Entfesselte Möglichkeiten dank drahtloser Energieübertragung

Entfesselte Möglichkeiten dank drahtloser Energieübertragung

In den 1890er Jahren war Nikola Tesla von der Vision getrieben, eine Möglichkeit zur drahtlosen Energieübertragung zu finden. Als ein Experiment ihn zur Entwicklung der Teslaspule führte, erreichte er dieses Ziel beinahe. Dabei handelte es sich um das erste System, mit dem Elektrizität drahtlos übertragen werden konnte. Doch diese Erfindung Teslas sollt nur kurzfristig von Interesse bleiben. Nun da wir die drahtlose Datenübertragung erfolgreich gemeistert haben, kommt jetzt als Nächstes die drahtlose Energieübertragung?

Tauchen Sie mit Steve Young, Performance-Manager bei EU Automation, tiefer in die Materie ein. 

Seit der Mensch sich die Elektrizität zunutze macht, sind seine diesbezüglichen Aktivitäten stets an Leitungen und eine daran angeschlossene Stromquelle gebunden. Doch dank der massenmarktfähigen Anwendung von Galliumnitrid-Technologien (GaN) im Produktdesign sind bisherige Hürden wie Leistungspegel, Effizienz und Performance gefallen, und stehen der drahtlosen Energieübertragung in allgegenwärtigen Mainstream-Anwendungen nicht mehr im Weg. 

GaN ist eine chemische Verbindung mit Halbleitereigenschaften. Aus GaN werden zahlreiche elektronische Komponenten hergestellt, darunter Dioden, Transistoren und Verstärker, was diese Verbindung mittlerweile auf eine Stufe mit Silizium stellt – dem am weitesten verbreiteten und beliebtesten Halbleitermaterial auf dem Markt. Allerdings bietet GaN aufgrund seiner größeren Bandlücke, seiner höheren Temperaturtoleranz und seiner hohen Leistungsfestigkeit gegenüber Silizium eine Reihe von Vorteilen. Fertigungsanlagen weisen im Durchschnitt einen Jahresverbrauch von 95,1 kWh pro Quadratfuß (rund 1023 kWh pro Quadratmeter) auf, und drahtlose Energieübertragung hat das Potenzial, zu revolutionieren, wie solche Anlagen betrieben werden. Doch für welche konkreten Anwendungen könnte die drahtlose Energieübertragung tatsächlich von Nutzen sein?

Autonome mobile Roboter  

Dank ihrer Fähigkeit, sich eigenständig fortzubewegen und sich neben oder über Hochgeschwindigkeits-Hochleistungs-Ladepads zu platzieren, die keine menschlichen Bediener benötigen, ist die Produktivität autonomer mobiler Roboter (AMR) stark gestiegen. AMR sind bereits dazu in der Lage, Ladepads selbstständig aufzufinden, jedoch ist GaN erforderlich, um auch die Notwendigkeit physischer Verbindungen zu eliminieren. 

Darüber hinaus hat GaN das Potenzial, sämtliche Kompatibilitätsprobleme zu überwinden. Derzeit haben Roboter verschiedener Hersteller oft unterschiedliche physische Anschlüsse, doch GaN könnte die Möglichkeit eines einheitlichen Ladestandards für die gesamte Roboterindustrie eröffnen.

Effizienz und hohe Leistung

Mit den derzeit verfügbaren Silizium-Leistungshalbleitern lässt sich üblicherweise eine Leistung von 20 Watt über eine Entfernung von 5 mm erzielen. Das ist zwar für manche Anwendungen ausreichend, beispielsweise für das drahtlose Aufladen eines Mobiltelefons, für eine flächendeckende Verbreitung jedoch nicht leistungsfähig genug. Mit Hochfrequenzsystemen, die GaN-Leistungshalbleiter nutzen, ist es möglich, Geräte mit bis zu 500 W zu versorgen und eine Distanz von bis zu 500 mm zwischen Leistungssender und -empfänger zu überbrücken. 

Damit eröffnet sich dem Markt für drahtlose Energieübertragung eine Reihe neuer Anwendungen, beispielsweise für Lieferdrohnen, Medizingeräte, in der Anlagenautomatisierung und für professionelle Elektrowerkzeuge. 

Sensoren konstant online halten

5G-Netzwerke bieten im Vergleich zu ihren 4G-Vorgängern eine zehn Mal so hohe Datenübertragungsrate, was für Industrieanlagen, die mit diesem neuen Netzwerkstandard arbeiten, wesentlich umfassendere Datenmengen und damit Steuerungs- und Planungsmöglichkeiten bietet. Allerdings kann der Ausfall eines einzigen Sensors dazu führen, dass eine ganze Fertigungslinie in der Fabrik zum Stillstand kommt. Dieses Problem lässt sich reduzieren, wenn die Sensoren nicht nur Daten drahtlos übertragen, sondern auch drahtlos mit Energie versorgt werden. 

Wenn die drahtlose Energieübertragung durch Wände und Fenster hindurch ermöglicht würde, könnten außerdem 5G-Empfänger außerhalb von Gebäuden platziert werden, wo sie eine bis zu drei Mal höhere Leistung aufweisen als in Innenräumen befindliche Empfänger. 

Die weltweite Nachfrage im Bereich der drahtlosen Energieübertragung tendiert bereits nach oben, wie der 2019 verzeichnete Anstieg verkaufter Drahtlos-Geräte um 37 % im Vergleich zum Vorjahr zeigt. Die Teslaspule ist heute nicht mehr dazu geeignet, diesen Bedarf zu decken, doch einer der zahlreichen aufstrebenden Anbieter von GaN-Technologien wird diese Lücke zweifellos füllen.

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