Беспроводная передача электроэнергии на расстоянии: новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния

Содержание

новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния

Более ста лет назад гениальный изобретатель Никола Тесла доказал, что электричество можно передавать на большие расстояния без проводов. В ходе опытов в Колорадо-Спрингс он зажёг лампочку с помощью электромагнитного поля на удалении свыше трёх километров. Но тогда дальше экспериментов дело не пошло. Зато сегодня эти идеи могут воплотиться в жизнь благодаря новозеландскому стартапу и инвестициям второго по величине в стране поставщика электроэнергии.

Как сообщают источники, новозеландская энергетическая компания Powerco решила инвестировать в проект местного стартапа Emrod. Проект Emrod предусматривает беспроводную передачу энергии между приёмником и передатчиком на расстоянии прямой видимости, а это, на самом деле, могут быть десятки километров.

В то же время дальность передачи для этого проекта — не главное. Беспроводная передача энергии может помочь в случае ремонта сетей или аварий, что позволит потребителю оставаться подключённым даже во время обесточивания линий, а также в местах, где проведение линий электропередачи осложнено, запрещено или невозможно.

Мобильный комплекс для передачи и приёма энергии без проводов (Emrod)

Компания Emrod разработала уникальный прототип приёмника и передающей станции. К октябрю будет готов ещё один прототип. На начальном этапе будут проведены лабораторные испытания, а затем начнутся и полевые. Сначала без проводов планируется передавать ток мощностью до 2 кВт. Затем объёмы передаваемой без проводов энергии будут многократно увеличены. Заявлено, что за счёт новых радиопоглощающих материалов КПД приёмной (выпрямляющей) антенны доведён до 100  %, а КПД передающей системы приближается к 70 %.

Пример размещения установок по беспроводной передаче энергии (Emrod)

Проводные линии передачи электричества также подвержены потерям ― примерно до 15  %. Но в случае ЛЭП добавляются расходы на инфраструктуру ― обслуживание, безопасность, ремонт и другое. Тем самым беспроводная передача энергии с помощью микроволнового излучения в ряде случаев может заменить проводную. За безопасность работы системы будут отвечать лазеры с датчиками пересечения, которые будут автоматически отключать передачу энергии при попадании в зону канала передачи птиц, дронов, вертолётов или чего-то ещё.

Но в целом разработчики предполагают создавать достаточно широкие в пространстве каналы передачи, чтобы плотность передаваемой энергии была не выше плотности энергии солнечного излучения в жаркий полдень на экваторе.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3 способа беспроводной передачи энергии

Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.

Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.

Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.

В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.

Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:

  • как далеко можно передать электроэнергию таким способом
  • и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.

У ноутбука запросы уже побольше — 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.

Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.

Так какие же методы и способы для передачи эл.

энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.

Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.

Передача энергии через катушки

Самый легко реализуемый способ — использование катушек индуктивности.

Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.

Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:

  • маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.

  • небольшое расстояние

Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.

Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.

Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.

Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.

Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.

Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.

Лазерная передача энергии

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.

Первое что приходит на ум даже школьнику — это «Звездные войны», лазеры и световые мечи.

Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.

На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.
$.

В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат — 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.



Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.

Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели. 

Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.

Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.

Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.

Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.

Он даже дал ей свое название — ректенна.

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.

Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?

И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них — это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.

И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.

Вторая головная боль — нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.

В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки — до 85%.

Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:

  • большая мощность
  • стойкость к перегрузкам
  • отсутствие переизлучения
  • невысокая цена изготовления
Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.

После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.

Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.

Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях.  

В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.

Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.

Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:

  • на земле и в космосе
  • с поверхности земли на космический корабль или спутник
  • и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею — вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.

Этакая «звезда смерти» в наших земных реалиях.

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше — 5км (размер Садового кольца).

