Drahtlosantrieb

Stromversorgung ohne Kabel

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Der drahtlosen Datenverbindung gehört die Zukunft: WLAN, Bluetooth, Infrarot, UMTS und bald auch Wireless USB befreien den Anwender zunehmend vom Kabelgewirr. Doch nach wie vor hängt das Mobilgerät am Netzteil wie der Säugling an der Mutterbrust.

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Das letzte Kabel muss auch noch weg: Erst wenn das Mobilgerät den Strom nicht mehr von der Steckdose beziehen muss, sondern seine Energie frei von allen Fesseln quasi aus der Luft zieht, beginnt das goldene Zeitalter des Mobile Computing.

Die Energie für kabellosen Strom stammt entweder aus elektromagnetischen Wellen wie Funk, Licht und Mikrowelle, aber auch aus Wind und solider Mechanik. Zu alldem haben findige Bastler und Unternehmen bereits Konzepte und Prototypen, manchmal gar kommerzielle Produkte gefertigt.

Die Anforderung an die neue Technik ist einfach: Notebooks brauchen zwischen 15 und 60 Watt, PDAs und Handys weit unter 10 Watt – an diesen Werten muss sich die Versorgung aus dem Nichts messen lassen.

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Mit fünf Kilogramm zum Luftantrieb: Windgeneratoren mit 50 cm Durchmesser liefern bereits 25 Watt und können damit ein Notebook versorgen. Vergrößern

Ein Notebook mit Muskelkraft betreiben ist nichts für Faule. Den bislang einzigen Prototypen hat Nicolas Negroponte vom MIT in Gestalt des 100-Dollar-Laptop vorgestellt. Man muss allerdings wesentlich länger kurbeln als das Notebook danach durchhält – eher etwas für die Fitness, ansonsten aber eine Notlösung.

Kurbelradios wie die von Freeplay scheinen da sinnvoller, denn sie brauchen nur wenige Watt und zehn Minuten kurbeln genügt für einen deutlich längeren Hörgenuss. Sie sollen auch Entwicklungsländer in die internationale Gemeinschaft integrieren (www.freeplayfoundation.org).

Ubiquitous Computing heißt die Losung der Mobilbranche – digitale Kommunikation immer und überall; auch dann, wenn der moderne Nomade zu Fuß unterwegs ist. SRI will den Spaziergang zur Stromerzeugung nutzen und hat Shoe Power erfunden: Schritt für Schritt erzeugt ein Piezo-Element im Schuh Strom, leider nur 0,5 W. Um das Handy langsam aufzuladen würde das reichen, derzeit existiert ein Prototyp.

Beim Einsatz von Windenergie kann die Industrie dagegen schon auf ausgereifte Produkte verweisen. Den portablen Rutland Windgenerator WG 503 verkauft unter anderem Conrad für 439 Euro. Das Rotorrad misst 51 Zentimeter im Durchmesser und produziert bei einem moderaten Wind von 10 m/s bereits 25 W. Einen Laderegler liefert der Händler für 70 Euro. Der WG 503 wiegt ohne Standfuß fünf Kilogramm, ist daher eher was für den Notebook-Anwender in der Gartenlaube fernab einer Steckdose als für den Business-User. Portable Windgeneratoren bieten auch andere an, Effizienz und damit der notwendige Durchmesser des Windrads sind ähnlich.

Auch wer nicht an der Nordsee wohnt, kann sein Mobilgerät fernab von Steckdosen versorgen. Von Langwelle, Mikrowelle, Mobilfunk bis zu Licht reicht das Angebot an elektromagnetischen Wellen – sie unterscheiden sich in der Frequenz und in der Art und Weise, wie sie mit Materie zusammenarbeiten.

Stromerzeugung aus Licht mit Solarzellen ist weit verbreitet, die Lebensdauer der Panele hoch und sie belasten den Geldbeutel nicht sehr, jedenfalls verglichen mit dem Preis des Notebooks. Die Idee, den Notebook-Deckel mit Solarzellen zu bedecken, hat man schnell wieder sein lassen, weil nun wirklich nicht einzusehen ist, warum der Laptop ausgerechnet dann kaum Sonnenstrom mehr kriegen soll, wenn man damit arbeitet. MSI hat trotzdem eines in Planung und auf der CeBIT 2006 gezeigt.

