Die Schweiz entwickelt ein innovatives Ladeverfahren für Elektobusse mit 90 % Effizienz, ohne große Batterien und in minimaler Ladezeit.

Die Elektrifizierung des öffentlichen Verkehrs steht vor einer wichtigen Herausforderung: Es muss gelingen, Elektrobusse den ganzen Tag über im Betrieb zu halten, ohne auf riesige Batterien oder lange Pausen zum Aufladen angewiesen zu sein. Ein schweizerisches Unternehmen schlägt eine andere Lösung vor: Die Übertragung von Elektrizität vom Straßenbelag auf die Batterie des Fahrzeugs mithilfe der eigenen Räder.

Die von Winduction, einem Unternehmen der ETH Zürich, entwickelte Technologie nutzt kabelloses Laden durch magnetische Induktion. Ihr Ziel ist es, die üblichen Haltepunkte des städtischen Verkehrs zur Energiegewinnung zu nutzen und so die Abhängigkeit von großen Ladestationen in den Garagen zu verringern.

Wie funktioniert das elektrische Aufladen über die Räder

Das Winduction-System verwendet zwei Sets von Spulen. Die erste befindet sich auf einer in den Asphalt eingebauten Platte, die mit dem Stromnetz verbunden ist. Die zweite ist in einem speziell dafür konzipierten Reifen integriert, der die Energie aufnehmen kann.

Wenn der Bus mit einem seiner Räder auf der Platte zum Stillstand kommt, entsteht ein Magnetfeld, das es ermöglicht, Strom an das Fahrzeug und schließlich an seine Batterie zu übertragen. Der gesamte Vorgang erfolgt ohne Verwendung von Kabeln oder herkömmlichen Steckdosen.

Der Unterschied zu anderen induktiven Ladeystemen liegt in der Position der Empfängerkabelspulen. Anstatt sie am Unterboden des Fahrzeugs zu platzieren, integriert Winduction sie in die Räder, um die Entfernung zwischen Sender und Empfänger zu verringern.

Diese Nähe ist wichtig, da sie die Effizienz der Energieübertragung beeinflusst. Durch das Annähern beider Komponenten verspricht das Unternehmen, dass seine Technologie eine Effizienz von über 90 % zwischen der Ladeplatte und dem Fahrzeug erreicht.

Laut den Angaben der Entwickler wären dadurch die Verluste bei dieser Übertragung unter 10 %. Diese Zahl sollte jedoch nicht mit der Gesamteffizienz des Busses verwechselt werden, die auch von anderen Faktoren abhängt, wie den Verlusten in der Batterie und dem Verbrauch des Antriebssystems.

Ein spezieller Reifen ohne Stahlstrukturen

Die Integration von Spulen in die Räder stellt eine technische Herausforderung dar. Herkömmliche Busreifen enthalten Stahlbänder, die Festigkeit und Stabilität bieten, aber das für den Stromtransport genutzte Magnetfeld stören können.

Die Lösung besteht darin, spezielle stahlfreie Reifen zu entwickeln, die den Energieaustausch ohne übermäßige Wärmeverluste ermöglichen.

Winduction arbeitet mit Partnern zusammen, um diese Komponenten zu entwickeln. Ihre Machbarkeit wird entscheidend für die Zukunft des Projekts sein, da die Reifen die Sicherheits-, Festigkeits- und Langlebigkeitsanforderungen eines öffentlichen Verkehrsmittels erfüllen müssen.

Zusätzlich muss das System während der gesamten Nutzungsdauer des Busses nachweisen, dass es rentabel ist. Obwohl das Unternehmen der Ansicht ist, dass die höheren Kosten für diese Reifen nur einen geringen Einfluss auf die Gesamtbetriebskosten haben würden, muss dieser Vorteil unter realen Betriebsbedingungen bewertet werden.

Kleinere Batterien und geringere Kosten für Flotten

Der Hauptvorteil dieser Technologie besteht darin, dass die Aufladung im Laufe des Arbeitstages stattfinden könnte, anstatt sie nachts in den Garagen zu konzentrieren.

Derzeit benötigen viele Elektrobusse Batterien mit großer Kapazität, um ihre täglichen Strecken zurückzulegen. Diese erhöhen das Gewicht des Fahrzeugs, nehmen Platz in Anspruch und steigern die Anschaffungskosten. Zudem zwingen sie die Verkehrsunternehmen dazu, leistungsstarke Lader zu installieren, um ihre Flotten zu versorgen.

Durch induktives Aufladen an bestimmten Haltestellen könnten Busse einen Teil der verbrauchten Energie wiedererlangen, während sie darauf warten, Passagiere aufzunehmen oder abzusetzen. Auf diese Weise wäre es möglich, kleinere Batterien zu verwenden, das Gewicht zu verringern und die Leistungsanforderungen an die Ladeeinrichtungen zu senken.

Der Vorschlag könnte außerdem die nutzbare Kapazität des Fahrzeugs erhöhen und den Bedarf an Ersatzbussen verringern, während andere Busse während des Aufladens stillstehen.

Allerdings hängt das Endergebnis von den Eigenschaften jeder Linie, der Fahrhäufigkeit, dem Energieverbrauch sowie der Leistung ab, die jede Ladeplattform liefern kann.

Nur zwei Ladepunkte an einer Strecke mit 24 Haltestellen

Winduction verwendet als Beispiel eine Buslinie, die den Flughafen Zürich mit dem Bezirk Oerlikon verbindet. Laut den Berechnungen des Unternehmens wären zur Ladung ausreichend Plattformen an zwei der 24 Haltestellen dieser Strecke zu installieren.

In diesem Szenario könnten die Fahrzeuge im Laufe einer 16-stündigen Betriebszeit etwa drei Stunden zum Aufladen nutzen.

Dieser Vorschlag würde es ermöglichen, den Strombedarf im Laufe des Tages zu verteilen und den Bedarf zu verringern, zahlreiche Busse gleichzeitig in den Depots laden zu müssen. Zudem könnte er eine bessere Nutzung des verfügbaren Stroms in den Stunden mit höchster Solarenergiegewinnung fördern.

Diese Zahlen beziehen sich auf einen von dem Unternehmen untersuchten Fall und stellen keine Garantie dafür dar, dass jedes Fahrzeug nur mit zwei Ladepunkten funktionieren kann. Die Machbarkeit hängt von den spezifischen Bedingungen jedes Services ab.

Die ersten Tests mit Passagieren sind für 2028 geplant

Die Technologie ist noch in Entwicklung und wird derzeit nicht in großem Umfang kommerziell eingesetzt. Winduction bereitet Testanlagen in Winterthur, Schweiz, vor, um die gemeinsame Funktionsfähigkeit der verschiedenen Komponenten zu überprüfen und einen vollständig an das System angepassten Bus zu entwickeln.

Das Unternehmen plant, sein erstes Pilotprojekt im Jahr 2028 durchzuführen, um die Technologie unter realen Bedingungen zu testen und Passagiere zu transportieren.

Bis dahin müssen grundlegende Aspekte wie die Langlebigkeit der Spezialreifen, die Zuverlässigkeit des Aufladens während der Pausen, die Wartungskosten sowie der tatsächliche wirtschaftliche Nutzen überprüft werden.

Falls die Tests die Erwartungen bestätigen, könnte das induktive Aufladen über die Räder zu einer Alternative für bestimmte Stadtbahnlinien werden. Der Hauptvorteil wäre nicht das Wegfallen der Batterien, sondern ihre Verkleinerung sowie die Nutzung der Pausenzeiten zur Energieerholung, ohne den Betrieb zu unterbrechen.