Беспроводное электричество — это мечта столетней давности, которая может стать реальностью в ближайшие годы. Появление беспроводной зарядки, электромобилей, 5G и необходимость большей устойчивости привели к развитию полностью работоспособных технологий беспроводной передачи данных в разных частях мира.
От американской Wave Inc. до японской Space Power Technologies и новозеландского энергетического стартапа Emrod — ряд компаний в настоящее время работают над технологией беспроводной передачи энергии. Для некоторых систем также начались полевые испытания, и будет интересно посмотреть, кто окажется первым в этой гонке и предложит эффективное, экономичное и жизнеспособное беспроводное решение для электроснабжения.
История и наука беспроводной передачи энергии
Источник: Лимор Целлермайер / Unsplash
Прежде чем мы перейдем к различным революционным инициативам, касающимся беспроводной связи, важно понять ее происхождение и основную концепцию этой технологии, которая делает ее надежным выбором для будущих потребностей в электроэнергии.
В 1891 году, сербско-американский изобретатель Никола Тесла разработан катушки, уникальное устройство , которое работало по принципу электрического резонанса, и был в состоянии передачи электроэнергии без проводов. Однако катушка могла проводить электричество без проводов только на короткие расстояния, и из-за ее ограниченного потенциала она не оказалась практическим решением для беспроводной передачи электроэнергии.
Никола Тесла. Источник: Tonnelé and Co./Wikiemedia Commons.
Тесла все еще был одержим своей идеей беспроводной энергии, поэтому в последующие годы он работал над строительством энергетической станции, которая могла бы проводить высоковольтную беспроводную передачу энергии (WPT) . С помощью этого эксперимента Тесла стремился передавать сообщения по беспроводной сети на большие расстояния, используя либо серию стратегически расположенных башен, либо систему подвешенных воздушных шаров.
Он построил станцию беспроводной передачи на Лонг-Айленде (названную Башней Тесла или Варденклиф), которая, по его мнению, могла продемонстрировать возможность беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния. К сожалению, инвестор JP Morgan отказался предоставить дополнительные средства для своих экспериментов, и в 1906 году проект был закрыт, а затем снесен.
Никола Тесла, возможно, умер в 1943 году, когда его мечта о беспроводном электричестве не была реализована, но за последние 100 лет ряд экспериментов и исследований доказывают, что гениальный изобретатель, возможно, был на правильном пути в своем подходе к использованию земли вместо проводов. как среды для беспроводной передачи энергии .
Сегодня разрабатываются различные методы беспроводной передачи энергии, и продолжаются исследования по их широкомасштабному внедрению:
Солнечная спутниковая передача
Источник: НАСА / Unsplash
Это перспективный метод, предполагающий использование спутников на солнечной энергии, выводимых на высокую околоземную орбиту. Спутник будет преобразовывать солнечный свет в энергию; эта энергия состоит из микроволн. Эти микроволновые сигналы затем будут передаваться на антенну на земле или на главную станцию энергосистемы.
Оттуда сигналы будут передаваться на базовую станцию электросети, которая преобразует микроволны в электричество постоянного тока. На сетевой станции электричество также будет преобразовано в пакеты энергии, аналогичные пакетам данных в Интернете, которые будут передаваться в отдельные дома и храниться в приемнике энергии.
Недавно Caltech объявил, что член совета директоров Дональд Брен, который также является владельцем инвестиционной компании Irvine Company, пожертвует 100 миллионов долларов на проект Space Solar Power Project (SSPP) Caltech. Этот амбициозный проект направлен на создание спутниковой и беспроводной сети на базе микроволнового излучения, которая могла бы обеспечивать бесперебойную подачу электроэнергии в любую точку Земли.
Передача микроволновой энергии
Источник: Дэниел Клей / Unsplash
В этом методе микроволновое излучение преобразуется в электрическую энергию постоянного тока с помощью микроволнового приемника и выпрямителя постоянного тока. Наивысший КПД, достигнутый при передаче микроволновой энергии, составил 84%, что было зарегистрировано в 1975 году группой из Японии, но системы с более высокой выходной мощностью имели более низкий КПД. Следующая цель — добиться высокоэффективной передачи энергии на большие расстояния.
Исследование, опубликованное в августе 2021 года в Университете Цукуба, Япония, показывает, что микроволновое излучение высокой энергии может выступать в качестве эффективного беспроводного источника энергии для запуска ракет в космос. Когда ракета отправляется в космос, на долю топлива приходится около 90% ее веса, и эту нагрузку можно устранить с помощью этой технологии беспроводной передачи энергии на основе микроволнового излучения.
