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Wie funktioniert induktives Laden bei Elektroautos?
Beim sogenannt induktiven Laden durch blosses Auflegen spricht man auch von einer drahtlosen Energieübertragung im Nahfeld, in welchem die Energie über ein Magnetfeld übertragen wird, also berührungslos von einem Objekt zum anderen.
Eine konstante und kabellose Stromversorgung aus der Fahrbahn soll das induktive Laden eines E-Autos während dem Fahren möglich machen. Dazu sitzt an der Unterseite des Fahrzeugs ein Empfänger (Spule). In den Fahrbahnbelag sind als Sender mehrere Spulen eingelassen und werden mit Strom gespiesen. Das Ganze funktioniert dann so: Die Spulen in der Fahrbahn erzeugen durch Strom ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld sorgt dafür, dass die Spule am Fahrzeug dies abnehmen und wieder zurück in elektrische Energie umwandeln kann. Diese wird fürs Laden der Batterie und den Betrieb des Elektromotors verwendet.
Induktives Laden in der Testphase
Verschiedene Projekte wurden in den letzten Jahren, mitunter durch staatliche Unterstützungen und Förderprogramme, vorangetrieben. So wurde im 2017 die erste Teststrecke für induktives Laden in Tel Aviv eröffnet. Installiert und betrieben wird sie vom extra hierzu gegründeten Start-up Electroad, später umbenannt in Electreon. Auf der Unterseite des Fahrzeuges wurde ein Empfänger für kontaktlose Stromversorgung angebracht. Im Asphalt eingelassene Kupferleitungen sorgen für den nötigen Strom. Gemäss Angaben von Electreon sollen die Empfänger kompatibel mit allen Elektrofahrzeugen sein. Dank spezieller Einbaumethode können bis zu einem Kilometer Spulen pro Tag in den Fahrbahnbelag eingebaut werden. Preise für System und Ausbau sind noch nicht bekannt.
Neue Technologien aus China, Schweden und Australien
In verschiedenen Ländern laufen ähnliche Projekte. In der chinesischen Stadt Jinan ist ein Solarbelag, der sich selber mit Strom versorgt, als Versuchsanlage installiert worden. In Australien testet man einen Graphenbeton, der nicht nur Elektrizität leitet, sondern auch den Zementanteil halbieren würde und somit das durch die Produktion freigesetzte Kohlendioxid einsparen liesse. Zusätzlich besteht durch dessen Wärmeleitfähigkeit die Möglichkeit, den Beton in der Gebäudetechnik als Fussbodenheizung einzusetzen oder im Winter das Salz auf der Strasse durch Heizen des Belags zu sparen. Natürlich hat dies für einen grossflächigen Einsatz unter gebührender Abwägung der Umweltfaktoren und des Energiebedarfs zu erfolgen.
Schweden setzt auf Bewährtes. Um die selbstgesteckten Klimaziele bis 2030 zu erfüllen, wird auch eine Methode zur Stromversorgung und -übertragung mit Schienen und Fangarmen in der Fahrbahn geforscht. Ähnlich funktionieren heute schon Linienbusse oder Züge, nur ist der Pantograf (Stromabnehmer) unter dem Fahrzeug platziert. Ob und wie dies mit der bestehenden Infrastruktur (Strassen, Brücken) kompatibel ist, ist fraglich. Dies ist vermutlich auch der Grund, warum erste schwedische Unternehmen nun auch von der «eRoadArlanda» absehen und sich auf der Insel Gotland ebenfalls mehr mit dem Thema Induktion auseinandersetzen. In die Teststrassen werden Leitungen für induktives Laden eingebaut. Jeweils in der Fahrbahnmitte werden die Spulen aus Kupfer in zehn Zentimeter Tiefe in den Belag eingelegt. Diese werden dann mit dem Stromnetz verbunden. In Betrieb gehen die Spulen erst, wenn ein Fahrzeug über ihnen steht oder fährt.
Zu den Autoren
Juri Schuler ist Leiter Infrastrukturbau bei Gruner Berchtold Eicher AG in Zug.
