AirFuel RF: Der neue Standard für IoT-Anwendungen

Vor über einem Jahrhundert schon träumte Nikola Tesla von der drahtlosen Energieübertragung – und mit jedem Tag, der vergeht, wird dieser Traum realer. Mittlerweile gibt es verschiedene Methoden, Strom ohne Kabel zu übertragen. Dafür ist die elektromagnetische Induktion, die bei einer Entfernung von wenigen Millimetern zwischen Sender und Empfänger angewendet wird, die wohl gebräuchlichste. Bei größeren Distanzen werden meist Mikrowellen oder Laser eingesetzt. Doch auch die Hochfrequenz (RF), die für die Stromversorgung von Geräten im Nahbereich genutzt wird, stellt eine weitere Möglichkeit dar. Bislang gab es dafür jedoch keine einheitliche Norm.

Ein neuer interoperabler Standard für die drahtlose Energieübertragung per Funk verspricht nun, den Weg für die Entwicklung und den Einsatz innovativer Geräte für das Internet der Dinge (IoT) zu ebnen. Das kündigte die AirFuel Alliance, ein Zusammenschluss von Unternehmen aus der ganzen Welt, an. Ziel ist es, die Entwicklung und Einführung von Spezifikationen und Richtlinien für drahtlose Ladetechnologien zu beschleunigen.

AirFuel™ RF, das kürzlich auf der CES 2023 in Las Vegas (USA) vorgestellt wurde, nutzt Hochfrequenzwellen, um die Energie über wenige Meter hinweg von der Quelle zu übertragen. Auf diese Weise können mehrere Geräte gleichzeitig mit Strom versorgt werden. Das geschieht auf einem dreidimensionalen Band, was maximale Bewegungsfreiheit ermöglicht. Die Technologie schafft außerdem Energiezonen, die einerseits aktive Geräte mit Strom versorgen und andererseits Batterien aufladen können.

Laut AirFuel Alliance könnte der neue Funkfrequenzstandard bestehende Anwendungen revolutionieren und neue Märkte erschließen: Denn er lässt sich in sehr kleine elektronische Geräte wie IoT-Sensoren, Wearables und Tags integrieren. Das macht ihn zu einer attraktiven Option für den großflächigen Einsatz in Lösungen mit geringem Energieverbrauch, bei denen der Verzicht auf Kabel und Batterien, die Flexibilität bei der Positionierung und die einfache Wartung eine wichtige Rolle spielen.

„Eine einheitliche Norm ist für die Interoperabilität und die Entwicklung der Infrastruktur von entscheidender Bedeutung: Sie löst einen Kaskadeneffekt aus, der die großflächige Einführung von Technologien und die gemeinsame Nutzung von Rahmenwerken fördert“, sagt Sanjay Gupta, Präsident der AirFuel Alliance.

Wie groß die Distanz zwischen der Quelle und den zu versorgenden Geräten ausfällt, hängt davon ab, wie viel Energie benötigt wird. Denn je weiter die Devices vom Sender entfernt sind, desto mehr Energie geht verloren. Desto schwieriger ist es dann auch, Strom zu empfangen. Grundsätzlich ist es aber so, dass eine geringe Energiemenge innerhalb weniger Meter übertragen werden kann – anders als bei kabellosen Ladegeräten für Smartphones, die auf wenige Millimeter genau positioniert sein müssen.

Nach Angaben der AirFuel Alliance ist es möglich, auf Batterien zu verzichten, wenn eine Anwendung sehr wenig Strom verbraucht. Unter Umständen kann die Hochfrequenzenergie sogar zum Aufladen von Batterien (oder anderen Energiespeichern) verwendet werden, wenn sie nicht direkt für die Stromversorgung der Geräte genutzt wird. In einem solchen Szenario dient die wiederaufladbare Batterie als Zwischenspeicher. Standardbatterien ließen sich dann bedenkenlos gegen Akkus ersetzen.

Was hat das zur Folge? Die neue Norm könnte einen enormen Effekt auf das weltweite Müllaufkommen haben. Bei unsachgemäßer Entsorgung landen Standardbatterien nach Ende ihrer Lebensdauer auf Mülldeponien – und setzen im schlimmsten Fall Umweltgifte frei. Ein weiterer grüner Ansatz: Hochfrequenzenergien werden nicht auf Basis von Treibstoff erzeugt und setzen auch kein CO2 frei.

Wie bei allen Produkten, die auf Funkfrequenzen basieren, bestimmen regionale Vorschriften und Frequenzbänder die technischen Grenzen für die drahtlose Energieübertragung. Die AirFuel RF-Spezifikation unterstützt Sender bis zu +30dBm.

Im laufenden Jahr soll ein umfassendes Test- und Zertifizierungsprogramm für Produkte starten, die dem AirFuel RF-Standard entsprechen. So lassen sich die Stärken und Schwächen der Norm evaluieren.

Eine batteriefreie Lösung

Das Unternehmen Energous, das seit 2016 im Vorstand der AirFuel Alliance sitzt, hat zusammen mit SATO die Entwicklung von Lösungen angekündigt, die 1W WattUp PowerBridge-Sender auf Basis des AirFuel™ RF-Standards und IoT-Systeme kombinieren, um Tags ohne Kabel in einer Entfernung zwischen 5 und 10 Metern aufzuladen. Diese Tags werden bereits in der Vermögensverwaltung und im Bestandsmanagement in intelligenten Einzelhandelsgeschäften und Lagerhäusern eingesetzt.

„Das kabellose Aufladen mithilfe von Funkwellen auf der Grundlage des AirFuel RF-Standards und unserer WattUp-Technologie macht austauschbaren Batterien und Kabel in IoT-Installationen obsolet. Damit gehen wasserdichte, wartungsfreie und einfach zu implementierende Lösungen einher.“, erklärt Cesar Johnston, CEO von Energous und Vorstandsmitglied der AirFuel Alliance.