Ob E-Bike oder E-Auto - bei der Elektromobilität spielt die effiziente Nutzung von Energie eine große Rolle. Rekuperation, also die Energierückgewinnung, ist dabei ein entscheidendes Element. Mit der zunehmenden Bedeutung von E-Mobilität kommen immer mehr Menschen zum ersten Mal bewusst mit dem Thema in Kontakt. Doch welche Bedeutung hat die Rekuperation beim E-Bike genau und wie funktioniert sie?
Was bedeutet E-Bike Rekuperation?
Der Begriff Rekuperation leitet sich vom lateinischen Wort „recuperatio“ ab, das Wiedergewinnung bedeutet. E-Bike Rekuperation bezeichnet die Energierückgewinnung mithilfe des Motors beim Bremsen des Pedelecs. Der Fachbegriff Rekuperation leitet sich vom Lateinischen „recuperare“ für „wieder gewinnen“ ab und wird in der Fahrzeugtechnik verwendet um die Rückspeisung der beim Bremsen erzeugten Energie in den Motor zu bezeichnen.
Jeder weiß, dass es beim starken Bremsen zu einer Hitzeentwicklung kommt, die im schlimmsten Fall bei Autos die Reifen zum Qualmen bringt. Auch bei Fahrrädern sind die Reifen nach einer scharfen Bremsung oft zu heiß zum Anfassen - all das ist verschwendete Energie. Ein Elektromotor mit der Fähigkeit zur Rekuperation nutzt die beim Bremsen erzeugte Energie um sie in den Motor zurück zu speisen, statt sie als Wärme nur nutzlos in die Umgebung abzugeben und verpuffen zu lassen.
Ähnlich funktioniert das Prinzip der Rekuperation auch bei Talfahrten: Auch hier wird mehr Energie erzeugt, als das Pedelec in diesem Moment benötigt, so dass die überschüssige Energie in den Motor zurückgeführt wird um den Akku zu speisen. Allerdings ist dieser Effekt nur dann spürbar nützlich, wenn es sich um eine längere Talfahrt handelt und nicht lediglich um einige Meter im hügeligen Gelände.
Wie funktioniert die Rekuperation?
Dabei erfolgt eine Bremswirkung bzw. Rekuperation funktioniert grundsätzlich dann, wenn kinetische Energie (Bewegungsenergie) das Zusammenspiel von Magneten und einer Kupferspule ermöglicht. Im Motor des E-Bikes erzeugen rotierende Elemente Energie. Dabei wirkt ein Widerstand auf die Rotation der Nabe.
Grundlage für die Generierung von Strom bei der Rekuperation im E-Bike ist das "Faradaysche Induktionsgesetz". Das Prinzip steckt in vielen Generatoren wie z. B. in Windrädern. Im E-Bike wird die Bewegung der Nabe bzw. des Nabenmotors beim schnellen Fahren genutzt. Der spürbare Widerstand wird aus Magnet und Spule erzeugt, wenn die Rekuperation aktiviert ist.
Welche E-Bike-Motoren sind für Rekuperation geeignet?
Nicht jeder Pedelec-Motor ist zur Energierückgewinnung geeignet. Ein Tretlagermotor, bei dem der Fahrer direkt auf auf die Fahrradkette einwirkt, kann beispielsweise nicht zur Rekuperation eingesetzt werden. Nur Nabenmotoren können zur Rekuperation eingesetzt werden.
Ob der Nabenmotor am Vorderrad oder am Hinterrad angebracht ist, ist im Prinzip egal, in der Praxis jedoch befinden sich Motoren fast immer am Hinterrad. Das Vorderrad neigt eher zum Durchdrehen und ist vor allem bei Nässe und Glätte weniger belastbar als das Hinterrad, das auch den größten Teil des Gewichtes des Fahrers und möglicher transportierter Gegenstände trägt.
Ein hochwertiger Motor wie der BionX-Elektromotor, der über insgesamt vier Stufen der Energierückgewinnung verfügt, wiegt heute nur noch 3,7 kg und verbraucht daher weniger Energie als ältere schwerere Modelle. Weitere Nabenmotoren gibt es beispielsweise auch von GreenMover oder Panasonic.
Vor- und Nachteile der Rekuperation
Rekuperation bedeutet kostenlose Energie, die sonst einfach ungenutzt bliebe. Einige Fahrer schätzen das kleine Extra. Im E-Auto erfolgt ein ähnliches Prinzip.
Die Nutzung von Rekuperation erfordert nicht nur spezielle Motoren, sondern auch komplexere Steuergeräte und Batteriesysteme. Das Nachrüsten eines bestehenden Systems mit einer Rekuperationsnabe allein genügt also nicht.
