Elektrienergia juhtmevaba edastamine vahemaa tagant: väljavaated, meetodid ja olemasolevad seadmed ilma juhtmeteta

Kui see esmakordselt ilmus, tundus vahelduv elektrivool fantaasiana. Selle leiutaja, geniaalne füüsik Nikola Tesla, uuris 19. ja 20. sajandi vahetusel elektri juhtmevaba ülekandmise probleemi pikkade vahemaade taha. Siiani pole seda probleemi täielikult lahendatud, kuid tulemused on julgustavad.

Ultraheli energia edastamiseks

Igasugune laine kannab energiat, sealhulgas kõrgsageduslikud helilained. Traadita elektriülekandel on kolm lähenemisviisi:

• elektrienergia ülekandmine muuks energiavormiks muundamise teel allika juures ja vastupidine muundamine elektriks vastuvõtvas seadmes;
• alternatiivsete elektrijuhtide loomine ja kasutamine (plasmakanalid, ioniseeritud õhu sambad jne) );
• Maa litosfääri juhtivate omaduste kasutamine.

Ultraheli meetod kuulub esimesse lähenemisviisi. Spetsiaalset tüüpi ultraheliallikas tekitatakse toite rakendamisel kõrgsageduslike helilainete suunatud kiir. Kui need vastuvõtjat tabavad, muundatakse helilainete energia elektrivooluks.

Ilma juhtmeteta jõuülekande maksimaalne kaugus on 10 meetrit. Tulemuse said 2011. aastal Pennsylvania ülikooli esindajad näitusel "The All Things Digital" toimunud esitlusel. Seda meetodit ei peeta paljutõotavaks mitmete selle puuduste tõttu: madal efektiivsus, madal pinge ja ultrahelikiirguse tugevuse piiramine sanitaarstandardite järgi.

Elektromagnetilise induktsiooni rakendamine

Kuigi enamik inimesi pole sellest isegi teadlikud, on seda meetodit kasutatud väga pikka aega, peaaegu vahelduvvoolu kasutamise algusest peale. Kõige tavalisem vahelduvvoolutrafo on kõige lihtsam traadita jõuülekandeseade, ainult edastuskaugus on väga lühike.

Trafo primaar- ja sekundaarmähised ei ole ühendatud ühte ahelasse ning kui primaarmähises voolab vahelduvvool, tekib sekundaarmähises elektrivool. Sel juhul toimub energia ülekanne elektromagnetvälja kaudu. Seetõttu kasutab see traadita jõuülekande meetod energia muundamist ühest tüübist teise.

Juba on välja töötatud ja igapäevaelus edukalt kasutusel mitmeid seadmeid, mille töö põhineb sellel meetodil. Need on juhtmevabad laadijad mobiiltelefonidele ja muudele vidinatele ning väikese tarbimisega kodumasinatele. elekter töö ajal (kompaktsed CCTV-kaamerad, igasugused andurid ja isegi LCD-telerid ekraanid).

Paljud eksperdid väidavad, et tuleviku elektrisõidukid kasutavad akude laadimiseks või sõitmiseks elektri tootmiseks juhtmevaba tehnoloogiat. Teedesse paigaldatakse induktsioonmähised (trafo primaarmähise analoogid). Need loovad vahelduva elektromagnetvälja, mis sõiduki sellest üle sõitmisel põhjustab sisseehitatud vastuvõtupoolis elektrivoolu. Esimesed katsed on juba tehtud ja saadud tulemused tekitavad vaoshoitud optimismi.

Selle meetodi eelistest võib märkida:

• kõrge efektiivsus lühikestel vahemaadel (suurusjärgus mitu meetrit);
• disaini lihtsus ja valdatud rakendustehnoloogia;
• suhteline ohutus inimeste tervisele.

Selle meetodi puuduseks – väike vahemaa, mille juures energia ülekandmine on efektiivne – vähendab oluliselt elektromagnetilisel induktsioonil põhineva juhtmevaba elektri rakendusala.

Erinevate mikrolaineahjude kasutamine

See meetod põhineb ka erinevate energialiikide muundamisel. Ülikõrgsageduslikud elektromagnetlained toimivad energia kandjana. Esimest korda kirjeldas ja rakendas seda meetodit oma installatsioonis Jaapani füüsik ja raadiotehnik Hidetsugu Yagi eelmise sajandi kahekümnendatel aastatel. Raadiolainete sagedus elektri juhtmevabaks edastamiseks on vahemikus 2,4 GHz kuni 5,8 GHz. Juba katsetatud ja positiivset tagasisidet saanud eksperimentaalne seadistus, mis jagab samaaegselt Wi-Fi ja toidab väikese võimsusega kodumasinaid.

