"Идеи Николы Теслы станут реальностью": ученые спрогнозировали развитие беспроводных технологий

Беспроводное электричество — мечта столетней давности, которая может стать реальностью в ближайшие годы. Появление беспроводной зарядки, электромобилей, 5G и необходимость внедрения концепции устойчивого развития привели к созданию работоспособных технологий беспроводной передачи данных. Над такими проектами сегодня работают компании из разных стран мира — от американской Wave Inc. до японской Space Power Technologies и новозеландского энергетического стартапа Emrod. Некоторые системы уже проходят испытания, и будет интересно посмотреть, кто окажется первым в этой гонке и предложит эффективное, экономичное и жизнеспособное беспроводное решение для электроснабжения.

"Прежде чем перейти к рассмотрению методов беспроводной передачи электроэнергии, стоит разобраться в основной концепции этой технологии", — считает колумнист interestingengineering.com Рупендра Брахамбхатт.

Никола Тесла — автор революционной идеи передачи электроэнергии по воздуху

В 1891 году изобретатель Никола Тесла разработал катушку Теслы (Tesla coil) — резонансный трансформатор, передающий электроэнергию без проводов, но только на короткие расстояния. Из-за ограниченного потенциала она не нашла практического применения. Но ученый не собирался сдаваться и разработал проект энергетической установки, которая могла бы проводить высоковольтную беспроводную передачу энергии (WPT). Экспериментируя со станцией, Тесла пытался передавать с ее помощью сообщения по беспроводной сети на большие расстояния. К сожалению, инвестор JP Morgan отказался предоставить дополнительные средства для тестов, и в 1906 году проект был закрыт, а затем снесен.

Никола Тесла умер в 1943 году, не сумев до конца реализовать свою идею о беспроводном электричестве, но за последние 100 лет ряд экспериментов и исследований доказали, что изобретатель, возможно, был на правильном пути в своем подходе к использованию земли в качестве среды для беспроводной передачи энергии. Сегодня разрабатываются различные методы беспроводной передачи энергии, и продолжаются исследования по их широкомасштабному внедрению. Рассмотрим самые популярные из них.

Солнечная спутниковая передача энергии

Данный метод предполагает использование спутников, выводимых на высокую околоземную орбиту. По идее, спутник должен преобразовывать солнечный свет в энергию, состоящую из микроволн. Эти микроволновые сигналы затем будут передаваться на антенну или или на главную станцию ​​энергосистемы, находящуюся на Земле. 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 специальных энергоприемниках.

"Недавно Калифорнийский технологический институт заявил, что пожертвует $100 млн на проект Space Solar Power Project, направленный на создание спутниковой беспроводной сети, работающей на базе микроволнового излучения и способной обеспечивать бесперебойную подачу электроэнергии в любую точку планеты", — пишет Брахамбхатт.

Передача микроволновой энергии

В этом методе микроволновое излучение преобразуется в электроэнергию 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 ученых из Японии, но системы с более высокой выходной мощностью имели более низкий КПД. Следующая цель — добиться высокоэффективной передачи энергии на большие расстояния.

По словам колумниста, 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, используя эту технологию беспроводной связи на основе микроволновой энергии.

Лазерная передача электричества

Лазерная передача позволяет фотоэлектрическому приемнику принимать лазерные лучи и генерировать из них электрическую энергию. Достоинством лазерной передачи энергии является то, что лазерными лучами можно легче управлять для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн

Энергетический стартап Emrod скоро протестирует прототип беспроводной энергетической инфраструктуры в Новой Зеландии. Если испытание пройдет успешно, это станет большим толчком для реализации планов правительства по созданию беспроводной передачи энергии по всей стране.

Инженеры разработали технологию, в которой используется беспроводная сеть антенн и выпрямляющих антенн (ректенн), переносящих энергию в виде электромагнитных волн дальнего действия от одной точки к другой. 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".

"В компании утверждают, что эта технология подходит для гористой местности Новой Зеландии и ее погодных условий. Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн подойдет для регионов, где традиционные электрические сети не могут быть установлены из-за финансовых или географических ограничений. Но препятствия на пути развития инфраструктуры Emrod все же есть: стартапу предстоит убедить людей, что излучение им не навредит", — сообщает колумнист.

Другие новаторские инициативы в области беспроводной передачи энергии

Питание для электрокаров от Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE)

Американская компания WAVE производит решения для беспроводной связи для электромобилей средней и большой мощности. Зарядные системы могут быть установлены под землей, под дорогами или на парковках, и способны обеспечивать беспроводную мощность до 1 МВт. Данная технология уже проходит тестирование.

Солнечная спутниковая система Beyond Earth

Этот некоммерческий исследовательский институт предложил идею создания полностью функциональной системы передачи энергии через солнечные спутники. Институт утверждает, что предлагаемая беспроводная система может обеспечивать работу промышленных предприятий на Земле, а также поможет покорителям Луны.

Предлагаемая энергетическая система будет состоять из двух основных блоков: спутника, получающего энергию от Солнца и обрабатывающего ее через свои фотоэлектрические элементы, концентраторы и субблоки, и приемника-ректенны, передающего энергию на Землю или Луну в соответствии с требованиями.

Институт планирует завершить строительство предлагаемой солнечной спутниковой беспроводной системы электроснабжения к 2030 году.

Намагниченный бетон Magment

Департамент транспорта Индианы объединил усилия с Университетом Пердью и немецкой компанией Magment для тестирования дорог с намагниченным бетоном, которые могут заряжать электромобили во время движения. Об этом проекте Фокус подробно рассказывал здесь. Испытания намагниченного участка дороги уже начались в Западном Лафайетте (США).

"Наряду с IoT и AI, беспроводная передача энергии также является неизбежным технологическим развитием, которое человечество испытает на совершенно новом уровне в ближайшие годы", — резюмирует автор.

Ранее мы сообщали о том, что японские ученые сконструировали комнату, которая заряжает попавшие в нее гаджеты.