Fabian Renggli ist Leiter Flottenmanagement & Logistik beim Touring Club Schweiz in Emmen. Beide sind Teilnehmer des Executive MBA der Hochschule Luzern – Wirtschaft.
Die Vorteile vom induktiven Laden
Platzsparende Ladeinfrastruktur
Ladeinfrastruktur benötigt Platz, vor allem Parkplätze und Aufenthaltsmöglichkeiten für wartende Personen. Ein Problem ist auch,dass gerade in Mietwohnungen kaum Ladeinfrastruktur vorhanden ist oder installiert werden kann. Diese Argumente wären hinfällig, käme das Fahrzeug nach der Fahrt bereits vollgeladen zu Hause an.
Ressourcen-schonendere Batterieproduktion
Laufend Strom heisst nicht nur weniger Standzeit an der Ladestation, sondern auch kleinere Batterien in Fahrzeugen. Kleinere Batterien bedeuten weniger Abbau von Ressourcen für die Batterieproduktion. Dadurch würde auch das Gewicht der Fahrzeuge sinken, was die Effizienz weiter fördern und die Lebensdauer der Infrastruktur ebenfalls erhöhen könnte.
Weniger Stau und Fortschritte im autonomen Fahren
Das Fahrzeug kann der Fahrbahn folgen, ohne visuelle Erkennung der Leitlinien. Zudem könnte das Versorgungsnetz Informationen von Auto zu Auto (car2car communication) übertragen, den Verkehr so aktiv steuern und somit zur Staureduktion beitragen.
Hürden in der Entwicklung des induktiven Ladens
Bis zu einer flächendeckenden Umsetzung des induktiven Ladens von Fahrzeugen während der Fahrt sind noch einige Entwicklungsschritte notwendig. Nebst tiefergehenden Tests müssten folgende Herausforderungen und elektrotechnische Fragen geklärt werden:
- Umsetzbarkeit auf unserer Strasseninfrastruktur
- Finanzierung der Entwicklung
- Zuführung der Elektrizität zur Strasse
- Verträglichkeit mit bereits vorhandenen Systemen
- Gesundheit von Mensch und Tier: Wichtige Hilfsmittel wie Herzschrittmacher dürfen nicht in deren Funktionsweise gestört werden.
- Schaffung eines neuen Bezahlsystems, um die effektiv-bezogene Energie jeweils pro Fahrzeug zu erfassen und dem Eigentümer in Rechnung stellen zu können.
Wie sieht das Astra die Chancen des induktiven Ladens in der Schweiz?
Vonseiten des Bundesamtes für Strassen Astra räumt man einem flächendeckenden Einsatz von induktivem Laden während der Fahrt wenig Chancen ein. So heisst es auf Anfrage:
«Der Bund setzt sich zusammen mit Vertretern von Automobil-, Elektrizitäts-, Immobilien- und Fahrzeugflottenbranche und deren Verbände sowie Vertretern von Bund, Kantonen, Städten und Gemeinden dafür ein, den Anteil der Elektrofahrzeuge an den Neuzulassungen von Personenwagen bis 2022 auf 15 Prozent zu erhöhen. Eine Massnahme, um dieses Ziel zu erreichen, ist eine leistungsfähige Ladeinfrastruktur. Das Bundesamt für Strassen Astra setzt dabei u.a. auf eine rasche und flächendeckende Ausrüstung seiner Rastplätze entlang der Nationalstrassen mit Schnellladestationen.»
Weiter heisst es in deren Antwort: «Daneben sind wir über die Strassenforschung am Thema Elektromobilität dran und gegenüber technischen Innovationen sehr aufgeschlossen. Induktives Laden ist jedoch sehr aufwendig und bedingt sowohl bei der Infrastruktur wie auch bei den Fahrzeugen grosse Investitionen. Da die Reichweiten der Fahrzeuge immer grösser und die Ladezeiten immer kürzer werden, ist fraglich, ob sich die hohen Investitionen für einen flächigen Einsatz je amortisieren lassen würden. Zudem erfüllt die Fahrbahn verschiedene Funktionen wie Lärmreduktion, Entwässerung und Griffigkeit, welche durch Induktionsschlaufen nicht beeinträchtigt werden dürfen.»
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