Zweiter Beitrag zum Thema Energiewende und Klimawandel.
Was hat die E-Mobilität mit der Energiewende zu tun und wie kommt eigentlich der Strom ins Auto?
Die Elektrifzierung des Verkehrs ist ein wichtiger Baustein der Energiewende. Für den Individualverkehr ist dabei eine batterieelektrische Ausführung mit Abstand am besten geeignet.
Die Idee dafür gibt es schon lange: Das Trouve Tricyle aus dem Jahr 1881 gilt als der erste offizielle E-Auto.
Obwohl die heutigen Ausführungen etwas ausgereifter sind, ist das grundlegende Prinzip immer noch dasselbe: Das Fahrzeug wird über einen Elektromotor angetrieben, dieser bekommt seine Energie von der im Fahrzeug integrierten Batterie. Diese Batterie wiederum kann über einen Stromanschluss aufgeladen werden.
Von der Kernfusion bis zum Antrieb des Elektrofahrzeugs
Doch wie kommt der Strom in die Batterie?
Dieser Weg startet ganz am Anfang bei der Kernfusion der Sonne und endet beim Beschleunigungsvorgang im Elektrofahrzeug.
Der Anfang
Unsere Sonne ist eine gewaltige Energiequelle: In einer riesigen Kernfusionsreaktion verschmelzen jeweils 2 Wasserstoffatome zu einem Heliumatom. Dabei wird Energie frei, die als elektromagnetische Strahlung (unter anderem auch sichtbares Licht) ins Weltall abgegeben wird. Ein Teil dieser Strahlung erreicht auch die Erde und versorgt uns mit Licht und Wärme.
Die Umwandlung in Strom
Die Energie der Sonnenstrahlung kann auch in elektrische Energie umgewandelt werden. In einer Photovoltaik (PV) – Zelle erfolgt durch die Strahlung eine Ladungsträgertrennung und damit ein DC-Stromfluss, also Gleichstrom. Eine recht physikalische detailliertere Erklärung der Funktionsweise einer Photovoltaikanlage findet sich hier. Viele PV-Zellen zusammen bilden ein Solarkraftwerk, welches ans Stromnetz angeschlossen wird.
Wechselstrom und Gleichstrom (AC-DC)
Man unterscheidet bei Strom zwischen Wechselstrom (AC für alternating current) und Gleichstrom (DC für direct current). Bei Wechselstrom schwingen die Ladungsträger ständig hin und her und die Polarität wechselt von + nach – und andersrum. Beim Gleichstrom hingegen bleiben Plus und Minuspol gleich und die Elektronen fließen immer in die gleiche Richtung.
Die Einspeisung ins Netz
Das europäische Stromnetz basiert auf Dreiphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 50Hz. In jeder Phase wechselt die Polarität 50 Mal pro Sekunde von Plus nach Minus und wieder zurück.
Dreiphasenwechselstrom: Eine normale Steckdose ist einphasig, es liegt nur an einer Leitung Wechselspannung an. Für den Anschluss beispielsweise eines Elektroherds aber wird dreiphasiger Wechselstrom verwendet, was auch als Drehstrom bezeichnet wird. Beim dreiphasigen Wechselstrom liegt auf drei Leitungen jeweils eine Wechselspannung an, wobei die einzelnen Phasen um 120° gegeneinander verschoben sind.
Der Transport
Da unser beispielhaftes Solarkraftwerk in der bayrischen Pampa steht, wir unser E-Auto aber in Mainz laden wollen, muss der Strom erstmal dorthin kommen. Um Leitungsverluste zu minimieren, wird hierfür der Wechselstrom mithilfe von Transformatoren auf eine höhere Spannungsebene gebracht und dann in Überlandleitungen nach Mainz transportiert. Dort wird mit einem weiteren Transformator die Spannungsebene wieder reduziert, bis am Gebäude die gewohnten 230V an einer Phase vorliegen.
Die Beladung der Batterie
Da eine Batterie immer auf Gleichstrom basiert, muss der Wechselstrom des Stromnetzes noch gleichgerichtet werden. Bei einer AC-Ladesäule wird hierfür der Wechselstrom ins Auto geleitet und dort mit dem im Auto verbauten Onboard-Charger zu Gleichstrom umgewandelt. Moderne E-Autos ermöglichen normalerweise ein dreiphasiges Aufladen. Nachdem wir das Auto für ein paar Stunden an der Ladesäule angeschlossen haben, ist die Batterie vollgeladen und es kann losgehen.
Der Antrieb
Die Energie der Sonne ist im Auto gespeichert und wir können losfahren. Was passiert jetzt beim Beschleunigen? Die in der Batterie gespeicherte Energie wird an die Elektromotoren übertragen und die Drehbewegung wird mit einem einstufigen Getriebe an die Räder weitergegeben. In den meisten heutigen E-Autos sind permanenterregte, dreiphasige Synchronmotoren verbaut. Da diese Motoren Wechselstrom brauchen, muss der Gleichstrom der Batterie wieder in Wechselstrom umgewandelt werden.
Mehr zum Thema Ladeinfrastruktur erfahren Sie im dritten Beitrag unserer Reihe zu Energiewende und Klimawandel.
Lesen Sie auch den ersten Beitrag zum Thema Energie und den dritten Beitrag zum Thema Ladeinfrastruktur.
