Smartphones, die sich schnurlos aufladen lassen, gibt es bereits seit einigen Jahren. Man legt sie einfach auf eine Ladestation und schon wird elektrische Energie induktiv übertragen. Die Ladestation muss allerdings mit dem Stromnetz verbunden sein, um einen Wechselstrom in eine Spule einspeisen zu können. Dieser Strom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das ins Handy eindringt und dort in einer Empfangsspule wiederum eine elektrische Spannung induziert. Sie erzeugt den Ladestrom für den eingebauten Akku.
Das mag ein wenig komfortabler sein, als ein Ladekabel ins Gerät stecken zu müssen. Doch die Abhängigkeit von der Steckdose bleibt. Das Aufladen funktioniert nur in unmittelbarer Nähe zur Ladestation – und die ist stationär, weil per Kabel mit dem Netz verbunden.
Viele träumen davon, dass eine innovative Technologie das schnurlose Aufladen von Smartphones und anderen mobilen Geräte überall in einem Raum möglich macht. Grundsätzlich funktioniert das Prinzip der Stromübertragung per Induktion auch über größere Distanzen.
Der Wirkungsgrad ist das Problem
Das Problem dabei ist jedoch der Wirkungsgrad. Je größer der Abstand von Sende- und Empfangsspule ist, umso weniger Energie kommt von der ursprünglich eingespeisten elektrischen Energie beim aufzuladenden Gerät an.
Im September 2021 berichteten Forscher der Universität Tokio im Journal „Nature Electronics“ von einer Innovation, die innerhalb eines drei mal drei mal zwei Meter großen Testraums das induktive Übertragen von elektrischer Energie mit mindestens 50 Prozent Wirkungsgrad ermöglicht.
Ob 50 Prozent nun viel oder wenig sind, liegt im Auge des Betrachters. Doch der Aufwand, um das zu erreichen, war groß. In der Mitte des Raums stand eine elektrisch leitende Stange, durch die ein Strom nach unten fließt, dann über den Boden und über die Wände und die Decke zurück zur Stange.
Das sind schon gewaltige bauliche Maßnahmen, um in einem winzigen Raum, in dem im Zweifel die nächste Steckdose sehr nah sein könnte, Smartphones schnurlos aufladen zu können.
Energieübertragung mit Licht
Und dann wird auch noch die Hälfte der elektrischen Energie ungenutzt „weggeworfen“. Kein Wunder, dass wir zwischenzeitlich nichts von einer praktischen Umsetzung dieses Forschungserfolges gehört haben.
Nun sind es koreanische Forscher von der Sejong University, die uns neue Hoffnungen auf schnurloses Laden innerhalb von Räumen machen. Das Forscherteam von Jinyong Ha geht einen grundsätzlich anderen Weg. Das von ihnen entwickelte System setzt nicht auf elektromagnetische Induktion, sondern auf Energieübertragung mit Licht.
Im Fachjournal „Optical Express“ berichten die Wissenschaftler, dass sie mithilfe von unsichtbarem Infrarotlicht (Wellenlänge 1,55 Mikrometer) noch in 30 Meter Entfernung elektrische Energie bereitstellen können. Dort kommt noch eine optische Leistung von 400 Milliwatt an.
Zum Laden von Smartphones reicht es kaum
Eine Photovoltaik-Zelle (ein Zentimeter mal ein Zentimeter) wandelt das Licht in elektrische Energie: 85 Milliwatt stehen dann zur Verfügung. Das ist zum Aufladen von Smartphones in sinnvollen Zeitspannen noch zu wenig, doch die Forscher sind optimistisch, dass sie die Technik noch weiter optimieren und bessere Wirkungsgrade erreichen können.
Die Chancen stehen gut, dass die Forscher an der Weiterentwicklung der Technik arbeiten können. Denn schon jetzt sind die erreichten Übertragungswerte ausreichend, um kleinere Sensoren, wie sie im sogenannten „Internet of Things“ angedacht sind, schnurlos mit Energie zu versorgen.
„Das gilt insbesondere auch für die vielen Sensoren, die in Fabriken den Produktionsprozess überwachen“, sagt Jinyong Ha und hat auch das langfristige Ziel im Blick: „Diese Technik könnte es überflüssig machen, immer Ladekabel für unsere Smartphones und Tablets mit uns herumtragen zu müssen.“
Doch warten wir ab, ob wir künftig nicht besser jede Möglichkeit zum Energiesparen nutzen sollten. Denn eines ist gewiss: Jede noch so raffinierte Technik zum schnurlosen Aufladen von Geräten führt zu einem höheren Energieverbrauch als die direkte Verbindung zur Steckdose. Bequemlichkeit hat halt ihren Preis.
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