Któż nie chciałby wrócić do domu po ciężkim dniu pracy, zaparkować samochód (rzecz jasna elektryczny), wysiąść, trzasnąć drzwiami i pójść odpocząć, nie martwiąc się o podłączenie samochodu do ładowania – następnego dnia rano bateria i tak byłaby pełna. To jedno z wielu udogodnień w życiu codziennym, które oferuje system ładowania bezprzewodowego. Idźmy dalej – elektryczne taksówki nie traciłyby czasu na stanie przy stacjach, albowiem mogłyby ładować się na dedykowanych im postojach, w czasie oczekiwania na klientów. Autobusy miejskie mogłyby ładować się na pętlach, w przerwach pomiędzy kursami. Wszystko to jest oszczędnością czasu, a co za tym idzie – pieniędzy. Z biegiem lat technologia ładowania bezprzewodowego stałaby się rozwiązaniem nie tylko dla stojących, zaparkowanych pojazdów. Powstała już prototypowa droga przyszłości, która dzięki wbudowanym panelom generującym pole magnetyczne, jest w stanie ładować samochód w czasie jazdy. Choć na razie koszty są niewyobrażalne, a ogrom przedsięwzięcia przytłaczający, należy pamiętać, że tak samo było z niemal wszystkimi wielkoskalowymi rozwiązaniami, które dzisiaj uznajemy za podstawowe, takimi jak sieć energetyczna lub kanalizacja.
Jak to działa?
System bezprzewodowego ładowania samochodów elektrycznych opiera się na zasadzie indukcyjnego przekazywania energii elektrycznej pomiędzy dwoma elementami: nadajnikiem i odbiornikiem. Nadajnik, po umieszczeniu go w podłożu na miejscu postojowym wyznaczonym do ładowania, generuje pole magnetyczne. Odbiornik, zainstalowany w pojeździe elektrycznym, znajduje się zazwyczaj na spodzie pojazdu. Gdy odbiornik jest w odpowiedniej odległości od nadajnika, energia elektryczna jest przekazywana bezprzewodowo poprzez pole magnetyczne. Ładowanie możliwe jest tylko wtedy, gdy obie cewki magnetyczne znajdują się równolegle względem siebie, a odległość między nimi nie wynosi więcej niż około 25-30 centymetrów. W trakcie tego procesu nadajnik i odbiornik komunikują się ze sobą, ustalając odpowiednie parametry ładowania, takie jak moc ładowania i stan naładowania baterii pojazdu. Odbiornik w pojeździe konwertuje otrzymaną energię elektryczną na energię używaną do ładowania akumulatorów pojazdu. Cały proces jest monitorowany, aby zapewnić bezpieczeństwo i efektywność, a nadajnik i odbiornik mogą stale komunikować się, monitorując postęp ładowania oraz kontrolując przepływ energii w razie konieczności. Dzięki zainstalowaniu systemu ładowania w podłożu, rozwiązanie to jest odporne na warunki atmosferyczne, takie jak ulewny deszcz czy też śnieg, co normalnie może być problemem dla kierowców.
Rozwój technologii
Na ten moment prym w rozwoju systemów ładowania bezprzewodowego wiodą Stany Zjednoczone, jednakże tego typu ładowarki możemy znaleźć również w Azji i w Europie. Jak podaje agencja Bloomberg, w Los Angeles, Antelope Valley Transit Authority wykorzystuje systemy indukcyjne dostarczone przez Wave Charging do zasilania swojej floty elektrycznych autobusów. Agencja ta posiada 15 stacji ładowania bezprzewodowego Wave, z których jedna znajduje się w biurze, a pozostałe 14 rozmieszczone jest wzdłuż tras autobusowych. Krótkotrwałe ładowanie przy użyciu ładowarek o mocy 250 kW, nawet przez pięć minut, dodaje średnio 10 mil zasięgu. Dzięki temu autobusy mogą utrzymać swoją działalność przez cały dzień, nie musząc wracać do bazy.
WiTricity, firma znana z innowacyjnych rozwiązań w tej dziedzinie, planuje wprowadzenie swojego systemu Halo do wózków golfowych E-Z-GO i ICON EV, a także do lekkich pojazdów. Technologię tę zaprezentowano już na przerobionych pojazdach, w tym w Fordzie Mustang Mach-E. Wspierają ją inwestorzy tak znaczący jak Mitsubishi i Siemens AG. WiTricity współpracuje również z KG Mobility z Korei Południowej, aby zademonstrować ładowanie bezprzewodowe na ich samochodach. Dzięki tej technologii samochody osobowe mogą zyskać nawet do 35 mil zasięgu na godzinę.
