Lernen vom Meer. Viele solarbetriebene Boote mit nahezu unbegrenzter Autonomie sind mittlerweile erhältlich, da sie über eine große Oberfläche zur Nutzung von Solarenergie verfügen. Einige erzeugen bei ihrer Ankunft so viel Strom, dass sie drei Häuser versorgen können. Bei größeren Seeschiffen ist die Nachrüstung mit Windkraftanlagen sinnvoll, da der Wind auf See selten direkt und langsamer als die Schiffsgeschwindigkeit weht. Das große Meeresreinigungsschiff „Manta“ von Sea Cleaners ist das jüngste Beispiel. Die Kombination dieser Technologien mit anderen kann Schiffe sogar energieunabhängig machen.
Landfahrzeuge hinken bei Technologien zur Energieunabhängigkeit hinterher, da sie pro Passagier eine geringere Oberfläche bieten. Die kürzlich entwickelten, realisierbaren Seitenwände aus monokristallinem Silizium (vorgestellt von Sono Motors auf der CES 2021) sind jedoch ein Schritt in die richtige Richtung. Studierende der Solartechnik erreichen Energieunabhängigkeit mithilfe eines 3- bis 5-Solar-Verbundmaterials, das für die meisten Anwendungen noch zu teuer ist. Sie erzielen zudem extrem niedrige Luftwiderstandsbeiwerte, indem sie die Leistungsfähigkeit der Piloten bis an die Grenzen treiben. Dennoch werden diese Maßstäbe bereits in Autos, Robotershuttles und Lkw in unserer unmittelbaren Umgebung Realität.
Um beim Thema Solar-Golfcarts zu bleiben: Das kalifornische Solarauto-Startup Aptera verspricht 1.000 Meilen Reichweite für alle, die bereit sind, sich die Straße mit Lkw der Klasse 8 in einem dreirädrigen Gefährt zu teilen. Konventionellere Modelle wie Tesla und Lucid erreichen dank ihres geringen Luftwiderstands, ihrer Leichtbauweise, effizienterer Leistungselektronik und anderer Strategien wie der Aluminium-Monocoque-Karosserie bereits Reichweiten von über 800 km – und das sogar ohne Solarenergie. Der Tesla Roadster verdoppelt sogar seine Batteriekapazität und kommt so auf 1.000 km. Die Lightyear-Familie der Solarautos nähert sich 800 km Reichweite dank einer außergewöhnlich großen Solarkarosserie und effizienterer Radnabenmotoren. Effizientere Motoren waren entscheidend für Teslas außergewöhnliche Reichweite, und noch bessere sind bereits in der Entwicklung.
Elon Musk möchte Solarenergie so schnell wie möglich einsetzen, sobald sie verfügbar ist. Dadurch könnten mehr als ein Kilowatt erzeugt werden. Viele Fahrzeuge bestehen größtenteils aus Glas, doch Solarfenster werden offensichtlich bald in Fahrzeugen Einzug halten – Hyundai hat beispielsweise ein lichtdurchlässiges Solardach angekündigt.
2018 begann Tesla, im Hauptwechselrichter des Model 3 Breitband-Halbleiter (Siliziumkarbid) einzusetzen. Diese sind effizienter und sparen Gewicht und Platz im Kühlsystem. Superkondensatoren werden in Elektrofahrzeugen für den Straßenverkehr zwar noch selten verwendet, können aber die Reichweite in vielerlei Hinsicht verbessern, da sie mittlerweile eine höhere Energiedichte aufweisen und kostengünstiger sind. Sie speichern mehr Bremsenergie und ermöglichen Tiefentladungen in neueren Batterien, die dafür geeignet sind.
Die Roadmap für weitere Reichweitenverlängerungstechnologien ist ebenso vielversprechend. Infrarotsensoren unter dem Fahrzeug funktionieren auch in warmen Klimazonen. Die Integration von Perowskit in Silizium an Ober- und Seitenfläche ermöglicht die Erfassung von Infrarot- und Lichtstrahlung über ein deutlich breiteres Spektrum und steigert die Stromerzeugung um mindestens 10 % (mehrschichtiges Perowskit verspricht sogar 100 %). Autonome Taxis, Minibusse und Busse, die Gewicht und Platz eines Fahrers eliminieren, haben noch größeres Potenzial. In windreichen Ländern könnten Windkraftanlagen, die sich beim Anhalten des Fahrzeugs automatisch ausfahren, eine sinnvolle Lösung darstellen. Tatsächlich finanziert das US-Verteidigungsministerium Versuche zur Stromerzeugung mit Drohnen, die in windreichen Gebieten an Fahrzeuge angebunden sind.
Raghu Das, CEO von IDTechEx, erklärt: „Der VW-Konzern und viele andere arbeiten an Strukturbatterien und Superkondensatoren, um die Reichweite zu erhöhen – Schluss mit reinen Akkus. Tesla und Lucid bringen derweil erste Schritte in diese Richtung auf den Markt. Ebenso anspruchsvoll, aber durchaus realisierbar, ist die Nutzung höherer Spannungen, um die Reichweite über die derzeitige Fokussierung auf die Ladezeit hinaus zu steigern. Der VW-Konzern, Lucid, Rivian, GM, Hyundai, Kia und weitere Automobilhersteller sowie deren Zulieferer wie Hitachi, BorgWarner und andere leisten Pionierarbeit beim Einsatz von 800–1000 V. Prinzipiell erhöht dies die Effizienz und reduziert das Gewicht.“.
„Wir arbeiten aktuell an der Serienaufnahme mehrerer Premium-800-Volt-Projekte“, sagt Bert Hellwig, Leiter der Entwicklung elektrischer Antriebssysteme bei ZF. „Wir liefern einem chinesischen OEM den kompletten elektrischen Antriebsstrang inklusive Leistungselektronik für verschiedene Modelle. Für einen europäischen Sportwagenhersteller liefert ZF die Leistungselektronik für eine Hochvolt-Anwendung. Weitere Serienproduktionen sind bereits in Planung.“.
Es gibt noch viel mehr. Das Wärmemanagement sowie alle Materialien und Systeme können verbessert und leichter gestaltet werden, was die Reichweite erhöht. Beispielsweise konnte gezeigt werden, dass eine transparente Heizfolie, die nur bei Bedarf im Fahrzeuginnenraum angebracht wird, bis zu 30 % Strom einspart.
Inmitten all dessen gibt es zeitweise unterbrochene Oberleitungen, blinkende Fahrbahnen und Ladespulen, die vorbeifahrende Fahrzeuge teilweise aufladen, sowie eine wachsende Anzahl von Autos, die andere Autos aufladen können (der Sono Motors Sion ist ein weiteres Beispiel). Batterien laden sich anfangs schnell auf, daher könnte die zunehmende Verbreitung von Straßenlaternenladegeräten, beispielsweise in London, eine gute Alternative zu den wenigen und teuren Schnellladestationen darstellen, insbesondere da sich die Reichweite von Fahrzeugen verdoppelt. Verbesserungen bei den Batterien allein versprechen eine deutliche Reichweitensteigerung. Volkswagen hat sich gerade das Ziel gesetzt, die Energiedichte bis 2030 um 40 % zu erhöhen. Mit anderen Worten: Fahrzeugentwickler können nun entscheiden, welchen der vielen Wege sie zu einer Reichweite von 1.600 Kilometern (1.000 Meilen) beschreiten wollen. Es gibt viele Möglichkeiten. Für ein umfassendes Bild siehe den IDTechEx-Bericht „Elektrofahrzeuge: Land, See und Luft 2021–2041“. Um das gesamte Portfolio der IDTechEx-Forschung zu Elektrofahrzeugen einzusehen, besuchen Sie www.IDTechEx.com/Research/EV.