Bei zu hohen Geschwindigkeiten wird die Rekuperation automatisch ausgesetzt. Testfahrten zeigten abhängig von Herstellern eine Maximalgeschwindigkeit von ca. 45 km/h. Ab dieser Geschwindigkeit ist die gewonnene Energie (der Ladestrom) durch die schnelle Rotation so hoch, dass er dem Akku schaden könnte.
Rekuperation bei Talfahrten
Um bei einer Talfahrt Energie zurück zu gewinnen muss auf Geschwindigkeit verzichtet werden. Es muss also gebremst werden. Für viele Pedelec Fahrer ist die Energiegewinnung bei Talfahrten also nicht interessant, da sie entweder nicht langsam einen Berg hinunter fahren wollen, oder nicht viele Talfahrten auf der Strecke haben.
Bei der Rekuperation bei einer Talfahrt kann prinzipiel unendlich viel Energie zurückgewonnen werden. Dies würde allerdings auch voraussetzen, dass man unendlich lange bergab fährt. Bei unserem Versuchen lag die Rekuperation bei einer 10 minütigen Abfahrt mit einer Neigung von durchschnittlich 7% bei 5%.
Rekuperation im Stadtverkehr
Die Bremskraft Rückgewinnung im Stadtverkehr ist für alle Pedelec Nutzer interessant aber nicht immer lohnenswert. Bei unseren Tests haben wir bis zu 11% der Energie zurückgewinnen können. In Zukunft wird aber sicherlich noch mehr möglich sein. Wichtig ist hier vor allem, dass die Hersteller die Controller weiterentwickeln, denn gerade in der Abstimmung zwischen Controller, Motor und Akku liegt noch viel Potential.
Allerdings sollte durch eine gute Abstimmung des Controllers dieser Effekt verhindert werden können. Die Energierückgewinnung eines Pedelecs im Stadtverkehr liegt bei ungefähr 11 Prozent. Dies erhöht die Reichweite vor dem nächsten Aufladen des Akkus nur mäßig.
Kritische Stimmen behaupten, dass die Rekuperation die Lebenszeit des E-Bike Akkus verkürzen kann. Dies soll durch Spannungsspitzen und zu schnelles Laden des Akkus geschehen. Wir haben leider noch keine Ergebnisse aus Langzeittests die diese Behauptung wiederlegen.
Nachrüstung eines E-Bikes mit Rekuperation
So kann man sein vertrautes Elektrofahrrad weiter nutzen und spart unter Umständen auch Geld. Der Motor, die Bedienelemente, die Kabel sowie der Akku bringen schon einiges an Gewicht mit. Gut fünf Kilogramm können auf diese Weise zusammenkommen und den Rahmen stark belasten.
Nachrüstsets gibt es je nach Hersteller zwischen 250 und 2.000 Euro. Da die Montage jede Menge technisches Know-how erfordert, empfehlen wir daher den Besuch bei einer spezialisierten Fahrradwerkstatt. Der Experte kann möglicherweise noch besser einschätzen, welches Motorenmodell für den Kunden infrage kommt. Außerdem bekommt man von der Werkstatt gegebenenfalls noch eine Garantie auf den Einbau - die Garantie-Ansprüche am E-Bike verliert man dann jedoch.
Es ist davon abzuraten, ein billiges oder veraltetes E-Bike aufzurüsten - die neuen Kräfte, die dann auf das Rad wirken, könnte es nicht aushalten. Außerdem geht - wie bereits erwähnt - die Garantie durch das Nachrüsten flöten. In vielen Fällen kommt man tatsächlich günstiger weg, wenn man sich ein gebrauchtes oder neues E-Bike mit Rekuperation kauft.
Alternative: ADTS-Antriebssystem von Niche Mobility
Ein neuer und besonderer E-Bike-Antrieb aus Europa steht in den Startlöchern. Niche Mobility aus Spanien steht vor der Markteinführung seines Automatic Digital Transmission System (ADTS). ADTS ist nicht nur ein einfacher Antrieb für E-Bikes, sondern bringt eine Reihe von Besonderheiten und innovative Neuerungen mit sich.
Der ADTS soll dabei ähnlich wie ein serieller Hybridantrieb funktionieren, bei dem der Motor von der Kurbel getrennt wird. Die Besonderheit bei ADTS: Die Kraftübertragung findet dennoch über einen Mittelmotor und einen Riemen statt. Die Kraft beim Pedalieren wird jedoch nicht direkt an den Riemen, sondern an einen Generator geleitet, der wiederum den Akku auflädt. Dieser versorgt den Motor, der eigenständig arbeitet.
Eine weitere Besonderheit von ADTS ist, dass der je nach Wahl 450 oder 650 Wh große Akku über eine regenerative Bremse wieder auflädt. Per Rekuperation ist der Antrieb in der Lage, bei Brems- und Verzögerungsvorgängen Energie zurückzugewinnen und so den Akku wieder zu laden, was natürlich der Reichweite zugutekommt. So sollen bis zu 80 km mit einer Akkuladung möglich sein.
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