W Indianapolis również korzysta się z ładowania bezprzewodowego elektrycznych autobusów, które są produkowane przez chińskiego giganta – BYD. W 2019 roku miasto nawiązało współpracę z firmą z Pensylwanii, InductEV (wówczas nazywanym Momentum Dynamics Corp.). Natomiast startup z Brooklynu, Hevo Inc., rozwija technologię bezprzewodowego ładowania we współpracy z Oak Ridge National Laboratory DOE oraz Stellantis NV. Testuje on 50-kilowatowy system bezprzewodowy na hybrydowym Chryslerze Pacifica. Ponadto Hevo pracuje nad opracowaniem 300-kilowatowej szybkiej ładowarki bezprzewodowej, również we współpracy z Oak Ridge.
Na rozwój tej technologii, którym głównie zajmują się niezależne przedsiębiorstwa i startupy, musieli zareagować producenci samochodów.
Toyota podjęła się współpracy z firmą Electreon, która pracuje nad rozwojem systemów ładowania bezprzewodowego w Europie – m.in. chcą oni wbudować tego typu ładowarki na niemieckich autostradach, zbudowali również prototypową drogę elektryczną w Detroit.
W wyścigu technologicznym bierze udział również BMW i Ford, we współpracy z wcześniej wspomnianą firmą WiTricity. Stellantis opracowuje swoje ładowarki bezprzewodowe razem z Hevo Inc., a Tesla, jak to ma w zwyczaju, podąża swoją własną drogą i pracami w zakresie rozwoju tej technologii zajmuje się sama.
Prawdopodobnie najaktywniejszy udział w pracach nad ładowaniem bezprzewodowym, spośród producentów samochodów, ma Volvo.
Szwedzka firma w 2022 roku oddała do użytku prototypową stację wireless charging w Goteborgu (zdjęcie powyżej). Oddali ją do dyspozycji firmie taksówkarskiej, wraz z flotą elektrycznych samochodów ich produkcji, przystosowanych do tego rozwiązania i testują jej działanie w praktyce.
Drogi przyszłości
W Detroit została zainstalowana pierwsza bezprzewodowa droga elektryczna w Stanach Zjednoczonych, która umożliwia ładowanie pojazdów elektrycznych w trakcie jazdy. Jadąc 14th Street w Detroit, Michigan, w odpowiednim pojeździe, dzieje się coś niezwykłego. To pierwsze publiczne miejsce w USA, gdzie można prowadzić pojazd elektryczny, a bateria się nie wyczerpuje – wręcz przeciwnie, ładuje się. Działający na zasadzie pilotażowej odcinek drogi o długości ćwierć mili (400 metrów) w okolicy Corktown w Detroit to test technologii bezprzewodowego ładowania pojazdów w trakcie jazdy. Pod powierzchnią drogi umieszczono cewki elektromagnetyczne, które są podłączone do miejskiej sieci elektrycznej. Tworzą one pole elektromagnetyczne tuż nad drogą, które przesyła energię do odbiornika zamocowanego do baterii pojazdu poprzez proces ładowania indukcyjnego. Jest to podobna technologia do tej stosowanej w ładowaniu bezprzewodowym dla telefonów komórkowych. Tak jak wspominaliśmy, za budowę drogi odpowiada firma Electreon. Wszystko brzmi wspaniale, jednakże problem w tym, że kosztuje niemal 2 miliony dolarów za milę.
Budowę elektrycznych dróg przyszłości zaplanowano również w Europie.
We Francji ma powstać 8 850 km zelektryfikowanych dróg do 2035 roku, wykorzystując do tego zarówno przewody nad głowami, szyny, jak i ładowanie indukcyjne. W Niemczech mowa o instalacji 4 000 km przewodów nad głowami lub infrastruktury do ładowania indukcyjnego na autostradach. Szwecja szacuje, że budowa około 2 000 km dróg elektrycznych będzie kosztować od 30 do 40 miliardów SEK (2,9 do 3,8 miliarda dolarów).
Wobec tak astronomicznych kwot wiele osób zadaje sobie pytanie – czy to się w ogóle opłaca? Dziś odpowiedź jest jednoznacznie przecząca, ale wraz z upływem czasu i postępem w pracach, ma to szansę stać się opłacalne. Stefan Tongur, wiceprezes Electreon, uważa, że niedługo ta technologia stanieje, a koszt za milę będzie wynosił nieco ponad milion dolarów, co oczywiście dalej jest ogromną sumą, jak na budowę lub remont drogi. Pocieszające jest to, że równie imponująco jak cena, prezentuje się wykaz potencjalnych zysków dla środowiska. Według wyliczeń szwedzkiego rządu odcinek ładującej drogi elektrycznej (mowa o ruchliwej trasie) o dystansie 250-300 km, mógłby obniżyć emisję dwutlenku węgla o około 200 tysięcy ton. Rocznie.
Autor: Maksym Berger