Laserkiir on samuti elektromagnetkiirgus, kuid erilise omadusega – koherentsus. See vähendab ülekande energiakadusid ja suurendab seega tõhusust. Eeliste hulgast võib märkida järgmist:

• ülekandmise võimalus pikkade vahemaade taha (kümned kilomeetrid Maa atmosfääris);
• väikese võimsusega seadmete paigaldamise mugavus ja lihtsus;
• edastusprotsessi visuaalse kontrolli olemasolu - laserkiir on palja silmaga nähtav.

Lasermeetodil on ka puudusi, nimelt: suhteliselt madal kasutegur (45-50%), energiakaod, mis tulenevad atmosfäärinähtused (vihm, udu, tolmupilved) ja vajadus määrata saatja ja vastuvõtja asukoht põllul nähtavus.

Päikeseenergia väljavaated

Päikesevalguse intensiivsus väljaspool maakera atmosfääri on mitukümmend korda suurem kui maapinnal. Seetõttu hakkavad tulevikus päikeseelektrijaamad futuroloogide hinnangul paiknema maalähedasel orbiidil. Ja kogunenud elektri ülekandmine toimub nende arvates ilma voolu juhtivate juhtmeteta. Arendatakse välja ja rakendatakse pikselahendusi kopeerivat edastusmeetodit, õhku on kavas ühel või teisel viisil ioniseerida. Ja esimesed katsed selles suunas on juba tehtud. See meetod põhineb alternatiivsete juhtmevabade elektrivoolujuhtide loomisel.

Sel viisil maalähedaselt orbiidilt saadud juhtmevaba elekter on oma olemuselt impulsiivne. Seetõttu on selle praktiliseks rakendamiseks vaja võimsaid ja odavaid kondensaatoreid ning samuti on vaja välja töötada meetod nende järkjärguliseks tühjendamiseks.

Kõige tõhusam meetod

Planeet Maa on tohutu kondensaator. Litosfäär juhib peamiselt elektrit, välja arvatud väikesed alad. On olemas teooria, et juhtmevaba energia edastamine võib toimuda läbi maakoore. Lõpptulemus on järgmine: vooluallikas kontakteerub usaldusväärselt maapinnaga, allikast voolab maakoore teatud sagedusega vahelduvvool ja levib igas suunas, teatud ajavahemike järel asetatakse maasse elektrivoolu vastuvõtjad, kust see edastatakse tarbijad.

Teooria põhiolemus on aktsepteerida ja kasutada ainult ühe etteantud sagedusega voolu. Nagu raadiovastuvõtjas, reguleeritakse raadiolainete vastuvõtu sagedust, nii ka sellistes elektrilistes vastuvõtjates reguleeritakse vastuvõetava voolu sagedust. Teoreetiliselt on selle meetodi abil võimalik edastada elektrit väga pikkadele vahemaadele, kui vahelduvvoolu sagedus on madal, suurusjärgus paar Hz.

Traadita elektriülekande väljavaated

Lähiajal on oodata edastusfunktsiooniga ruuteritest koosneva PoWiFi süsteemi massilist kasutuselevõttu elekter mitmekümne meetri jagu kodumasinaid, mis töötavad vastuvõtva elektriga raadiolainetest. Sellist süsteemi katsetatakse praegu aktiivselt ja valmistatakse ette laialdaseks kasutamiseks. Üksikasju ei avalikustatud, kuid olemasoleva teabe kohaselt on "esiletõstmine" see, et see kasutab traadita elektrienergia allika ja vastuvõtja elektromagnetväljade sünkroniseerimist.

Väga kauges tulevikus kaalutakse võimalust loobuda traditsiooniliste elektrijaamade kasutamisest ülemaailmses mastaabis - kasutatakse madalal maakera orbiidil olevaid päikesejaamupäikesevalguse energia muundamine elektrienergiaks. Eeldatavasti kantakse elekter planeedi pinnale ioniseeritud õhu- või plasmakanalite kaudu. Ja maapinnal kaovad tavapärased elektriliinid ning asemele tulevad kompaktsemad ja tõhusamad süsteemid elektrienergia edastamiseks läbi litosfääri.