In diesem Artikel stellen wir einige Forschungsergebnisse vor, die für diesen Bericht erhoben wurden. Er beschreibt Technologien, die den Weg für die kontaktlose Energieübertragung in einem Großteil der stationären Verbraucher, der Industrie- und Militärelektronik sowie der Elektrizitätswirtschaft ebnen werden. Derzeit liegt der Fokus primär auf dem kabellosen Laden von Laptop-Akkus für Unterhaltungselektronik und Elektrofahrzeuge. Da beide Geräte beträchtliche Entfernungen zurücklegen, ist die sofortige Verfügbarkeit einer standardisierten, komfortablen und kontaktlosen Lademöglichkeit entscheidend für die zunehmende Verbreitung dieser Technologie. So profitieren Nutzer beispielsweise trotz der aktuellen Akkubeschränkungen von einer immer größeren Funktionalität und längeren Nutzungsdauer ihrer Mobiltelefone.
Die Forschung von IDTechEx befasst sich mit der Übertragung von Watt bis hin zu hohen Leistungspegeln im Kilowattbereich mit einer Reichweite von einem Millimeter bis etwa 60 Zentimetern. Drahtlose Energieübertragung (WPT) umfasst typischerweise stationäre Sender und zahlreiche Empfänger, die in tragbare oder mobile Geräte integriert sind. Die Sender sind in der Regel per Kabel mit Wechselstromquellen oder Energiewandlern wie Photovoltaikanlagen verbunden, wobei der Trend zu mehreren Energiewandlern zunimmt. Ein Massenmarkt wird sich erst entwickeln, wenn verständlichere Standards weit verbreitet sind und Hersteller tragbarer und mobiler Geräte die Empfänger bereits in die Produktion integrieren. Wir gehen davon aus, dass die Nachfrage von der Leistungsstufe abhängt und weitere Kriterien wie Technologie, Reichweite und Anwendungsgebiet berücksichtigt werden.
Unterhaltungselektronik:
Die enorme Problematik der zunehmenden Verbreitung elektrischer Produkte mit jeweils inkompatiblen Stromquellen muss gelöst werden. Jährlich werden drei bis vier Milliarden Geräte hergestellt, was ein Marktpotenzial von bis zu zehn Milliarden Dollar jährlich für kabellose Ladegeräte darstellt – unter Berücksichtigung des Marktwachstums und eines damit verbundenen Marktes für kabellose Stromversorgung für Unterhaltungselektronik und elektrische Produkte, die nicht aufgeladen werden müssen. Die massenhafte Entsorgung nicht standardisierter externer Netzteile für Unterhaltungselektronik ist eine Umweltkatastrophe, die Regierungen große Sorgen bereitet. Nur 15–20 % des Gewichts von Elektronikprodukten, darunter Laptops, Mobiltelefone und deren Netzteile, werden recycelt. Ein typischer Nutzer elektronischer Geräte besitzt heute mindestens drei verschiedene Ladegeräte und mindestens ebenso viele Kabel zum Laden und zur Datenübertragung. Wir alle kennen das Beispiel der kabellosen elektrischen Zahnbürste, und nun besteht eine Nachfrage der Verbraucher nach kabellosem Laden mobiler Geräte, wodurch der Kabelsalat weitgehend entfällt.
Elektro- und Hybridautos:
Auch die Traktionsbatterien haben sich nicht schnell genug verbessert. Fahrer von reinen Elektroautos versuchen, Reichweitenangst auf bequeme Weise zu vermeiden. Im Regen zu stehen, um ein Ladekabel anzuschließen, das sich aus Sicherheitsgründen löst, genügt diesen Anforderungen nicht, obwohl fast alle Investitionen in die Ladeinfrastruktur derzeit darauf konzentriert sind. Eine praktische und fortschrittliche elektrische Ladestation für Hybridautos ist ebenfalls ein wichtiger Markttreiber, da diese eine rein elektrische Reichweite von über 100 Kilometern erreichen können. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, aufgrund eines Fehlers im Steuersystem (Strom ist günstig) maximal ein Fünftel des Benzinpreises zu zahlen und gleichzeitig die Umwelt zu schonen, da Kraftwerke sauberer werden. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere viele Frauen, ähnlich wie beim Tanken, das Aussteigen zum Aufladen als unangenehm und sogar gefährlich empfinden. Mit einer kabellosen Ladestation (WPT) können sie sauber und sicher im Fahrzeug bleiben.
Wir befinden uns noch in der Anfangsphase.
Die drahtlose Energieübertragung (WPT) für Unterhaltungselektronik und Elektrofahrzeuge steckt in den Kinderschuhen. Die meisten Produkte bestehen aus einem Sender-Empfänger-Paar, wobei Empfänger zunehmend als Originalausrüstung verkauft werden. Im nächsten Jahrzehnt könnte die Anzahl der verkauften Sender die der Empfänger leicht übersteigen, da Architekten, Cafés und andere sie flächendeckend in Unterhaltungselektronik installieren, um der Öffentlichkeit mehr Komfort zu bieten und so beispielsweise die Verbreitung von WLAN nachzuahmen. Tatsächlich orientiert sich das Wireless Power Consortium (WPC), der Hauptproduzent von WPT-Standards, die sich primär an Unterhaltungselektronik richten, bei seiner Arbeit gezielt am Erfolg von WLAN. Interessanterweise verfolgen das WPC und seine Mitglieder das Ziel, kleine Elektrofahrzeuge mit ihren Technologien und Standards zu laden.
