Беспроводная передача электроэнергии

Беспроводная передача энергии – развивающаяся и перспективная область, охватывающая питание различных устройств: от крошечных датчиков до электромобилей.

Технология основана на законах Ампера и Фарадея, описывающих взаимодействие проводников переменного тока, а также возникновение электромагнитной индукции. Изменение электрического тока в проводнике вызывает магнитное поле, способное действовать на расположенный в нем замкнутый электрический контур, в котором возникает индукционный ток. Таким образом, через магнитное поле можно передавать энергию от одного устройства другому.

В магазинах самообслуживания на каждом товаре имеется наклейка, которая либо размагничивается на кассе, либо обнаруживается на выходе. Такие метки имеют в составе замкнутый металлический контур. Попадая в магнитное поле рамки, он получает мощность, достаточную для питания чипа и передачи ответного сигнала с информацией.

Значительный вклад в развитие беспроводной передачи энергии внес Никола Тесла – изобретатель и инженер, работавший в области электротехники в конце XIX – первой половине XX века. Трансформатор Тесла действует по усовершенствованному принципу резонансной электромагнитной индукции: обмотки трансформатора, связанные через магнитное поле описанным выше способом, образуют два колебательных контура. Резонансные частоты совпадают, что обеспечивает значительное улучшение качества передачи энергии.

Современная технология WiTricity также работает на основе метода резонансной электромагнитной индукции. КПД существующих устройств достигает 90%, что считается более чем достойным результатом. Данная технология позволяет передавать мощности до нескольких киловатт и успешно применяется для зарядки смартфонов, раций, медицинских приборов (например, кардиостимуляторов) и много другого.

К сожалению, большинство таких аппаратов требуют непосредственной близости прибора к зарядному устройству, которое по-прежнему подключено к розетке проводом. Но благодаря разработанному в 2009 году стандарту Qi нет необходимости в уникальных зарядных устройствах для каждой марки телефона, что делает возможным установку беспроводных зарядок в общественных метах: офисах, кафе и т.д. В скором времени планируется снабжать зарядными устройствами предметы мебели, на гладкой поверхности которых появится указатель, куда именно класть телефон для подзарядки.

Беспроводная передача энергии применяется в разработке систем «умный дом», так как очень удобно иметь не только общую информационную сеть приборов, но и питание, не привязанное к розеткам.

Более масштабные испытания Тесла проводил по созданию магнитного поля в помещении, что позволяло свободно переносить в пределах комнаты светящуюся газоразрядную лампу. Такой эффект был получен благодаря пластинам значительных размеров, вмонтированным в пол и потолок. Разум гения на этом не остановился – самая глобальная идея Теслы заключалась в передаче энергии огромной мощности. При этом он планировал использовать вместо пластин поверхность земли и атмосферу на высоте нескольких километров. Так Тесла предлагал реализовать всемирную беспроводную систему, питающую автомобили, фонари на улицах и приборы в домах.

Несколько десятилетий назад были проведены эксперименты по передаче высоких мощностей (десятки киловатт) на расстояние нескольких километров. Испытания прошли вполне успешно, что вызвало идею электроснабжения населенных пунктов без кабельной электросети.

Еще один способ высоковольтной передачи – лазерное излучение. В данном методе применяются волны видимого спектра. Эффективность передачи значительно повышается, но возникает существенный недостаток: приемник и передатчик должны находиться на одной линии, чтобы «видеть» друг друга. Тем не менее, технология может быть применима в области космических полетов: существует проект разгона летательных аппаратов, покидающих орбиту Земли, с помощью лазера.

Поиск возобновляемых источников энергии привел ученых к мысли об орбитальных электростанциях, работающих на солнечных батареях. Они могли бы передавать полученную энергию на землю с помощью СВЧ-волн.

У лазерной и микроволновой передачи много общего с радиосвязью, но длины волн сигналов используются разные. Так получилось, что беспроводная передача энергии − технология будущего – имеет твердые корни в прошлом.