricity vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Bereits vor sieben Jahren erreichten Mitarbeiter der US-amerikanischen Firma Managed Energy Technologies in Ashburn im Bundesstaat Virginia eine kabellose Stromübertragung von 20 Watt. In diesem Fall versuchten die Forscher eine Übertragung der Energie über 148 Kilometer. Über diese Distanz war allerdings hierbei der Energieverlust noch recht hoch.

Drahtlose Energieübertragung per Magnetfeld


Beim Dipole Coil Resonant System (DCRS), einem aus der Methode des MIT weiterentwickelten Verfahren, schwingen zwei magnetische Dipolspulen in der gleichen Frequenz. Eine dieser Spulen ist mit hochfrequentem Wechselstrom geladen. Dieser erzeugt ein Magnetfeld, durch das wiederum eine elektrische Spannung in der zweiten Spule entsteht.

Mit diesem DCRS-System brachten Wissenschaftler vom südkoreanischen Korea Advanced Institute of Science and Technology im April 2014 aus einer Distanz von fünf Metern bei einer Frequenz von 20 Kilohertz einen Fernseher und Ventilatoren zum Laufen. Dies entsprach einer übertragenen Leistung von 209 Watt. Die Forscher führten dieses Experiment für verschiedene Wattleistungen durch, um die jeweilige Effizienz zu vergleichen. Bei fünf Metern Entfernung reduzierte sich diese auf 9,2 Prozent im Vergleich zu 36,9 Prozent bei drei Metern.

Die Magnetspulentechnik gilt bis jetzt als die vielversprechendste Methode der kabellosen Stromübertragung. Zum kontaktlosen Laden von Handys, Kameras und anderen Elektronikgeräten wird sie schon heute mithilfe der so genannten Qi-Technik eingesetzt. So gibt es beispielsweise mit einer speziellen Ladefläche ausgerüstete Handtaschen namens Everpurse, in denen die unterstützten Smartphone-Modelle aufgeladen werden. Auf ähnliche Weise funktionieren Ladematten, die Platz für mehrere aufzuladende Geräte bieten. Des Weiteren existieren bereits Ladedeckel für die drahtlose Stromversorgung von Smartphones. In Zukunft könnte diese Technik der kontaktlosen Energieversorgung auch bei größeren Geräten wie zum Beispiel Elektroautos Anwendung finden. Das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES hat bereits ein kabelloses Ladesystem für Elektroautos entwickelt. Aktuell ist es schon möglich, ein Elektroauto in einer Stunde mit 22 Kilowatt Leistung zu 80 Prozent aufzuladen.

Weitere Möglichkeiten der kabellosen Stromübertragung


Mittels Piezosensoren können die damit ausgestatteten Smartphones aus unterschiedlichen Kräften, denen sie ausgesetzt sind, Strom produzieren. So ist die Stromerzeugung aus Temperaturschwankungen, Druck und Vibrationen möglich. Wissenschaftler vom Georgia Institute of Technologie entwickeln derzeit eine Methode, mit der aus der elektrischen Energie in der Umgebung Strom erzeugt werden soll.

Eine weitere Möglichkeit ist die drahtlose Stromerzeugung per Laser. Hierbei wandelt ein Sender die elektrische Energie in Wärme um. Diese sendet er in Form eines Laserstrahls an das Empfangsgerät, wo eine Solarzelle die Wärme wiederum in Strom umsetzt. Die Reichweite eines solchen Lasersystems beträgt zwölf Meter. Seine Kapazität reicht auch für die Energieversorgung von Geräten wie Lampen und Musikverstärker, die viel Strom verbrauchen. Der einzige Haken an dieser Technologie: Sie funktioniert leider nicht durch blickdichte Wände hindurch.
( , 27.03.2015 - AVD)
 
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