Бездротова передача електроенергії

В найближчому майбутньому проводу перестануть бути необхідністю не тільки для обміну інформацією, але і подачі електрики. CHIP розповість про вже існуючих і поки лише розробляються технології бездротової передачі енергії.

Ідея передачі електроенергії без проводів не нова - вона займає розуми вчених вже не перше сторіччя. Явище електромагнітної індукції, що дозволяє реалізувати цю ідею, відкрили ще в 1831 році англійський фізик Майкл Фарадей і американський учений Джозеф Генрі (Фарадей, втім, встиг опублікувати статтю з описом відкриття раніше), а експерименти в цій області велися протягом усієї другої половини XIX століття.

Найбільш відомим винахідником і експериментатором в сфері передачі електрики «по повітрю» став народжений на території сучасної Хорватії сербський вчений Нікола Тесла. Його досліди з електроустановками були до того масштабні і видовищні, що сучасники вважали його мало не чарівником. Дехто, до речі, навіть вважає, що саме робота одного з приладів Тесли викликала вибух в сибірській тайзі в районі ріки Подкаменна Тунгуска 30 червня 1908 року.

У XX столітті наукові роботи над передачею електроенергії «по повітрю» не припинялися. Були винайдені нові (крім електромагнітної індукції) способи реалізації цієї ідеї - наприклад, передача енергії за допомогою лазерного або мікрохвильового випромінювання. Про ці способи ми розповімо нижче.

Провідні вчені з різних країн світу сьогодні одноголосно називають бездротову передачу електрики одним з найважливіших індустріальних проривів найближчого майбутнього. З ними згодні і письменники-фантасти, наприклад, Артур Кларк, описав промислове використання технології у своїх творах. Втім, комерційні продукти, які застосовують методи бездротової передачі електроенергії, один за іншим з'являються в роздрібному продажі вже сьогодні. В основному мова йде про пристрої для зарядки мобільних гаджетів, а також значно меншою мірою - для підживлення батарей електромобілів.

Бездротова передача електроенергії може здійснюватися за кількома технологіями. Найбільш відомими і перспективними з них є наступні три.

Перевага: високий ККД

Недолік: мінімальна дальність дії

Електромагнітною індукцією називають явище виникнення електричного струму в замкненому контурі під впливом проходить через нього магнітного поля. Це означає, що якщо подати струм на одну індукційну котушку (у випадку з гаджетами - вбудований зарядний пристрій), а поруч з нею розташувати іншу (вбудовану в заряжаемое обладнання), то магнітний потік, який виникає під дією струму подається у першій котушці, збуджує електричний струм у другій. ККД таких систем перевищує 80%, але тільки в тих випадках, коли пристрій, що його заряджають знаходиться на мінімальній відстані від нього - не більше кількох сантиметрів.

При збільшенні дистанції ККД різко падає. Тим не менше саме на принципі електромагнітної індукції сьогодні заснована робота абсолютної більшості бездротових зарядних пристроїв.

Волога не страшна

Одними з перших масових побутових приладів, які використовують електромагнітну індукцію для бездротової зарядки, у 90-ті роки минулого століття стали електричні зубні щітки. Щоб не вдарило струмом у вологому приміщенні, кредл і зубна щітка не мають роз'ємів, а їхні корпуси герметичні - енергія від кредлу передається до щітки безконтактно.

Переваги: велика дальність дії; захищеність мереж

Недолік: необхідна пряма видимість між передавачем і приймачем

Лазерний промінь здатний передавати не тільки інформацію, але і енергію, причому на великі відстані конкретного пристрою і в строго вивірених обсягах, тоді як при застосуванні електромагнітної індукції електрика може отримувати будь-приймач з відповідними характеристиками, що знаходиться в зоні дії магнітного поля. Мінус в тому, що між лазерним передавачем і фотоелектричним елементом приймача повинна зберігатися пряма видимість, інакше енергія не буде досягати одержувача.

Модель літака НАСА

Працюють установки, що використовують живлення від лазерного променя, вже побудовані. Так, американський виробник літаків і військової техніки Lockheed Martin спільно з компанією LaserMotive зазнала безпілотний літальний апарат Stalker, здатний залишатися в повітрі, отримуючи живлення від лазерного променя, протягом 48 годин. А Національне аерокосмічне агентство США (НАСА) створив невелику радіокеровану модель літака, що одержує енергію від потужної лазерної гармати.

Перевага: велика дальність дії

Недолік: висока вартість обладнання

Для передачі електроенергії можна використовувати радиоантенну, створює мікрохвильове випромінювання. При цьому на пристрої-приймачі повинна бути встановлена ректенна, перетворююча приймається мікрохвильове випромінювання в електрострум. Ця технологія забезпечує можливість значного видалення від передавача і приймача не вимагає їх знаходження в прямій видимості один від одного. Зі збільшенням дальності, проте, пропорційно зростають розміри та собівартість обладнання. До того ж робота установки для передачі електроенергії з допомогою мікрохвильового випромінювання великої потужності може, як вважається, завдати шкоди довкіллю.

Мікрохвильовий вертоліт

Ще в 1964 році американський вчений Вільям Браун продемонстрував модель вертольота, що не має інших джерел живлення, крім ректенны. Щоб підняти в повітря на висоту близько 15 м модель вертольота масою 2,25 кг, знадобилася ректенна масою 900 м і площею близько 0,4 м2. Діаметр рефлектора антени-джерела становив кілька метрів.