Передача электроэнергии без проводов. Беспроводная передача энергии: технологии, перспективы и проблемы

Как работает беспроводная передача энергии. Какие технологии используются для беспроводной зарядки. Когда появится полностью беспроводное электричество. Каковы преимущества и недостатки беспроводной передачи энергии.

История развития беспроводной передачи энергии

Идея беспроводной передачи электроэнергии не нова — первые эксперименты в этой области проводил еще Никола Тесла в конце 19 века. Однако только в последние десятилетия технологии достигли уровня, позволяющего реализовать эту концепцию на практике.

Ключевые вехи в развитии беспроводной передачи энергии:

• 1890-е годы — эксперименты Николы Теслы по беспроводной передаче энергии с помощью электромагнитной индукции
• 1960-е годы — первое применение беспроводной зарядки в медицинских имплантах
• 1970-е годы — эксперименты по беспроводной зарядке электромобилей
• 2006 год — демонстрация передачи энергии на расстояние более 2 метров
• 2008 год — создание Консорциума беспроводной энергии и разработка стандарта Qi
• 2010-е годы — начало массового внедрения беспроводных зарядных устройств для смартфонов

Основные технологии беспроводной передачи энергии

На сегодняшний день существует несколько основных технологий, позволяющих передавать энергию без проводов:

Электромагнитная индукция

Это наиболее распространенная технология, используемая в современных беспроводных зарядных устройствах для смартфонов. Принцип работы основан на создании переменного магнитного поля в передающей катушке, которое индуцирует ток в принимающей катушке устройства.

Магнитный резонанс

Более продвинутая технология, позволяющая передавать энергию на большее расстояние. Основана на явлении резонанса между передающим и принимающим контурами, настроенными на одну частоту.

Микроволновое излучение

Технология для передачи энергии на большие расстояния с помощью направленного микроволнового луча. Потенциально может использоваться для передачи энергии с орбитальных солнечных электростанций.

Лазерное излучение

Еще одна технология дальней передачи энергии, использующая сфокусированный лазерный луч. Подходит для питания беспилотных летательных аппаратов.

Преимущества беспроводной передачи энергии

Развитие технологий беспроводной передачи энергии открывает ряд интересных возможностей:

• Повышение удобства использования электронных устройств за счет отказа от проводов
• Возможность подзарядки электромобилей во время движения
• Обеспечение энергией труднодоступных и удаленных районов
• Питание медицинских имплантов без необходимости замены батарей
• Создание орбитальных солнечных электростанций
• Беспроводное энергоснабжение беспилотных летательных аппаратов

Проблемы и ограничения беспроводной передачи энергии

Несмотря на активное развитие, технологии беспроводной передачи энергии все еще сталкиваются с рядом проблем:

• Низкий КПД передачи по сравнению с проводными системами
• Ограниченная дальность действия для большинства технологий
• Потенциальное влияние электромагнитного излучения на здоровье
• Сложность обеспечения совместимости между разными устройствами
• Высокая стоимость оборудования для передачи на большие расстояния

Перспективы развития беспроводной энергетики

Несмотря на имеющиеся проблемы, беспроводная передача энергии остается одним из наиболее перспективных направлений развития энергетики. Ожидается, что в ближайшие годы эта технология получит широкое распространение в следующих областях:

• Бытовая электроника — смартфоны, ноутбуки, умные часы и другие носимые устройства
• Электротранспорт — беспроводная зарядка электромобилей, электробусов, электроскутеров
• Промышленность — питание роботов и автоматизированных систем
• Медицина — имплантируемые медицинские устройства
• Беспилотные летательные аппараты
• Космические технологии — орбитальные солнечные электростанции

Ведущие компании в сфере беспроводной передачи энергии

Разработкой технологий беспроводной передачи энергии занимаются многие крупные технологические компании и стартапы:

• WiTricity — технологии магнитного резонанса для зарядки электромобилей
• Ossia — системы дальней беспроводной зарядки на основе радиочастотного излучения
• Energous — технология WattUp для зарядки потребительской электроники
• Powercast — решения для промышленного интернета вещей
• uBeam — ультразвуковые системы беспроводной передачи энергии
• Apple, Samsung, Xiaomi — разработка стандартов беспроводной зарядки смартфонов

Когда наступит эра полностью беспроводного электричества?

Полный отказ от проводов в энергетике вряд ли произойдет в ближайшем будущем. Однако уже сейчас можно выделить несколько этапов развития беспроводных технологий:

1. Массовое внедрение беспроводной зарядки в бытовой электронике (2020-е годы)
2. Широкое распространение беспроводной зарядки электротранспорта (2030-е годы)
3. Создание локальных зон беспроводного энергоснабжения в общественных местах (2040-е годы)
4. Разработка систем дальней беспроводной передачи энергии для труднодоступных районов (2050-е годы)
5. Возможное появление глобальных систем беспроводной передачи энергии, включая космические (после 2060 года)

Таким образом, полностью беспроводное электричество может стать реальностью лишь во второй половине 21 века. Однако уже в ближайшие десятилетия беспроводные технологии существенно изменят наш подход к использованию электроэнергии.

Военные США смогли передать без проводов 1,6 кВт мощности на один километр

3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Военные США смогли передать без проводов… Самое интересное в обзорах 22.04.2022 [10:52],  Геннадий Детинич Военно-морская исследовательская лаборатория США (NRL) провела два эксперимента по беспроводной передаче электроэнергии на дальность один километр. По словам исследователей, это был самый масштабный опыт подобного рода за последние 50 лет: с помощью микроволнового излучения по воздуху было передано 1,6 кВт мощности. Передающая антенна. Источник изображения: NRL Идее и опытам по передаче энергии без проводов свыше ста лет. Пионером этого направления, в частности, был Никола Тесла, который для масштабных экспериментов в 1901 году начал строить башню Ворденклиф, позже получившей неофициальное название «Башни Тесла». В то время считалось, что беспроводная передача электричества быстро приведёт к повсеместной и доступной электрификации, но законы физики оказались сложнее — КПД подобных установок оказался очень и очень низким для работы на больших дистанциях. Для повышения эффективности беспроводных установок по передаче энергии учёные NRL выбрали рабочую частоту излучения на уровне 10 ГГц. Такая частота снижает уровень затухания микроволн даже в плохую погоду во время сильных осадков, что позволяет сохранять КПД на приличном уровне — потери не превышают 5 %. Также работа в диапазоне 10 ГГц разрешена как безопасная для живых организмов — животных и людей, что не требует создания систем прерывания передачи, если в зону луча попадает человек, птица или зверь. Конкретный проект по беспроводной передаче энергии — Safe and Continuous Power bEaming — Microwave (SCOPE-M) — стартовал по заказу Министерства обороны США. Недавно одна из опытных установок — передатчик и приёмник — была развёрнута на исследовательском полигоне армии США в Блоссом-Пойнт, штат Мэриленд, а вторая — на передатчике Haystack Ultra Wideband Satellite Imaging Radar (HUSIR) в Массачусетском технологическом институте. Установка в Блоссом-Пойнт показала КПД 60 %. Опыт в MIT сопровождался меньшей пиковой эффективностью, но продемонстрировал более высокий средний уровень передаваемой мощности, поэтому в целом приёмником было получено больше энергии. Приёмная антенна (ректенна). Источник изображения: NRL Работа с установками военных подчёркивает первичную цель проекта — обеспечение питанием военных формирований на переднем крае, куда доставлять обычными путями топливо опасно. В перспективе подобные установки могут появиться на космических электростанциях на орбите Земли, чтобы оттуда снабжать электричеством земные объекты. «Хотя SCOPE-M был наземным каналом передачи энергии, он стал хорошим доказательством концепции космического канала передачи энергии, — сказал Брайан Тирни (Brian Tierney), инженер-электроник SCOPE-M. — Главным преимуществом передачи энергии из космоса на Землю для Министерства обороны является уменьшение зависимости от поставок топлива для войск, которые могут быть уязвимы для атак». Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1064481/voennie-ssha-ispitali-sovremennuyu-versiyu-bashni-tesla-peredali-bez-provodov-16-kvt-energii-na-odin-kilometr Рубрики: Новости Hardware, на острие науки, окружающая среда, Теги: военные технологии, беспроводная зарядка ← В прошлое В будущее →

Беспроводной способ передачи электроэнергии. Новейший кейс применения разработки компании Emrod — Будущее на vc.ru

Пока страны думают, как снизить объемы выбросов CO2 в атмосферу, увеличивая долю ВИЭ и атомной энергии, а десятки компаний ищут идеальный накопитель электроэнергии, новозеландский стартап Emrod презентовал способ беспроводной передачи электроэнергии.

4027 просмотров

Фото с официального сайта компании Emrod

Предприниматель Грег Кушнир задумался о дешевом и надежном способе электроснабжения в обход тяжеловесной инфраструктуры электрических сетей. В ходе исследований изучил работу НАСА и Японского космического агентства, которые планировали собирать солнечную энергию с помощью спутников и транслировать на Землю. Кушнир понял, что способ бесконтактной передачи электроэнергии на расстояния существует. Единичные исследования в этой области натыкались на проблему потерь большей части энергии и прекращались.

Ученый Рэй Симпкин из Callaghan Innovation по заказу Кушнира и при финансовой поддержке государства разработал прототип устройства беспроводной передачи электроэнергии.

Устройство беспроводной передачи энергии. Из чего состоит и как работает

Устройство представляет собой выполненные из метаматериалов передающую, принимающую антенны и реле между ними. Электрическая энергия в установке, проходя через передающую антенну, преобразуется в электромагнитные волны, направляется в ретранслирующие экраны, попадает в ректенну и трансформируется обратно в электроэнергию. Дальность действия устройства ограничивается видимостью.

Фото с официального сайта компании Emrod

Потеря энергии при передаче на прототипе составляет 30%. Причем эффективность принимающей антенны из радиопоглощающих метаматериалов стремится к 100%.

Прототип разработки с октября тестируется компанией Powerco — вторым по величине поставщиком электроэнергии в Новой Зеландии. Аппарат передает ток мощностью всего 2 кВт, но создатели уверяют, что мощность, как и дальность, легко нарастить.

Для передачи энергии Emrod задействует неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон частот (ISM). Существуют международные правила безопасности по использованию такой частоты и долгая история применения среди людей без ущерба здоровью.

Представители Emrod утверждают, что установка не угрожает птицам и дронам, оказавшимся на пути электромагнитных волн. Сети лазерных лучей окружают электрический путь, и, если в их периметр попадает объект, передача энергии прерывается, что не сказывается на бесперебойности электроснабжения. Снег, дождь, град, взвеси пыли не приводят к отключению устройства.

Планы компании Emrod

Разработчики не планируют вытеснять привычные электрические сети, а предлагают использовать устройство в труднодоступных районах или для быстрого возобновления электроснабжения на аварийных участках сети с помощью машин с антеннами.

Кроме того, установка таких аппаратов позволит передавать энергию станций ВИЭ в регионы с неподходящим для выработки «зеленой энергии» климатом.

15 октября компания написала на официальном сайте о возможном кейсе применения своей разработки для электроснабжении острова Стьюарт. Он расположен в 30 км от Южного острова в Новой Зеландии. 85% территории, а это 1300 квадратных километров, занимает Национальный парк Ракиура. Стьюарт почти полностью покрыт лесом, на острове живут 5 видов пингвинов, коричневая птица киви, редкий вид попугая Нестор-кака.

Фото с официального сайта компании Emrod

У национального парка с сохраненной экосистемой есть скелет в шкафу, не гармонирующий с имиджем парка. Потребности в электроэнергии острова покрываются дизельной генерацией и использованием сжиженного нефтяного газа, а годовые выбросы СО2 составляют 820 тонн. Кроме того, стоимость электроэнергии за кВт-ч на полдоллара дороже, чем на территории Новой Зеландии, питающейся от национальных электрических сетей. Люди экономят слишком дорогую энергию, поэтому потребление на человека на острове Стьюарт составляет меньше половины среднего потребления по стране.

Решением проблемы дорогостоящего и неэкологичного энергоснабжения могла бы стать прокладка подводного кабеля или использование энергии солнца и ветра на острове. Однако первый вариант требует огромных затрат, а ВИЭ не покроют потребностей в электроэнергии из-за недостаточной выработки в силу климата. Более того, установки для ВИЭ могут негативно влиять на экосистему. Солнечные панели закроют собой огромную площадь национального парка, а ветряная электростанция создаст вибрацию, к которой чувствительны птицы.

Emrod предлагает передавать энергию бесконтактно от ВИЭ с Южного острова. Компания подсчитала, что беспроводная передача электроэнергии за счет экономии на инфраструктуре снизит тариф для жителей Стьюарта с 0.6$ за кВт-ч до 0,46$ за кВт-ч. Это самый бюджетный вариант за аналогичную мощность.

Если разработка Emrod докажет жизнеспособность, то станет яркой иллюстрацией прорывных технологий, когда вдруг появляется стартап и кардинально меняет отрасль, устанавливая новые недорогие способы передачи электроэнергии.

Алексей Голиков

Эксперт отрасли электроэнергетики, создатель ООО «МЦР» https://www.facebook.com/masterskaycr https://www.facebook.com/alexeygolikov.mcr

Беспроводная мощность

— когда исчезнут все эти кабели?

Беспроводная передача энергии была мечтой Николы Теслы более ста лет назад. Тем не менее, несмотря на значительные усовершенствования его работы и работы многих других с тех пор, настоящая беспроводная мощность до сих пор кажется несбыточной мечтой.

Итак, напрашивается вопрос, когда вообще будет создан мир без проводов? Давайте взглянем.

Что такое беспроводная передача энергии?

БПЭ, или беспроводная передача энергии, представляет собой передачу электроэнергии из одной точки в другую через вакуум или воздух без необходимости использования проводов или других физических средств. Предполагается, что БПЭ можно использовать для обеспечения мгновенной подачи энергии или непрерывной подачи энергии по запросу.

Источник: Chapendra/Flickr

Современные технологии такого типа предлагаются там, где обычная проводка недоступна, опасна или просто менее удобна. Примеры сегодня включают беспроводные зарядные устройства для интеллектуальных устройств.

Вообще говоря, беспроводная передача энергии может быть достигнута с помощью различных методов, включая: 

• Индуктивное соединение
• Магнитно-резонансная индукция
• Электростатическая индукция
• Резонансная индуктивная связь
• Микроволновая передача энергии
• Лазерная передача энергии

Первые четыре из них, как правило, применимы только для коротких расстояний, а последние два специально разработаны для беспроводной передачи энергии на большие расстояния.

Что такое беспроводная зарядка?

Беспроводная или индуктивная зарядка — это тип передачи энергии, в котором используется электромагнитная индукция для обеспечения электроэнергией портативных устройств, таких как смартфоны и планшеты. Сегодня наиболее распространенной формой является так называемый стандарт беспроводной зарядки Qi для интеллектуальных устройств.

Однако эту технологию также можно найти в некоторых транспортных средствах, электроинструментах, другой бытовой электронике, такой как зубные щетки, и некоторых медицинских устройствах. Чтобы использовать его, совместимые электронные устройства размещаются рядом с зарядной станцией и заряжаются без необходимости точного выравнивания или электрического контакта с ней.

Вообще говоря, существует три основных типа беспроводной зарядки. К ним относятся: 

• Зарядные площадки — в них используется сильно связанная электромагнитная индуктивная или безызлучательная зарядка.
• Зарядные стаканы или зарядные устройства сквозного типа — в них используется слабосвязанная или радиационная электромагнитно-резонансная зарядка для передачи заряда на несколько сантиметров.
• Несвязанная радиочастотная (РЧ) беспроводная зарядка. Этот тип системы позволяет осуществлять «струйную» зарядку на расстоянии многих метров.

Источник: Libert Schmidt/Flickr

Все они используют один и тот же принцип для создания изменяющегося во времени магнитного поля, чтобы индуцировать ток в замкнутом контуре провода.

Будучи относительно новой для потребительских товаров, вы можете быть удивлены, узнав, что беспроводная зарядка на самом деле является довольно старой концепцией — на самом деле ей чуть более 100 лет. Подробнее об этом позже.

Как работает беспроводная зарядка?

В большинстве случаев беспроводная зарядка осуществляется посредством процесса, известного как индуктивная связь. Это включает в себя подачу переменного тока через индукционную катушку в зарядной станции или на площадке (также известную как первичная катушка или передающая катушка).

Поскольку любой движущийся электрический заряд создает магнитное поле, передающая катушка создает именно такое поле, интенсивность которого регулярно колеблется по мере постоянного изменения амплитуды переменного тока.

Это изменение напряженности магнитного поля порождает так называемое электродвижущее поле, как это описано в законе индукции Фарадея.

Этот закон гласит, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока через эту цепь. Говоря простым языком, это означает, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше напряжение в цепи, и любое изменение направления магнитного поля также определяет направление индуцированного тока.

Таким образом, напряжение цепи можно увеличить, добавив в цепь больше контуров. Таким образом, катушка с двумя петлями имеет вдвое большее напряжение, чем только одна петля. Этот закон лежит в основе конструкции и работы электрических двигателей и генераторов и объясняет, почему эти устройства, как правило, имеют несколько катушек.

Источник: Tony Webster/Flickr

Именно по этой причине беспроводные зарядные устройства для смартфонов имеют относительно небольшой радиус действия, поскольку медные катушки внутри них имеют диаметр всего несколько сантиметров.

Кроме того, увеличивая размер используемой катушки (катушек), расстояние и эффективность беспроводной зарядки также могут быть заметно увеличены. Чем больше катушки или чем их больше, тем больше площадь воздействия.

При беспроводной зарядке магнитное поле, создаваемое передающей катушкой, индуцирует другой переменный ток в другой индукционной катушке внутри портативного устройства. Индуцированный переменный ток, широко известный как приемная или вторичная катушка, затем преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, который, в свою очередь, заряжает аккумулятор устройства или обеспечивает прямое питание устройства.

Самые популярные

Может быть одна или несколько приемных катушек (или антенн).

Все хорошо, но у такой установки обычно относительно небольшой радиус действия. Для расширения диапазона можно использовать резонансную индуктивную связь (или магнитный резонанс). Это включает в себя добавление конденсатора к каждой индукционной катушке для создания двух LC-контуров с определенной резонансной частотой.

Величину индуцированного тока в принимающем токе можно увеличить, используя соответствующую емкость, чтобы контуры резонировали на одной частоте. Это также позволяет значительно увеличить радиус действия беспроводной зарядки.

Каковы основные вехи на пути к беспроводному питанию?

Чтобы оценить долгую историю беспроводной передачи энергии, давайте кратко рассмотрим некоторые основные вехи в развитии беспроводной зарядки на сегодняшний день.

1. Никола Тесла запускает беспроводную зарядку

Источник: One Tesla/Wikimedia

В конце 19 века дальновидный изобретатель и инженер Никола Тесла впервые продемонстрировал магнитно-резонансную связь. Это, если вы не в курсе, передача электричества по воздуху путем создания магнитного поля между двумя отдельными цепями (передатчиком и приемником).

Он смог продемонстрировать это, зажигая беспроводным способом фосфоресцентные лампы и лампы накаливания в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, а затем в серии публичных лекций. Тесла запатентовал технологию под названием «резонансный трансформатор» или «катушка Теслы».

Это устройство могло производить очень высокие напряжения и частоты, а его усовершенствованные более поздние конструкции позволили использовать эту технологию очень безопасным и надежным образом. Хотя, как мы видели, индуктивная и емкостная связь являются эффектами «ближнего поля» и не могут использоваться для передачи на большие расстояния. Однако Тесла был убежден, что сможет разработать беспроводную связь на большие расстояния.

В 1902 году Тесла начал экспериментировать с гораздо более крупным устройством, чтобы увидеть, возможно ли его видение всемирной беспроводной системы доставки энергии. Он предвидел огромную сеть башен, которые могли бы беспроводным образом освещать города, передавать сообщения и, возможно, даже приводить в действие такие вещи, как самолеты в воздухе.

Его первый прототип, башня Ворденклиф, был многообещающим, но в конечном итоге предприятие провалилось.

Тем не менее, это была новаторская работа, намного опередившая свое время.

2. Изобретение радио способствовало дальнейшему развитию концепции

Источник: not_Aaron/Flickr

Хотя с технической точки зрения радио не является формой беспроводной передачи энергии, оно работает по очень похожей концепции. Выявленный и изученный немецкими физиками Генрихом Герцем в конце 1880-х годов, он настолько вездесущ сегодня, что мы даже не задумываемся о нем.

Радио работает, передавая по воздуху электромагнитные волны на частотах от десятков до сотен герц. Они генерируются электронными устройствами, называемыми передатчиками, которые излучают радиоволны до тех пор, пока они не будут приняты другой антенной — приемником.

В приемнике радиоволны индуцируют небольшой переменный ток, который затем преобразуется в звук с помощью преобразователя. Весь этот процесс, по сути, представляет собой передачу энергии на расстояние без использования проводов.

Что касается только передачи энергии, то использование радиоволн еще не доказало свою эффективность. Это происходит из-за относительной низкой частоты радиосигналов и того факта, что они распространяются во всех направлениях. Это означает, что на один приемник может быть передано очень мало энергии — отсюда и необходимость в усилителе в большинстве ситуаций.

Однако с помощью устройства, называемого ректенной или выпрямляющей антенной. Это тип приемной антенны, которая используется для преобразования электромагнитной энергии в электричество постоянного тока. С помощью ректенны радиоволны можно было бы также использовать для передачи электричества на большие расстояния.

Однако текущая работа в этой области способна обеспечить только небольшое количество энергии в микроваттном масштабе. Хотя это полезно для небольших электронных устройств, таких как светодиоды или кремниевые чипы, это масштаб меньше, чем требуется для ваших умных часов или телевизора. Тем не менее, важно отметить, что в настоящее время радиоволновая беспроводная передача энергии является быстро развивающейся областью.

3. Микроволны использовались для беспроводной передачи энергии еще в 1960-х годах.

Источник: Researchgate

Для достижения наилучших результатов для эффективной передачи энергии потребуются передатчики, генерирующие высокочастотные волны, такие как микроволны. Чтобы достичь этого, микроволны должны быть сфокусированы в узкие лучи для передачи.

Первые шаги в этой области были сделаны во время Второй мировой войны, когда были разработаны такие устройства, как клистрон и магнетронная трубка, а также параболические антенны.

Один интересный пример был сделан Уильямом С. Брауном в 1960-х годах. Он смог продемонстрировать беспроводную передачу энергии на большие расстояния с помощью ректенны, которая могла эффективно преобразовывать микроволны в энергию постоянного тока. В 1964 году ему даже удалось продемонстрировать технику, запустив модель «вертолета» с помощью микроволн, излучаемых с земли!

Браун продолжал совершенствовать технику в качестве технического директора программы JPL-Raytheon до выхода на пенсию в середине 1980-х годов. Часть его работы здесь позволила его команде передать мощность 30 кВт на расстояние 1,6 км с эффективностью более 80%.

4. Беспроводная передача энергии использовалась в медицинских устройствах в 1960-х годах. 1960-е годы. Ранние версии этих устройств использовали только резонансную приемную катушку, а более поздние также поставлялись с резонансными передающими катушками.

Такие устройства были разработаны для обеспечения высокой эффективности с использованием маломощной электроники без необходимости использования проводов. Сегодня использование резонансной индуктивной передачи энергии становится все более распространенным со многими коммерчески доступными имплантируемыми медицинскими устройствами, такими как кохлеарные имплантаты.

5. Первые успехи в области беспроводной зарядки в транспортных средствах были сделаны в 1970-х годах

Источник: Momentum Dynamics

В 1970-х годах предпринимались различные попытки обеспечить беспроводную зарядку в транспортных средствах. Например, исследование 1972 года профессора Дона Отто из Оклендского университета.

Профессор Отто в своем исследовании предположил, что транспортное средство можно заряжать индуктивно с помощью передатчиков, встроенных в поверхность дороги. Приемники на транспортном средстве, предположительно, могли бы затем использоваться для питания транспортного средства во время его движения.

Позже, в 1978 году, первое применение индукционной зарядки было продемонстрировано Дж.Г. Болджер и его коллеги. Им удалось создать электромобиль с индуктивным питанием, используя систему, работающую на частоте 180 Гц и мощностью 20 кВт.

В конце десятилетия в Калифорнии также был представлен автобус с беспроводной зарядкой. Примерно в то же время аналогичные предприятия, основанные на индуктивной зарядке, были впервые реализованы во Франции и Германии.

Совсем недавно такие компании, как Momentum Dynamics, работали в Норвегии над системами беспроводной зарядки электромобилей. Используя технологию индуктивной зарядки, они надеются обеспечить беспроводную зарядку электромобилей, таких как автобусы или такси, что позволит им заряжаться без необходимости использования зарядных станций.

В этом решении электромобили будут подзаряжать свои аккумуляторы на холостом ходу, например, ожидая посадки пассажиров, вместо того, чтобы останавливаться в течение рабочего дня для подзарядки. Компания также работает с другими компаниями в Китае над разработкой аналогичного решения.

6. Зарядка на большие расстояния была продемонстрирована в 2007 г.

В 2006 г. профессор Массачусетского технологического института Марин Солячичм впервые продемонстрировал, что электричество можно передавать на расстояние более 6,6 футов (2 м). Это было достигнуто за счет использования высокорезонансной формы магнитной индукции.

Солячичм продемонстрировал, что можно передать 60 Вт мощности на аналогичный двойной резонансный приемник на расстояние 6,6 футов (2 м). Мало того, это было достигнуто с удивительной эффективностью 40%.

7. Консорциум Wireless Power был основан в 2008 г.

Источник: Aaron Yoo/Flickr

беспроводная технология питания и зарядки для устранения необходимости в модеме и использовании настенных розеток для зарядки. В рамках этих усилий был создан консорциум Wireless Power Consortium для разработки совместимых стандартов в отрасли.

Это в конечном итоге привело к стандарту индуктивной мощности Qi, который был впервые опубликован в 2009 году для высокоэнергетической зарядки и питания портативных устройств мощностью до 5 Вт на расстоянии 1,6 дюйма (4 см).

8. Сфокусированные электромагнитные лучи могут стать будущим беспроводной энергетики

Представление художника о проекте НАСА sps-ALPHA. Источник: SingularityHub /NASA

Одним из интересных направлений исследований беспроводной передачи энергии является использование электромагнитных лучей в качестве основного средства передачи. Например, были проведены эксперименты с микроволнами для обеспечения передачи энергии от точки к точке без использования проводов.

В 1960-х годах НАСА провело исследование, чтобы изучить возможность сбора энергии из космоса с помощью спутников с солнечными панелями и «передачи» энергии обратно на Землю. Работа проводилась в Лаборатории реактивного движения НАСА, где после некоторых проб и ошибок исследователи продемонстрировали передачу 30 кВт на расстояние 0,93 мили (1,5 км) с использованием микроволн 2,38 ГГц с эффективностью 80%.

Дальнейшая работа над аналогичной концепцией, названной SPS-ALPHA, была позже разработана НАСА в начале 2010-х годов.

Совсем недавно работа в этой области была сосредоточена на питании дронов на большом расстоянии. Например, в конце 1980-х годов Канадский исследовательский центр связи смог разработать небольшой прототип самолета, названный Стационарной высотной ретрансляционной платформой (SHARP).

Этот самолет приводился в действие с помощью микроволн и ректенны и мог пролететь 13 миль (21 км) в воздухе и оставаться в воздухе в течение нескольких месяцев без необходимости подзарядки. Аналогичное, более совершенное судно было разработано в Киотском университете в начале XIX века.90-е годы под названием «Эксперимент самолета с микроволновым подъемом» (MILAX).

В начале 2000-х НАСА также удалось разработать первый в мире самолет с лазерным двигателем. Был разработан небольшой прототип, который питался от электричества, генерируемого фотоэлементами, которые генерировали энергию от наземного ИК-лазера.

9. В настоящее время различные компании работают над беспроводным питанием для вашего дома.

Источник: Wi-Charge

В последние годы частный сектор все чаще принимает участие в деятельности, помогающей сделать беспроводную передачу энергии общедоступной. Различные компании, такие как Wi-Charge, Energous и Ossia, в настоящее время разрабатывают безопасные и надежные способы беспроводного питания устройств с использованием инфракрасных и радиочастотных технологий.

Решение Wi-Charge использует сфокусированные лучи ИК-излучения, направленные на приемник включенного устройства, которое преобразует луч в полезную электроэнергию. С другой стороны, Energous разрабатывает радиоволны, позволяющие заряжать многие устройства в радиусе 49 футов (15 метров).

Ossia разрабатывает средства беспроводной передачи энергии, предназначенные специально для автомобильного рынка. В будущем они надеются предоставить средства беспроводной зарядки совместимых устройств в автомобиле.

Благодаря этим решениям зарядные кабели могли бы уйти в прошлое, что было бы очень удобно в местах, где электрические кабели потенциально опасны или неудобны, например, в ванных комнатах.

10. Беспроводная передача энергии на большие расстояния может быть буквально за горизонтом

Источник: Emrod

Чтобы беспроводная передача энергии могла конкурировать с традиционной проводной, необходимы средства для ее передачи на большие расстояния. Именно здесь такие компании, как Emrod из Новой Зеландии, могут вскоре произвести революцию в способах передачи энергии по всему миру.

Они разрабатывают средства безопасного и беспроводного распределения электроэнергии в сотрудничестве с Powerco (вторым по величине дистрибьютором электроэнергии в Новой Зеландии). Компания Emrod недавно сообщила о многообещающих результатах своих нынешних прототипов, позволяющих эффективно передавать большое количество энергии между двумя точками.

Их решение использует набор антенн, реле и приемную ректенну для преобразования микроволновой энергии в электричество. Эти микроволны находятся в неионизирующем промышленном, научном и медицинском диапазоне радиоспектра, который включает в себя частоты, обычно используемые для связи Wi-Fi и Bluetooth.

11. Будущее должно быть быстрее и на большем расстоянии

Последние разработки в области беспроводной передачи энергии впечатляют, но это только начало. Однако важно отметить, что большинство экспертов подчеркивают, что современные решения не являются полностью беспроводными, поскольку сами передатчики должны быть каким-то образом подключены к сети.

Не только это, но и потребительский спрос в настоящее время несколько ограничен. Когда пользователи начинают доверять и покупаться на это в массовом порядке, спрос на гибкость и надежность, вероятно, значительно улучшится.

Это давление рынка заставит производителей разрабатывать более надежные и долговечные решения для беспроводной зарядки. В настоящее время для бытовых применений потребители могут выбирать между быстрой зарядкой на короткие расстояния (аналогично проводу) или непрерывной зарядкой на большие расстояния.

Работа над беспроводным распределением электроэнергии на большие расстояния потенциально очень перспективна, но она далека от жизнеспособной альтернативы традиционным медным проводам — по крайней мере, на данный момент.

Однако в ближайшие годы и десятилетия некоторые из наиболее распространенных способов использования кабелей в вашем доме могут уйти в прошлое, и то же самое может относиться и к вашему электромобилю. Однако крупномасштабное распределение электроэнергии с электростанций или из космоса, вероятно, еще не скоро станет возможным.

Как только будут найдены надежные и безопасные решения как для крупномасштабного, дальнего распределения для коммунальных служб и предприятий, так и для потребителей на короткие и средние расстояния, и преимущества обоих объединенных, только тогда беспроводная зарядка будет по-настоящему достичь совершеннолетия.

For You

наука

Будут ли российско-китайские планы по строительству лунной базы конкурентом программе NASA Artemis?

Мэтью С. Уильямс | 26.08.2022

инновацииВакцины против COVID-19 — начало революции мРНК

Грант Каррин| 27.07.2022

наукаРазумные чат-боты, Дуглас Хофштадтер и почему до общего ИИ еще далеко

Эрик Джеймс Бейер| 28.07.2022

More Stories

здоровье
Ковыряние в носу может привести к развитию болезни Альцгеймера и деменции

Лукия Пападопулос| 29.10.2022

инновации
Итак, вы думаете, что можете создать свое будущее с помощью носимых устройств?

Дина Тереза| 01.08.2022

наука
«Случайное отключение электричества» привело ученых к открытию нового способа производства водорода

Лукия Пападопулос| 28. 10.2022

Добро пожаловать в эпоху беспроводного электричества

Беспроводное электричество — это мечта 100-летней давности, которая может стать реальностью в ближайшие годы. Появление беспроводной зарядки, электромобилей, 5G и необходимость большей устойчивости привели к развитию полностью работоспособной технологии беспроводной передачи в разных частях мира.

От американской Wave Inc. до японской Space Power Technologies и новозеландского энергетического стартапа Emrod — существует ряд компаний, которые в настоящее время работают над технологией беспроводной передачи энергии. Для некоторых систем также начались полевые испытания, и будет интересно посмотреть, кто первым в этой гонке предложит эффективное, экономичное и жизнеспособное решение для беспроводного электричества.

История и наука о беспроводной передаче энергии 

Источник: Limor Zellermayer/Unsplash

Прежде чем мы перейдем к различным революционным инициативам, касающимся беспроводного электричества, важно понять его происхождение и концепцию, лежащую в основе этой технологии, которая делает ее надежным выбором для будущих потребностей в электроэнергии.

В 1891 году сербско-американский изобретатель Никола Тесла сконструировал катушку Теслы, уникальное устройство, которое работало на принципе электрического резонанса и могло передавать электричество без проводов. Однако катушка могла проводить электричество по беспроводной сети только на короткие расстояния, и из-за ее ограниченного потенциала она не оказалась практическим приложением 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 созданием энергетической станции, которая могла бы осуществлять высоковольтную беспроводную передачу энергии (БПЭ). В ходе 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 (называемую Теслой или Башней Уорденклиффа), которая, по его мнению, могла продемонстрировать возможность беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния. К сожалению, инвестор Дж. П. Морган отказался выделить дополнительные средства на его эксперименты, и в 1919 году проект был закрыт.06 и позже снесены.

Никола Тесла, возможно, умер в 1943 году, так и не осуществив свою мечту о беспроводном электричестве, но за последние 100 лет ряд экспериментов и исследований доказывает, что гениальный изобретатель, возможно, был на правильном пути в своем подходе к использованию земли. проводов в качестве среды для передачи беспроводной энергии.

В настоящее время разрабатываются различные методы беспроводной передачи энергии, и проводятся исследования по их широкомасштабному внедрению: 

Источник: NASA/Unsplash

Это перспективный метод, предполагающий использование солнечной энергии спутников, размещенных на высокой околоземной орбите. Спутник будет преобразовывать солнечный свет в энергию; эта энергия состоит из микроволн. Затем эти микроволновые сигналы будут передаваться на наземную антенну или на главную сетевую станцию.

Самый популярный

Оттуда сигналы будут передаваться на базовую сетевую станцию, которая будет преобразовывать микроволны в электричество постоянного тока. На сетевой станции электроэнергия также будет преобразовываться в энергетические пакеты, аналогичные интернет-пакетам данных, которые будут передаваться в отдельные дома и храниться в приемнике энергии.

Недавно Калифорнийский технологический институт объявил, что член совета директоров Дональд Брен, который также является владельцем инвестиционной компании Irvine Company, пожертвует 100 миллионов долларов на проект Калифорнийского технологического института по космической солнечной энергии (SSPP). Этот амбициозный проект направлен на создание спутниковой и микроволновой беспроводной энергетической сети, которая могла бы стабильно поставлять электроэнергию в любую точку Земли.

Источник: Daniel Clay/Unsplash

В этом методе микроволновое излучение преобразуется в электроэнергию постоянного тока с помощью микроволнового приемника и выпрямителя постоянного тока. Наивысший КПД, достигнутый при передаче СВЧ-энергии, составил 84%, что было зафиксировано в 1975, разработанной командой из Японии, но системы с более высокой выходной мощностью имеют более низкую эффективность. Следующей целью будет достижение высокоэффективной передачи энергии на большие расстояния.

