Die physikalischen und technischen Limitationen konventioneller induktiver Ladesysteme

Induktives Laden hat sich in kleinen Anwendungen wie Smartphones oder Elektrozahnbürsten bewährt, da der Abstand zwischen Sender- und Empfangsspule minimal ist. Bei Elektrobussen jedoch stößt diese Technologie an ihre Grenzen. Der Grund hierfür liegt in der konstruktionsbedingten Distanz zwischen den im Straßenbelag eingelassenen Sendespulen und den Empfangsspulen im Fahrzeugboden. Diese Distanz führt zu erheblichen Energieverlusten, da die Effizienz der induktiven Energieübertragung mit zunehmendem Abstand exponentiell abnimmt. Herkömmliche Systeme erreichen daher oft nur eine unzureichende Ladeleistung, was den Einsatz in der Praxis erschwert.

Das innovative Konzept der „Wheel-based Induction“

Das von der ETH Zürich ausgegründete Unternehmen Winduction hat mit „Wheel-based Induction“ einen vielversprechenden Ansatz entwickelt, um diese Limitationen zu überwinden. Das System verlagert die Empfangsspulen aus dem Fahrzeugboden in die Räder der Busse. Im Straßenbelag eingelassene Platten mit Sendespulen erzeugen ein Magnetfeld, das von den Spulen in den Rädern aufgenommen wird. Da die Räder stets Kontakt zum Boden haben, wird der Abstand zwischen den Spulen auf ein Minimum reduziert. Dies ermöglicht eine Effizienz von über 90 Prozent, was einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen Systemen darstellt.

Ökonomische und betriebliche Implikationen

Die Integration des Ladesystems in die Räder bietet weitreichende Vorteile für den Betrieb von Elektrobussen. Ein zentraler Aspekt ist die Möglichkeit, die Batterien bei kurzen Zwischenstopps nachzuladen. Dies ermöglicht den Einsatz kleinerer Batterien, die nicht den gesamten Tagesbetrieb abdecken müssen. Die Anschaffungskosten für die Busse sinken dadurch erheblich. Zudem zeigt sich, dass das mehrmalige Nachladen während des Betriebs effizienter ist als das nächtliche Laden im Depot. Auf einer Beispielroute zwischen Zürich Flughafen und Zürich Oerlikon konnte nachgewiesen werden, dass das System bei 16 Stunden Betriebszeit lediglich drei Stunden Ladezeit benötigt und dabei weniger Strom verbraucht als herkömmliche Methoden.

Technische Herausforderungen: Stahlfreie Reifen als Schlüsselkomponente

Ein kritischer Faktor für die Effizienz des Systems ist die Beschaffenheit der Reifen. Herkömmliche Busreifen enthalten Stahlgürtel, die für die notwendige Stabilität sorgen. Stahl interferiert jedoch mit dem Magnetfeld und führt zu einer Umwandlung von Strom in Wärme, was die Effizienz des Ladens verringert. Winduction arbeitet daher mit Industriepartnern an der Entwicklung stahlfreier Reifen. Obwohl diese Reifen teurer sind, relativieren sich die Mehrkosten im Kontext der Gesamtbetriebskosten, da das System langfristig erhebliche Einsparungen bei Anschaffung und Betrieb ermöglicht.

Aktueller Entwicklungsstand und zukünftige Perspektiven

Das System befindet sich derzeit in einer intensiven Evaluierungsphase. In Winterthur wird eine Testinfrastruktur mit einer Testhaltestelle aufgebaut, unterstützt durch das Bundesamt für Verkehr und die Schweizer Klimastiftung. Ziel ist es, alle Komponenten des Systems zeitnah in einem realen Umfeld zu erproben und ab 2028 einen Pilotbetrieb in der Region des Zürich Flughafens zu starten. Sollte sich das System bewähren, könnte es nicht nur die Effizienz des induktiven Ladens revolutionieren, sondern auch einen entscheidenden Beitrag zur Dekarbonisierung des öffentlichen Nahverkehrs leisten. Die Technologie hätte das Potenzial, die Verbreitung von Elektrobussen weltweit zu beschleunigen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen im Verkehrssektor zu verringern.