Strom ohne Kabel und Stecker – Wie induktives Laden unsere Energieversorgung verändert

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Wie lädt man E-Autos auf, ohne sie stundenlang per Kabel ans Stromnetz zu
hängen? Wie lassen sich Industrieroboter während der Arbeit „auftanken“?
Und wie verbessert die kabellose Übertragung von Energie die
Medizintechnik? Diese Fragen treiben Prof. Nejila Parspour, Direktorin des
Instituts für Elektrische Energiewandlung (IEW) der Universität Stuttgart,
seit mehr als zwanzig Jahren um.

Ein Interview mit einer
Wissenschaftlerin, die die induktive Energieübertragung entscheidend
weiterentwickelt und neue Anwendungsgebiete für diese Zukunftstechnologie
erschlossen hat.

Prof. Nejila Parspour gehört zu den Pionier*innen des induktiven Ladens,
bei dem Strom ohne irgendeine physikalische Verbindung übertragen wird.
Mit ihrem Team vom Institut für elektrische Energiewandlung (IEW) der
Universität Stuttgart möchte sie alle elektrischen Systeme und Geräte so
entwickeln, dass sie möglichst wenige Ressourcen verbrauchen und im
Betrieb emissionsarm sind. Parspour sieht in der kabellosen
Energieübertragung eine vielversprechende Technologie mit großen
Potentialen - nicht nur für die Elektromobilität, sondern auch für die
Robotik, Medizintechnik, den Elektro-Maschinenbau oder die Sensorik. Die
technischen Herausforderungen seien gelöst, sagt die Expertin. Für einen
breiten Einsatz braucht es nach ihrer Überzeugung Innovationsoffenheit von
der Industrie und von der Politik.

- Frau Professor Parspour, Sie gehören zu den Pionier*innen auf dem Gebiet
des induktiven Ladens. Was steckt hinter dieser Technologie?

Induktives Laden bedeutet, dass man ohne Kabel und Stecker, also ohne
irgendeine physikalische Verbindung, und mit Hilfe von magnetischen
Wechselfeldern elektrische Energie von einem Sender zu einem Empfänger
übertragen kann.

- Und wie funktioniert das?

Wir wickeln Kabel zu einer Spule. Wenn elektrischer Wechselstrom durch
eine solche Spule fließt, entsteht um die Spule herum ein Magnetfeld, das
seine Polarisierung immer wieder verändert. Über diesem elektrischen Feld
im Sender ordnen wir eine weitere Spule im Empfänger an. Teile des ersten
Magnetfelds durchdringen dann das Magnetfeld der zweiten Spule. So
entsteht die elektrische Spannung, die wir für die Energieübertragung
brauchen. Wenn Sie da eine Glühbirne dranhalten, leuchtet sie. Das hört
sich einfach an, erfordert aber bei größeren Luftspalten zusätzliche
Elektronik sowie Steuer- und Regelalgorithmen, die das System deutlich
komplexer machen.

- Welche Vorteile bringt diese Technologie?

Sie ist für die Nutzer*innen vor allem komfortabel. Niemand will mehr den
Kabelsalat, den wir alle gut kennen, und induktives Laden kann die
Kabelmenge deutlich reduzieren. Ein großer Vorteil ist auch, dass es
Geräte zuverlässiger, effizienter und sicherer macht. Denn Kabel sind eine
ständige Fehlerquelle – vor allem bei Geräten, die sich bewegen. Bei
Industrierobotern zum Beispiel verursachen gebrochene Kabel und defekte
Steckverbindungen viele Serviceeinsätze. Außerdem können wir ohne Kabel,
die im Weg sind, komplett andere Geräte bauen.

- Was bedeutet induktives Laden für die Nutzung von E-Autos?

Es gibt den Fahrer*innen die Freiheit, das Auto an bestimmten Stellen zu
parken und es dort automatisch aufzuladen. Wir können E-Fahrzeuge
inzwischen sogar automatisch mit dem Netz verbinden und während der Fahrt
laden. Auf der A 6 gibt es bereits eine erste Teststrecke mit einer
entsprechenden Ladeinfrastruktur unter dem Boden. Damit reduziert sich das
Reichweitenproblem deutlich. Wir können kleinere Batterien bauen, die
weniger Material, Rohstoffe und Lithium brauchen. Die Fahrzeuge selbst
werden leichter und effizienter. Vor allem aber können E-Autos die Energie
auch ins Netz zurückspeisen. Sie werden flexible Last- und
Energiespeicher, die die Integration erneuerbarer Energien deutlich
erleichtern.

- Sie sehen auch vielversprechende Nutzungen in anderen Bereichen.

Die allererste Anwendung, mit der wir uns befasst haben, war tatsächlich
die Robotik. Wir erforschen aber auch schon lange, wie man elektrische
Energie ohne Kabel in den Körper übertragen kann. Es gibt heutzutage viele
Geräte, die im Körper installiert werden, zum Beispiel
Herzunterstützungssysteme, also Pumpen, die sehr viel Energie brauchen.
Momentan wird sie über Kabel übertragen, die durch die Haut gehen und ein
Einfallstor für Entzündungen sind. Es ist uns gelungen, das Kabel in einem
solchen „Kunstherz“ zu eliminieren. Eine weitere spannende Anwendung ist
die Sensorik.

- Wie ausgereift sind Ihre kabellosen Systeme inzwischen?

Bei stationären Ladesystemen haben wir einen Wirkungsgrad von 95 Prozent
erreicht. Da können wir mit kabelgebundenen Systemen konkurrieren. Bei
bewegten Objekten liegen wir ebenfalls bei über 90 Prozent. Wir wissen,
wie wir unsere Spulen entwerfen müssen und wie wir die komplexen
elektronischen Schaltungen designen müssen. Jetzt arbeiten wir zum
Beispiel an neuartigen Algorithmen für Regelungssysteme, mit denen wir
flexibler werden und uns an wechselnde Szenarien anpassen können.

- Wie weit ist die kabellose Energieübertragung in der Praxis angekommen?

Diese Technologie ist so weit entwickelt, dass sie auch genutzt wird. Sehr
viele Firmen in der Region Stuttgart und in Baden-Württemberg arbeiten
schon intensiv damit. Es gibt vielversprechende Start-ups. Die Wirtschaft
weiß, dass sie in der Region Stuttgart gut ausgebildete Fachleute für
diese Technologie findet. Der Elektro-Maschinenbau ist sehr interessiert,
kabellos Energie zu übertragen, um Motoren ohne seltene Erden bauen zu
können. Das ist unsere Entwicklung. Wir sind sehr stolz darauf, dass sie
den Weg in die Industrie gefunden hat. Auch autonom fahrende AGVs, also
fahrerlose Transportsysteme, werden stationär bereits kabellos geladen.
Das gilt auch für die autonomen Roboter der Zukunft. Jetzt arbeiten wir
daran, sie während der Fahrt zu laden, damit sie 24 Stunden am Tag
arbeiten können. Amplink, eine Ausgründung aus unserem Institut,
beschäftigt sich genau mit diesem Thema. Stuttgart ist auf dem Weg, eine
Wireless Power City zu werden.

- Und wie sieht es im Automobilbereich aus?

Tesla setzt in den USA induktives Laden schon in autonomen Fahrzeugen ein.
Dies dürfte auch für andere Hersteller eine Motivation sein. Ich bin
überzeugt, wenn die Anzahl der Elektrofahrzeuge steigt, ergibt sich das
von allein. Wenn ein mutiger Hersteller kommt und induktive Ladesysteme
einsetzt, wird es sich durchsetzen – genau wie beim kabellosen Laden von
Handys. Die Verbraucher*innen werden es nutzen wollen.

- Worauf kommt es an, um induktive Energieübertragung wirklich ins Fliegen
zu bringen?

Die technischen Herausforderungen haben wir gelöst. Die Industrie zeigt
großes Interesse. Die Herausforderungen, die wir jetzt haben, sind eher
politischer und gesellschaftlicher Art. Wenn wir diese Technologie überall
im Einsatz sehen wollen, brauchen wir Innovationsoffenheit von der
Industrie und von der Politik.

- Was treibt Sie persönlich an?

Sehr stark die Anwendungen. Je länger ich auf diesem Gebiet forsche, desto
mehr Bereiche entdecke ich, wo ich sage: Wow, das könnte das Leben
erleichtern, Material sparen, Menschen helfen, die Produktion effizienter
machen. Ich möchte mit meinem Team alle elektrischen Systeme und Geräte so
entwickeln, dass sie möglichst wenige Ressourcen verbrauchen und im
Betrieb emissionsarm sind.

Zu Professor Nejila Parspour

Nejila Parspour ist seit 2007 Professorin für elektrische Energiewandlung
an der Universität Stuttgart und leitet dort seit Juni 2011 das neu
gegründete Institut für Elektrische Energiewandlung (IEW).  Das Institut
zählt auf dem Feld der kabellosen elektrischen Energieübertragung zu den
wichtigsten Forschungseinrichtungen weltweit. Bei Projekten im Bereich
Elektromobilität und Produktionstechnik arbeitet das IEW unter anderem mit
dem Forschungscampus ARENA2036 zusammen.

Die promovierte Elektrotechnikerin gehört der Akademie der
Technikwissenschaften acatech und dem Forschungsdirektorium des
Innovationscampus Mobilität der Zukunft (ICM) an. Sie leitet das
Steinbeis-Beratungszentrum für Elektromobilität und Antriebstechnik und
wirkt im Strategiedialog Automobilwirtschaft Baden-Württemberg mit.
Stationen ihrer wissenschaftlichen Karriere waren die Technische
Universität Berlin, die University of California, Berkeley, und die
Universität Bremen. Parspour erhielt unter anderem den Technologiepreis
des Landes Bremen und die Auszeichnung „Übermorgenmacher“ des Landes
Baden-Württemberg.