Исследование, опубликованное в августе 2021 года в Университете Цукуба, Япония, показывает, что высокоэнергетическое микроволновое излучение может выступать в качестве эффективного беспроводного источника энергии для запуска ракет в космос. Когда ракета отправляется в космос, топливо составляет около 90% ее веса, эту нагрузку можно устранить за счет использования этой технологии беспроводной энергии на основе микроволнового излучения.

• Лазерная передача

Было показано, что наиболее эффективными преобразователями постоянного тока в лазер являются твердотельные лазерные диоды, подобные тем, которые коммерчески используются в волоконно-оптической и лазерной связи в свободном пространстве. Лазерная передача позволяет фотогальваническому приемнику принимать лазерные лучи и генерировать из них электроэнергию. Преимущество лазерной передачи энергии заключается в том, что лазерными лучами легче управлять для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Беспроводная энергетика больше не мечта Новой Зеландии

Источник: Samuel Ferrara/Unsplash

Энергетический стартап Emrod вскоре проведет испытания прототипа беспроводной энергетической инфраструктуры в Новой Зеландии. Если испытание пройдет успешно, это станет большим толчком для планов правительства Новой Зеландии по организации беспроводной передачи энергии по всей стране.

Компания Emrod разработала уникальную телеэнергетическую технологию, использующую беспроводную сеть антенн и ректенн (выпрямляющих антенн), передающих энергию в виде электромагнитных волн дальнего действия из одной точки в другую. Сначала электричество проводится через антенны в виде неионизирующего луча, имеющего частоту, эквивалентную радиоволнам.

По данным компании, «лазерная защитная шторка малой мощности гарантирует, что передающий луч немедленно отключится, прежде чем какой-либо движущийся объект (например, птица или вертолет) сможет достичь основного луча, гарантируя, что он никогда не коснется чего-либо, кроме чистого воздуха. »

Emrod утверждает, что эта технология хорошо подходит для гористой местности Новой Зеландии и может выдерживать различные погодные условия региона. Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн также считается благом для районов, 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 предполагает, что люди могут выступать против беспроводного электричества так же, как они скептически относятся к технологии 5G. Он считает, что реальная задача, связанная с этим проектом, заключается в том, чтобы убедить людей в том, что беспроводное электричество от Emrod не приводит к вредному излучению.

У Emrod также есть офис в Бостоне, и существует большая вероятность того, что следующий проект компании по производству беспроводного электричества 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 прекрасной альтернативой традиционным источникам энергии, может произвести революцию в секторе экологически чистой энергии. Это также является причиной того, что в сегменте WPT происходит так много интересных разработок:

• Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE) — американская технологическая компания, которая производит беспроводные энергетические решения для электромобилей средней и большой мощности. Системы зарядки, предоставляемые Wave, могут быть установлены под землей, под дорогами или на парковках и способны обеспечивать беспроводную мощность до 1 мегаватта.
  Недавние сообщения предполагают, что новый электрический грузовик Tesla Semi может использовать технологию индуктивной беспроводной зарядки от Wave для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии.
  
• Beyond Earth — некоммерческий исследовательский институт, предложивший концепцию создания полнофункциональной спутниковой солнечной системы передачи энергии. В институте утверждают, что предлагаемая беспроводная система может обеспечить питание промышленных приложений на Земле, а также человеческих операций на Луне.
  
  Предлагаемая энергосистема 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 к 2030 году завершить проект беспроводной энергетической системы на основе солнечных спутников.
• Департамент транспорта штата Индиана (INDOT) объединил усилия с Университетом Пердью и немецкой цементной компанией Magment для тестирования магнитных цементных дорог, которые могли бы заряжать электромобили во время движения по ним. На первом этапе Purdue проведет лабораторные испытания, чтобы подтвердить жизнеспособность предлагаемых намагниченных дорог.
  
  После одобрения университетом будет построена тестовая автомагистраль длиной 1312 футов (400 метров) с использованием магнитного цемента от Magment, а затем будут проведены дорожные испытания с использованием грузовиков мощностью 200 кВт. Если испытания окажутся успешными, государство в дальнейшем будет использовать технологию для развития дорог общего пользования.
  Этот проект беспроводной зарядки на земле является частью инициативы ASPIRE (Продвижение устойчивого развития за счет энергетической инфраструктуры для электрификации дорог), поддерживаемой Национальным научным фондом и многими другими государственными и частными институтами.
• WiTricity, американская компания, также работает над технологией парковки и зарядки, целью которой является зарядка электромобилей через магнитные резонаторы, когда транспортные средства припаркованы.

Наряду с Интернетом вещей и ИИ, беспроводная передача энергии также является неизбежным технологическим развитием, которое человечество выйдет на совершенно новый уровень в ближайшие годы.

Для вас

инновации

Компания Foresight помогла австрийскому городу защитить свои здания от европейских наводнений в 2021 году. Используемые ими барьеры для защиты от наводнений теперь пользуются растущим спросом по всей Европе.

Дина Тереза ​​| 03.08.2022

инновацииИнженер, построивший самолет у себя во дворе, летит с семьей по Европе

Дина Тереза| 02.09.2022

инновацииКосмический цемент уже здесь: как его можно использовать для строительства домов на Марсе и Луне

Дина Тереза| 16.