Warum haben wir keine kabellose Energieübertragung?
Das ist eine Frage mit einer sehr komplexen Antwort.
Manche behaupten, das läge nur daran, dass Westinghouse keinen kostenlosen Strom wollte und darum Tesla an der weiteren Forschung gehindert hat. Ich bin da aus physikalischen Gründen eher skeptisch :-)
Dann gibt es mehrere Varianten der kabellosen Energieübertragung:
Qi und Co: Qi (induktive Energieübertragung) – Wikipedia
gleiches Prinzip wie ein Transformator. Maximale Reichweite im cm Bereich.
Sonne: Mit Solarzellen lässt sich die Energie des Sonnenlichts in Strom umwandeln und Nutzen. Dummerweise müssen die Solarzellen auf die Sonne ausgerichtet werden - das ist im Alltag tragbarer Geräte auch nicht sehr praktisch.
Gerichtete Energieübertragung: Entweder per Laser auf Solarzellen oder per Richtantennen im Microwellenbereich. Laser - Solarzelle gibt es wenig dazu zu sagen. Zu der Energieübertragung im Microwellenbereich gibt es zwei dokumentierte Versuche. Einer von den Amerikanern in den 50ern und weil die Franzosen ja nie was glauben von denen noch mal in den 90ern. Resultat: Machbar über Strecken in der Größenordnung 1 km Punkt zu Punkt aber Scheiß Wirkungsgrad (um die 50%), so dass das nur dann in Frage kommt, wenn es gar keine andere Möglichkeit mehr gibt,
Wer mehr dazu wissen möchte: Drahtlose Energieübertragung – Wikipedia
obwohl der Englische Artikel wesentlich ausführlicher ist.
Dann lass uns mal über Energieübertragung im Radiobereich reden, wofür zur Zeit ein paar Firmen Geld über IndiGoGo und Co. einsammeln (natürlich nur auf Seiten ohne Geld zurück Garantie :-) - ein Schelm der böses dabei denkt). Vorsicht, es wird jetzt Physikalisch bis hin zum schlimmsten aller Auswüchse: Formeln!
Ich hab mir mal eine Firma rausgesucht, vor allem weil da wenigsten ein paar Details auf der Webseite zu finden sind. U.A. die Größe des Energieempfängers (3x3 mm) und die angepeilte Entfernung (15 feet = 4,572 m). Die Webseite dazu: WattUp® Wire-Free Charging Technology
.
Um aufzuzeigen warum ich extrem skeptisch bin, werde ich mal kurz nachrechnen, wieviel Energie ein Energiesender aussenden müsste, wenn in dem Sender nur eine ganz normale Antenne steckt wie sie z.B. in WiFi Routern zu finden ist. So eine Antenne sendet sein Signal in erster Näherung in alle Richtungen gleich stark also ungerichtet aus. Dass in der Praxis die Antennen leicht gerichtet aussenden ist zunächst nicht wichtig, weil es mir erst einmal um die Größenordnung geht. Ein Faktor 10 oder auch 100 ist hier nicht so wichtig.
Also, wenn der Sender die Energie gleichmäßig in alle Richtungen ausstrahlt, dann verteilt sich die Energie gleichmäßig auf einer Kugelschale rund um den Sender. Damit stellt sich die Frage, “welche Energie muss ich ausstrahlen, um in einem Empfänger mit 3x3 mm in einer Entfernung von 4,572 m einer Leistung X zu empfangen. Ich hab die Leistung jetzt mal offengelassen weil sich die Frage zunächst mal darauf reduziert auszurechnen, wie das Verhältnis der Fläche einer Kugelschale von 4,572 m zum Empfänger mit 3x3 mm aussieht. Denn der Empfänger kann ja nur maximal den Teil der Sendeleistung empfangen und weitergeben der auf der Fläche des Empfängers ankommt.
Also, wie groß ist denn jetzt die Oberfläche einer Kugel mit einem Radius von 4,572 m? Dazu googeln wir die Formel:
A=4π
r
2
. Wenn wir jetzt in die Formel unseren Radius 4,572 m einsetzen, dann kommen wir auf eine Fläche von 262,677 m².
OK, und wie groß ist die Fläche unseres Empfängers in m²? Der Empfänger ist 3x3 mm groß also 0,003 m x 0,003 m = 0,000009 m².
Wenn wir jetzt die Fläche der Kugeloberfläche durch die Fläche des Empfängers teilen, dann wissen wir, wieviel mehr Energie wir ausstrahlen müssen um eine bestimmte Energie x beim Empfänger abzuliefern: 262,677 m² / 0,000009 m² = 29186333,3. Wir müssen also ca. das 29 Millionenfache der benötigten Energie des Empfängers am Sender aussenden.
Lass uns mal kurz den Energiebedarf abschätzen:
Mein Smartphone hat einen Akku mit ca. 5 Wh Energieinhalt und hält damit ca. 16 Stunden durch. D.H. es verbraucht ca. 0,3125 W. Nehmen wir an, WattUp steht mir nur Zuhause zur Verfügung, dann hab ich sagen wir mal 8 Stunden zum Aufladen, das sind dann nochmal 0,625 W. Damit brauch ich also ca. 0,9375 W für das Smartphone. Lass uns das auf 1 W aufrunden. Wenn ich das jetzt mit den 29 Millionen multipliziere, dann kommt so ca. 29 MegaWatt dabei raus.
Selbst wenn wir annehmen, dass eine Richtantenne das nochmal um den Faktor 1000 reduzieren könnte, dann wären wir immer noch bei 29 Kilowatt an Leistung die der Sender abstrahlen müsste. Das ist einfach lächerlich viel.
Als Fazit können wir glaube ich hier schon mal festhalten: Die Energie einfach so in die Gegend strahlen geht so nicht. Speziell eine öffentliche Versorgung über größere Entfernungen kann man damit erstmal abschreiben.
WattUp redet in Ihren Dokumenten von “pockets of energy” die von Antennenarrays geformt werden. Dazu müsste der Sender die exakte Position des Empfängers in 3D in Echtzeit erfassen und dann die für das Antennenarray notwendigen Phasenverschiebungen für jede Antenne des Arrays neu berechnen und einstellen. Das ist vorsichtig gesagt eine extrem aufwändige Angelegenheit, wenn auch zumindest theoretisch vorstellbar. Ich bin aber trotzdem skeptisch. Die Ortung müsste mm-genau erfolgen und die Rechenleistung für das Antennenarray sind auch gigantisch. Und WattUp’s Vision sieht dutzende von Geräten im Bereich eines Energiesenders vor. Und für jedes Empfangsgerät wird die Rechenleistung für das Antennenarray wieder um eine Größenordnung schwieriger.
Irgendwie braucht mein Körper ständig Sauerstoff zum Überleben, ich werde also nicht den Atem anhalten in gespannter Erwartung auf die ersten Produkte.
Schön wärs aber schon :-)