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Solarpanels für Notebooks bedecken bis zu einem Quadratmeter, für Handys deutlich weniger, wie das Batteriegepufferte e.GO!-System zeigt. Vergrößern

Das Sonnensegel sollte also neben dem Mobilrechner liegen – und beansprucht im Fall von Notebooks viel Platz. Die Sonnenstrahlung beträgt in der Sahara 1000 W/qm, im Sommer bei Mischwetter in Deutschland etwa 800 W/qm. Bezahlbare Solarzellen setzen maximal 15 Prozent in Strom um, 50 W braucht man fürs Notebook, wenn zusätzlich der Akku laden soll: Etwa einen halben Quadratmeter Fläche muss das Solarpanel bedecken. Das PX 55 S mit Solarmodul (98 cm × 45 cm), Laderegler und Kabel kostet beim Händler 379 Euro, etwa doppelt so viel wie ein Lithiumionenakku fürs Notebook.

Das Berliner Unternehmen Solarc hat kleinere Module fürs Handy im Angebot. Die Modelle der e.GO!-Serie kosten zwischen 100 und 200 Euro und enthalten Adapter für gängige Mobiltelefone. Eine Batterie beziehungsweise ein Akku dient als Puffer, wenn das Umgebungslicht nicht für den Ladevorgang des Handy-Akkus ausreicht. e.GO! gibts beim Fachhändler.

Wenn der Weg vom kabellosen Stromlieferanten zum Mobilgerät sehr kurz ist, dann reift die Idee zum Produkt: Die kabellose optische Maus ohne Batterie verkauft unter anderem A4Tech. Das USB-Kabel zum Mauspad genügt für die Stromversorgung per Induktion zur Maus (siehe [1]). Die Preise liegen um 25 Euro, das lästige Akku- oder Batteriewechseln entfällt somit.

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Die optische Maus ohne Batterie, versorgt vom Pad, stellt A4Tech her. Beim Fachhändler kosten die autarken Mäuse etwa 25 Euro. Vergrößern

Das Start-up-Unternehmen Splashpower hält sich nicht mit kleinen Mäusen auf, sondern will eine Art kabellose Schnittstelle in Handys, Smartphones, PDAs und MP3-Player integrieren, damit alle diese Geräte von der Splashpower-Platte induktiv und kabellos ihren Strom holen. Damit wären die Zeiten vorbei, in denen man mehrere Netzteile mitführen musste. Schade, dass ein kleines Unternehmen bei den großen Geräteherstellern nur sehr geringe Durchsetzungsmöglichkeiten hat – seit letztem Jahr ist es ruhig um Splashpower geworden.

Weitere Beispiele für kabellose Energiezufuhr über kleine Entfernungen sind die batterielosen Grafiktablettstifte von Wacom, aber auch das von außen versorgte Kunstherz, das robuster sein soll als andere Modelle. Seit letztem Jahr fördert das BMBF ein Projekt des DLR, um das Kunstherz zur Marktreife zu bringen.

Was spricht dagegen, Mobilfunkstrahlung, UKW oder WLAN – also als elektromagnetische Wellen zwischen 300 und 2400 MHz – zur Stromerzeugung zu nutzen? Der Gesetzgeber verbietet das nicht mehr ausdrücklich, denn §19 FAG (Fernmeldeanlagengesetz), der die Umwandlung von Funkwellen in elektrischen Strom unter Strafe stellt, ist seit 1998 außer Kraft.

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Kabellos über ein Pad laden – vorbei die Zeiten, in denen man mehrere Netzteile schleppen musste. Vergrößern

Die maximale Leistung der Funkwellen steht als Grenzwert für hochfrequente Strahlung im 26. BImSchV (Bundes-Immissionsschutzgesetz): Bei weniger als 400 MHz beträgt die maximale elektrische Feldstärke, der eine Person ausgesetzt sein darf, 27,5 V/m, die magnetische Feldstärke 0,073 A/m. Bei höherfrequenten Wellen hängt die zulässige Dosis von der Wurzel aus der Frequenz ab, für das 1800-E-MHz-Netz sind das maximal 4,5 W/m2. Angenommen, eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 1,13 m sammelt ohne Verlust mit ihrer Fläche von einem Quadratmeter diese maximal erlaubte Strahlung ein, dann kämen theoretisch 4,5 W zusammen.

