Leistungselektronik erklärt Wie viel Leistung braucht eigentlich ein eVTOL?

Batterien stecken überall in unserem Alltag. Doch durch immer größere Batterie-Kapazitäten weiß man häufig gar nicht mehr, wie hoch der Energieverbrauch eigentlich ist. Bei einem Diesel können die meisten sagen, wie weit sie mit 5 Litern Diesel kommen, aber wie ist das bei anderen Vehikeln?

Werfen wir doch mal einen Blick auf die Luftfahrt. Nachdem der eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing aircraft) Hersteller Volocopter aus Bruchsal alle nötigen Zulassungsvoraussetzungen erhalten hatte, um bei den Olympischen Spielen in Paris 2024 Flüge mit Passagieren durchzuführen, kommt nun die Stadt Paris und bezeichnet das Vorhaben als „ökologische Absurdität für Ultrareiche“. Doch schauen wir einmal genauer hin.

Gewicht

Der Volocopter 2X ist eine komplette Neuentwicklung und löst damit den Prototypen mit der Bezeichnung VC200 ab. Das Leergewicht des Vehikels beträgt 290 kg. Das maximale Startgewicht beträgt 450 kg. Somit bleiben 160 kg an Nutzlast. Dies reicht für zwei Passagiere, die der Volocopter transportieren kann. Das Gesamtgewicht der Batterien liegt zwischen 90 und 135 kg, abhängig von der genauen Batterieausführung.

Elektrische Antriebe

Bei den Antrieben handelt es sich um 18 BLDC-Motoren, welche bis auf 2.000 Meter Auftrieb liefern und den Volocopter bis auf 102 km/h beschleunigen.

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Redundanz

Sowohl die Batterie als auch die Antriebe sind redundant ausgelegt. Bei den 18 BLDC-Motoren dürfen einige ausfallen, bis das eVTOL nicht mehr eigenständig funktioniert. Durch die verteilte elektrische Antriebstechnologie (Distributed Electric Propulsion, DEP) übernehmen die verbleibenden Motoren die Arbeit und sorgen für eine sichere Landung. Auch bei den Batterien gibt es Ersatz. Insgesamt sind neun voneinander unabhängige Batterien verbaut, welche ebenfalls für eine sichere Landung sorgen.

Leistung

Jeder der Motoren liefert 3,9 kW. In Summe kommt man somit auf 70,2 kW. Die genaue Leistung der Batterie ist leider nicht bekannt. Diese variiert aber nach Ausstattung und ermöglicht eine Reichweite von 27 km.

Energiebedarf

Der Energiebedarf für den vertikalen Flug, also für Start und Landung ist höher als für den Horizontalflug. Hier muss das Fluggerät sein eigenes Gewicht überwinden. Typische Energieanforderungen für den vertikalen Flug, können zwischen 1 bis 3 kWh pro Minute liegen. Abhängig von Größe und Gewicht des eVTOL.

Im Horizontalflug ist der Energiebedarf in der Regel deutlich geringer, da das Flugzeug durch den Auftrieb, welcher durch die Form des Luftfahrzeugs kommt, unterstützt wird. Die Energieeffizienz kann zwischen 150 bis 300 Wh pro Flugkilometer liegen, abhängig von der Aerodynamik und der Geschwindigkeit des eVTOL.

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Beispiel-Rechnung

Zur Berechnung müssen einige Parameter definiert und angenommen werden:

• Vertikale Start- und Landezeit: 5 Minuten (jeweils 2,5 Minuten für Start und Landung)

• Energieverbrauch im Vertikalflug: 3 kWh pro Minute

• Energieverbrauch im Horizontalflug: 0,3 kWh pro Kilometer

• Fluggeschwindigkeit: 70 km/h (für eine durchschnittliche Berechnung)

Berechnung:

• Energiebedarf für den vertikalen Flug:

• Start: 2,5 Minuten * 3 kWh/Minute = 7,5 kWh

• Landung: 2,5 Minuten * 3 kWh/Minute = 7,5 kWh

• Gesamt für vertikalen Flug: 7,5 kWh + 7,5 kWh = 15 kWh

Energiebedarf für den horizontalen Flug:

• Strecke: 25 km

• Energieverbrauch: 25 km * 0,3 kWh/km = 7,5 kWh

Gesamte Energieverbrauch:

• Vertikaler Flug: 15 kWh

• Horizontaler Flug: 7,5 kWh

• Gesamt: 15 kWh + 7,5 kWh = 22,5 kWh

Hierbei muss man bedenken, dass ein eVTOL so gebaut wird, dass es während des Flugs Auftrieb generiert, weswegen die Rotoren nur für den Vortrieb zuständig sind und nicht primär für den Auftrieb. Außerdem fliegt ein eVTOL mit ca. 100–300 km/h, während herkömmliche Verkehrsflugzeuge mit 800–900 km/h fliegen. Der Luftwiderstand steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit, sodass die Energieeffizienz bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten auch noch erheblich verbessert wird.

Ein typisches Auto benötigt etwa 15-25 kWh/100km. Ein eVTOL benötigt also schon fast das Vierfache an Energie (knapp 90 kWh/100km). Allerdings muss man natürlich auch die Vorteile in der Geschwindigkeit sehen. Gerade für Rettungseinsätze könnte dies von großem Interesse sein, da die Wartung natürlich deutlich geringer ist, als das bei einem Helikopter der Fall wäre.  (mr)

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