Die Prognose der WPT-Einführung in Konsumgütern ist mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Apple beispielsweise, das sich weitgehend von den Standardvorgaben fernhält, könnte WPT für seine Produkte einführen und damit innerhalb kürzester Zeit ein Milliardengeschäft aufbauen. Konsumgüter werden zunehmend elektronisch, und eine einzelne führende Marke kann jährlich eine Milliarde Empfänger verbrauchen. Andererseits ist die Notwendigkeit, die Kosten von stark preissensiblen Konsumgütern zu erhöhen, um etwas anzubieten, das keinen Wert hat, ein schwerwiegender Nachteil, ebenso wie das Fehlen von Vorschriften für Geräte mit einer Leistung von über 5 Watt.
Die Geschichte der Unterhaltungselektronik und der Elektromobilität zeigt, dass Infrastrukturveränderungen langsam vonstattengehen. Nehmen wir die Nahfeldkommunikation (NFC) bei Mobiltelefonen: Die Standards wurden zwar schon vor einiger Zeit weltweit eingeführt, ihre Verbreitung verläuft aber außerhalb Japans, dem einzigen Land, das sie sofort implementiert hat, schleppend. Noch schlimmer ist die Situation beim kabellosen Laden von Mobiltelefonen: Hier fehlt es praktisch an Infrastruktur, und die Standards sind neu und umstritten. Daher wird ein Wendepunkt voraussichtlich um das Jahr 2020 erreicht sein, wenn kabelloses Laden als realistische Lösung für den Akkuverbrauch unterwegs gilt. Bis dahin werden viele Geräte mit standardisierten, frei verfügbaren kabellosen Ladegeräten aufladbar sein.
Ähnlich wie beim Laden von Autos ohne Kabel besteht wenig Anreiz, die Installation zu kaufen, wenn sie nur zu Hause genutzt werden kann. Die Hauptvorteile des Offline-Ladens liegen in der flexiblen Nutzung, aber auch in der Möglichkeit, es überall zu verwenden. Für den Nutzer – und nicht für den Anbieter – ergibt sich ein potenzieller wirtschaftlicher Vorteil durch die Eliminierung der vielen nicht standardisierten externen Ladegeräte für Unterhaltungselektronik. Allerdings besteht mittlerweile in weiten Teilen der Welt eine Einigung zur Standardisierung von Stromkabeln auf Mini-USB-Anschlüsse, was eine Bedrohung für das Offline-Laden darstellt. Geräte mit geringem Stromverbrauch werden als erste kabelloses Laden nutzen, da es noch keinen allgemein anerkannten Standard gibt.
Elektrofahrzeuge werfen ein ähnliches Henne-Ei-Dilemma wie die Unterhaltungselektronik auf: „Warum kaufen, wenn man es noch nicht im öffentlichen Raum nutzen kann?“ versus „Warum öffentliche Ladestationen installieren, wenn die Ausrüstung nicht flächendeckend verfügbar ist?“ Im Bereich der Elektrofahrzeuge gibt es jedoch einen bedeutenden Flottenmarkt, der zu den Vorreitern gehören und möglicherweise sogar dynamisches Laden (kontinuierliches Laden über ein Kabel) nutzen wird, das unsichtbar oder bedarfsgesteuert ist und somit Geräte umfasst, die über die Bordnetze entlang der Straße kontinuierlich geladen werden.
Ladestationen:
Elektrofahrzeuge unterscheiden sich von Unterhaltungselektronik dadurch, dass sie nicht spontan gekauft werden und sich Designs nur sehr langsam ändern. Daher erwarte ich keinen Wendepunkt, an dem beispielsweise Autos plötzlich flächendeckend kabellos im öffentlichen Raum geladen werden. Dies gilt trotz der Tatsache, dass die meisten Ladestationen derzeit aus nicht-wirtschaftlichen Gründen von Regierungen und Stromerzeugungsunternehmen im Rahmen ihres Umweltimages finanziert werden. Eine solche Großzügigkeit ist beim kabellosen Laden von Fahrzeugen, das zwar bequemer ist, aber mehr Energie verbraucht und somit weniger umweltfreundlich, kaum zu erwarten. Tatsächlich sind die Installationskosten in vielen Fällen höher, da Straßenaufbrüche erforderlich sind. Zudem muss auf entsprechende Vorschriften gewartet werden, die zumindest einen Standard für energiesparendes Laden von Unterhaltungselektronik festlegen.
Für Elektrofahrzeuge sind Ladestationen mit Abstand der größte Kostenfaktor und stehen daher im Mittelpunkt. Wir prognostizieren ihren Einsatz unter der Annahme, dass Standards für eine maximale Ladeleistung von 10 kW innerhalb der nächsten fünf Jahre festgelegt und weit verbreitet sein werden. Gleichzeitig werden Schnellladestationen für vernetzte Fahrzeuge standardisiert und mehr als 20-mal so häufig eingesetzt. Dies wird im IDTechEx-Bericht „Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge 2011–2021“ detailliert beschrieben. Bis 2020 werden mehr als 3,6 Millionen Ladestationen für Elektrofahrzeuge installiert sein – sowohl vernetzte als auch unverbundene, private und öffentliche. Davon profitieren vor allem Hybridfahrzeuge, da sie weiterhin die Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen übertreffen und in den letzten Jahren die volle elektrische Reichweite erreicht haben. Dadurch gewinnt die Vernetzung an Bedeutung und führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Bereits jetzt ist eine überraschend große Anzahl von Organisationen im World Technology Park (WTP) für Unterhaltungselektronik und Fahrzeuge aktiv, und der Bericht beschreibt viele davon.