In der Realität werden zum einen die Grenzwerte nicht erreicht und zum anderen strahlen viele Mobilfunksender nur mit 50 W in einen großen Öffnungswinkel – die damit mögliche elektrische Energie liegt im Milliwattbereich. Bei UKW, WLAN (2,4 GHz) und GSM800 sieht es nur unwesentlich besser aus – die Zeiten, in denen Kleingärtner in der Nähe von UKW-Sendern Leuchtstoffröhren als Illumination in die Erde steckten, sind vorbei, denn die kabellose Energieversorgung aus hochfrequenter Umgebungsstrahlung verträgt sich offenbar nicht mit einer für den Menschen gefahrlosen Dosis.

Selbst für Handy und Notebook reicht der Elektrosmog also nicht, wohl aber fürs Radio: Kosmos verkauft den Experimentierkasten Detektor-Radio Start für 30 Euro, die seit kurzem wieder erscheinende Zeitschrift Yps hatte bereits im Oktober 1979 in einem Extraheft ein Kurzwellenradio als Gimmick, dass sich selbst aus den Radiowellen versorgt.

Schon Nikola Tesla träumte in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts davon, Vakuumenergie anzuzapfen oder große Mengen von Energie per Mikrowelle zu übertragen, doch es blieb ein Traum, denn bis zur effizienten Erzeugung von Mikrowellen und deren Umwandlung in Strom dauerte es noch bis in die 60er Jahre. 1964 flog das erste Hubschraubermodell mit kabellosen Mikrowellenantrieb bei 2,45 GHz. Viel Geld investierten die Vereinigten Staaten danach in ein mögliches Kraftwerk aus Satelliten (SPS, Solar Power Satellite), die den im Weltall erzeugten Solarstrom per Mikrowelle zur Erde funken. In diesem Strahl sollte man sich besser nicht aufhalten, denn der soll mehr als ein Gigawatt stark sein. Inzwischen forschen weitere Nationen an solchen Systemen.

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Strom aus Funk und Fernsehen: Die Leistung in der Nähe von Sendemasten reicht nur für einige Milliwatt, es sei denn, man hat eine 50-m2-Parabolantenne ... Vergrößern

Die fürs Notebook benötigten 50 W nehmen sich angesichts solcher Dimensionen wie Peanuts aus, doch was für den Weltraum sinnvoll ist, funktioniert auf der Erde nicht unbedingt, denn terrestrisch kommt das Sicherheitsproblem dazu: Funkt ein Mikrowellensender Dutzende von Watt zum Notebook, dann muss sichergestellt sein, dass kein Mensch oder Haustier den Strahl absorbiert. Bislang fehlt dazu die zündende Idee.

Die Möglichkeiten, um auch das letzte Kabel – das zur Steckdose – zu kappen, sind vorhanden. Das Problem ist weniger das Wie, sondern das Wieviel: Um die für Notebooks erforderlichen 50 bis 60 Watt zu generieren, muss im Fall von Solarzellen das Licht sehr hell sein, der Wind muss kräftig für das Drehrad blasen, und Antennen müssten stärker strahlen als es die Grenzwerte erlauben. Zudem ermüdet ein Kurbelantrieb die physischen Fähigkeiten des Nutzers. Genügend Energie drahtlos gibts also nicht ohne Gesundheitsrisiko. RFID-Plaketten, Sensoren und Grafiktablettstifte werden auch heute schon drahtlos versorgt, doch bis der Traum des autonomen Betriebes von Handy und Notebook Realität wird, müssen noch einige Leonardos geniale Ideen ausbrüten. (jr)

[1] Peter Röbke-Doerr, Optische Maus ohne Batterie, c't 6/05, S. 84
[2] Jürgen Rink, Energie-Marathon, Weiterentwickelte Lithiumakkus überholen die Brennstoffzelle, www.heise.de/mobil/artikel/58609
[3] Daniel Lüders, Saft für unterwegs, Energielieferanten für PDAs und Smartphones,
www.heise.de/mobil/artikel/61368