Лазерная передача
Лазерная передача позволяет фотоэлектрическому приемнику принимать лазерные лучи и вырабатывать из них электрическую энергию. Достоинством лазерной передачи энергии является то, что лазерными лучами можно легче управлять для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.
Новая Зеландия больше не мечтает о беспроводном энергоснабжении
Источник: Самуэль Феррара / Unsplash
Энергетический стартап Emrod скоро протестирует прототип беспроводной энергетической инфраструктуры в Новой Зеландии. Если испытание пройдет успешно, это станет большим толчком для реализации планов правительства Новой Зеландии по созданию беспроводной передачи энергии по всей стране.
Эмрод разработал уникальную телеэнергетическую технологию, в которой используется беспроводная сеть антенн и выпрямляющих антенн, переносящих энергию в виде электромагнитных волн дальнего действия от одной точки к другой. Сначала электричество передается через антенны в виде неионизирующего луча, имеющего частоту, эквивалентную радиоволнам.
По заявлению компании, «лазерная защитная завеса малой мощности гарантирует, что передающий луч немедленно отключается до того, как какой-либо преходящий объект (например, птица или вертолет) достигнет главного луча, гарантируя, что он никогда не коснется чего-либо, кроме чистого воздуха».
Эмрод утверждает, что эта технология хорошо подходит для гористой местности Новой Зеландии и может противостоять различным погодным условиям региона. Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн также считается благом для регионов, где традиционные электрические сети не могут быть установлены из-за финансовых или географических ограничений.
Хотя проект поддерживается правительством Новой Зеландии, генеральный директор Emrod Грег Кушнир ожидает, что люди могут выступать против беспроводного электричества так же, как они скептически относятся к технологии 5G. Он считает, что настоящая проблема, связанная с этим проектом, заключается в том, чтобы убедить людей, что беспроводное электричество от Emrod не приводит к вредному излучению.
У Emrod также есть офис в Бостоне, и есть большая вероятность, что следующий проект компании по производству беспроводной электроэнергии может быть реализован в США.
Некоторые другие новаторские инициативы в области беспроводной передачи энергии
Источник: Дональд Джаннатти / Unsplash
Новое десятилетие 21-го века требует экологически чистых и безграничных энергетических решений. Беспроводное электричество, которое является отличной альтернативой традиционным источникам энергии, может произвести революцию в секторе чистой энергии. Это также причина того, что в сегменте WPT происходит так много интересных событий:
1
Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE) — американская технологическая компания, которая производит решения для беспроводной связи для электромобилей средней и большой мощности. Системы зарядки, предоставляемые Wave, можно устанавливать под землей, под дорогами или на парковках, и они могут обеспечивать беспроводную мощность до 1 мегаватта.
Недавние отчеты предполагают, что будущий электрический грузовик Tesla Semi может использовать технологию индуктивной беспроводной зарядки от Wave для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии.
2
Beyond Earth — это некоммерческий исследовательский институт, который предложил идею создания полностью функциональной системы передачи энергии через солнечные спутники. Институт утверждает, что предлагаемая беспроводная система может обеспечивать работу промышленных приложений на Земле, а также операций человека на Луне.
Предлагаемая энергетическая система будет состоять из двух основных блоков; космический солнечный спутник, который будет получать энергию от Солнца и обрабатывать ее через свои фотоэлектрические элементы, концентраторы и субблоки БПЭ, а также приемник ректенны, который будет передавать энергию на Землю или Луну в соответствии с требованиями.
Институт рекомендует завершить строительство предлагаемой солнечной спутниковой беспроводной системы электроснабжения к 2030 году .
3
Департамент транспорта Индианы (INDOT) объединил усилия с Университетом Пердью и немецкой цементной компанией Magment для тестирования дорог с магнитным цементом, которые могут заряжать электромобили во время движения. На первом этапе Purdue проведет лабораторные испытания, чтобы подтвердить жизнеспособность предлагаемых намагниченных дорог.
После утверждения университетом, тестовая трасса длиной 400 метров будет построена с использованием магнитного цемента от Magment, а затем дорожные испытания будут проводиться с грузовиками с двигателем мощностью 200 кВт. Если испытания окажутся успешными, государство будет использовать эту технологию и в дальнейшем для развития дорог общего пользования.
Этот проект наземной беспроводной зарядки является частью инициативы ASPIRE (Повышение устойчивости с помощью энергетической инфраструктуры для электрификации дорог), поддерживаемой Национальным научным фондом и многими другими государственными и частными институтами.
4
Американская компания WiTricity также работает над технологией парковки и подзарядки, которая направлена на зарядку электромобилей с помощью магнитных резонаторов во время стоянки автомобилей.
Наряду с IoT и AI, беспроводная передача энергии также является неизбежным технологическим развитием, которое человечество испытает на совершенно новом уровне в ближайшие годы.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК