"Ідеї Ніколи Тесли стануть реальністю": вчені спрогнозували розвиток бездротових технологій

Бездротова електрика — мрія столітньої давності, яка може стати реальністю в найближчі роки. Поява бездротової зарядки, електромобілів, 5G і необхідність впровадження концепції сталого розвитку призвели до створення працездатних технологій бездротового передавання даних. Над такими проєктами сьогодні працюють компанії з різних країн світу — від американської Wave Inc. до японської Space Power Technologies і новозеландського енергетичного стартапу Emrod. Деякі системи вже проходять випробування, і буде цікаво подивитися, хто стане першим у цій гонці та запропонує ефективне, економічне та життєздатне бездротове рішення для електропостачання.

"Перш ніж перейти до розгляду методів бездротового передавання електроенергії, варто розібратися в основній концепції цієї технології", — вважає колумніст interestingengineering.com Рупендра Брахамбхатт.

Нікола Тесла — автор революційної ідеї передавання електроенергії через повітря

У 1891 році винахідник Нікола Тесла розробив котушку Тесли (Tesla coil) — резонансний трансформатор, що передає електроенергію без дротів, але тільки на короткі відстані. Через обмежений потенціал вона не знайшла практичного застосування. Але вчений не збирався здаватися і розробив проєкт енергетичної установки, яка могла б проводити високовольтне бездротове передавання енергії (WPT). Експериментуючи зі станцією, Тесла намагався передавати з її допомогою повідомлення через бездротову мережу на великі відстані. На жаль, інвестор JP Morgan відмовився надати додаткові кошти для тестів, і в 1906 році проєкт був закритий, а потім знесений.

Нікола Тесла помер у 1943 році, не зумівши до кінця реалізувати свою ідею про бездротову електрику, але за останні 100 років низка експериментів і досліджень довели, що винахідник, можливо, був на правильному шляху у своєму підході до використання землі як середовища для бездротового передавання енергії. Сьогодні розробляються різні методи бездротового передавання енергії, і тривають дослідження з їх широкомасштабного впровадження. Розглянемо найпопулярніші з них.

Сонячне супутникове передавання енергії

Цей метод передбачає використання супутників, виведених на високу навколоземну орбіту. За ідеєю, супутник повинен перетворювати сонячне світло на енергію, що складається з мікрохвиль. Ці мікрохвильові сигнали потім будуть передаватися на антену або на головну станцію енергосистеми, що знаходиться на Землі. Звідти сигнали будуть передаватися на базову станцію електромережі, яка перетворює мікрохвилі на електрику постійного струму. На мережевій станції електрика також буде перетворена на пакети енергії, аналогічні пакетам даних в інтернеті, які будуть передаватися в окремі будинки і зберігатися в спеціальних енергоприймачах.

"Нещодавно Каліфорнійський технологічний інститут заявив, що пожертвує $100 млн на проєкт Space Solar Power Project, спрямований на створення супутникової бездротової мережі, що працює на базі мікрохвильового випромінювання і здатної забезпечувати безперебійне подавання електроенергії в будь-яку точку планети", — пише Брахамбхатт.

Передавання мікрохвильової енергії

У цьому методі мікрохвильове випромінювання перетвориться на електроенергію постійного струму за допомогою мікрохвильового приймача і випрямляча постійного струму. Найвищий ККД, досягнутий під час передавання мікрохвильової енергії, склав 84%, що було зареєстровано в 1975 році групою вчених з Японії, але системи з більш високою вихідною потужністю мали більш низький ККД. Наступна мета — домогтися високоефективного передавання енергії на великі відстані.

За словами колумніста, дослідження, опубліковане в серпні 2021 року в Університеті Цукуба (Японія), показує, що мікрохвильове випромінювання високої енергії може бути ефективним бездротовим джерелом енергії для запуску ракет у космос. Коли ракета вирушає в космос, на частку палива припадає приблизно 90% її ваги, і це навантаження можна усунути, використовуючи технологію бездротового зв'язку на основі мікрохвильової енергії.

Лазерне передавання електрики

Лазерне передавання дозволяє фотоелектричному приймачеві приймати лазерні промені та генерувати з них електричну енергію. Перевагою лазерного передавання енергії є те, що лазерними променями можна легше керувати для бездротового передавання електроенергії на великі відстані.

Технологія бездротового передавання електроенергії на основі ректен

Енергетичний стартап Emrod скоро протестує прототип бездротової енергетичної інфраструктури в Новій Зеландії. Якщо випробування пройде успішно, це стане великим поштовхом для реалізації планів уряду зі створення бездротового передавання енергії по всій країні.

Інженери розробили технологію, в якій використовується бездротова мережа антен і випрямляльних антен (ректен), що переносять енергію у вигляді електромагнітних хвиль дальньої дії від однієї точки до іншої. За заявою компанії, "лазерна захисна завіса малої потужності гарантує, що промінь, який передає, негайно відключається до того, як будь-який тимчасовий об'єкт (наприклад, птах або вертоліт) досягне головного променя, гарантуючи, що він ніколи не торкнеться чого-небудь, крім чистого повітря".

"У компанії стверджують, що ця технологія підходить для гористої місцевості Нової Зеландії та її погодних умов. Технологія бездротового передавання електроенергії на основі ректен підійде для регіонів, де традиційні електричні мережі не можуть бути встановлені через фінансові або географічні обмеження. Але перешкоди на шляху розвитку інфраструктури Emrod все ж є: стартапу треба переконати людей, що випромінювання їм не зашкодить", — повідомляє колумніст.

Інші новаторські ініціативи в галузі бездротового передавання енергії

Живлення для електрокарів від Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE)

Американська компанія WAVE виробляє рішення для бездротового зв'язку для електромобілів середньої і великої потужності. Зарядні системи можуть бути встановлені під землею, під дорогами або на парковках, і здатні забезпечувати бездротову потужність до 1 МВт. Ця технологія вже проходить тестування.

Сонячна супутникова система Beyond Earth

Цей некомерційний дослідницький інститут запропонував ідею створення повністю функціональної системи передавання енергії через сонячні супутники. Інститут стверджує, що пропонована бездротова система може забезпечувати роботу промислових підприємств на Землі, а також допоможе підкорювачам Місяця.

Пропонована енергетична система буде складатися з двох основних блоків: супутника, який отримує енергію від Сонця та супутника, який оброблює її через свої фотоелектричні елементи, концентратори і субблоки, і приймача-ректени, який передає енергію на Землю або Місяць відповідно до вимог.

Інститут планує завершити будівництво пропонованої сонячної супутникової бездротової системи електропостачання до 2030 року.

Намагнічений бетон Magment

Департамент транспорту Індіани об'єднав зусилля з Університетом Пердью і німецькою компанією Magment для тестування доріг із намагніченим бетоном, які можуть заряджати електромобілі під час руху. Про цей проєкт Фокус докладно розповідав тут. Випробування намагніченої ділянки дороги вже почалися в Західному Лафаєтті (США).

"Разом з IoT та AI, бездротове передавання енергії також є неминучим технологічним розвитком, яке людство зазнає на абсолютно новому рівні в найближчі роки", — резюмує автор.

Раніше ми повідомляли про те, що японські вчені сконструювали кімнату, яка заряджає гаджети, що потрапили в неї.