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос — увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Статьи по теме

Беспроводной способ передачи электроэнергии. Новейший кейс применения разработки компании Emrod

Пока страны думают, как снизить объемы выбросов CO2 в атмосферу, увеличивая долю ВИЭ и атомной энергии, а десятки компаний ищут идеальный накопитель электроэнергии, новозеландский стартап Emrod презентовал способ беспроводной передачи электроэнергии.

{«id»:168713,»url»:»https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod»,»title»:»\u0411\u0435\u0441\u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0441\u043f\u043e\u0441\u043e\u0431 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0434\u0430\u0447\u0438 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0438\u0438. \u041d\u043e\u0432\u0435\u0439\u0448\u0438\u0439 \u043a\u0435\u0439\u0441 \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u0440\u0430\u0437\u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u043a\u0438 \u043a\u043e\u043c\u043f\u0430\u043d\u0438\u0438 Emrod»,»services»:{«facebook»:{«url»:»https:\/\/www.facebook.com\/sharer\/sharer.php?u=https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod»,»short_name»:»FB»,»title»:»Facebook»,»width»:600,»height»:450},»vkontakte»:{«url»:»https:\/\/vk. com\/share.php?url=https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod&title=\u0411\u0435\u0441\u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0441\u043f\u043e\u0441\u043e\u0431 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0434\u0430\u0447\u0438 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0438\u0438. \u041d\u043e\u0432\u0435\u0439\u0448\u0438\u0439 \u043a\u0435\u0439\u0441 \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u0440\u0430\u0437\u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u043a\u0438 \u043a\u043e\u043c\u043f\u0430\u043d\u0438\u0438 Emrod»,»short_name»:»VK»,»title»:»\u0412\u041a\u043e\u043d\u0442\u0430\u043a\u0442\u0435″,»width»:600,»height»:450},»twitter»:{«url»:»https:\/\/twitter.com\/intent\/tweet?url=https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod&text=\u0411\u0435\u0441\u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0441\u043f\u043e\u0441\u043e\u0431 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0434\u0430\u0447\u0438 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0438\u0438. \u041d\u043e\u0432\u0435\u0439\u0448\u0438\u0439 \u043a\u0435\u0439\u0441 \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u0440\u0430\u0437\u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u043a\u0438 \u043a\u043e\u043c\u043f\u0430\u043d\u0438\u0438 Emrod»,»short_name»:»TW»,»title»:»Twitter»,»width»:600,»height»:450},»telegram»:{«url»:»tg:\/\/msg_url?url=https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod&text=\u0411\u0435\u0441\u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0441\u043f\u043e\u0441\u043e\u0431 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0434\u0430\u0447\u0438 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0438\u0438. \u041d\u043e\u0432\u0435\u0439\u0448\u0438\u0439 \u043a\u0435\u0439\u0441 \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u0440\u0430\u0437\u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u043a\u0438 \u043a\u043e\u043c\u043f\u0430\u043d\u0438\u0438 Emrod»,»short_name»:»TG»,»title»:»Telegram»,»width»:600,»height»:450},»odnoklassniki»:{«url»:»http:\/\/connect. ok.ru\/dk?st.cmd=WidgetSharePreview&service=odnoklassniki&st.shareUrl=https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod»,»short_name»:»OK»,»title»:»\u041e\u0434\u043d\u043e\u043a\u043b\u0430\u0441\u0441\u043d\u0438\u043a\u0438″,»width»:600,»height»:450},»email»:{«url»:»mailto:?subject=\u0411\u0435\u0441\u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0441\u043f\u043e\u0441\u043e\u0431 \u043f\u0435\u0440\u0435\u0434\u0430\u0447\u0438 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0438\u0438. \u041d\u043e\u0432\u0435\u0439\u0448\u0438\u0439 \u043a\u0435\u0439\u0441 \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u0440\u0430\u0437\u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u043a\u0438 \u043a\u043e\u043c\u043f\u0430\u043d\u0438\u0438 Emrod&body=https:\/\/vc.ru\/future\/168713-besprovodnoy-sposob-peredachi-elektroenergii-noveyshiy-keys-primeneniya-razrabotki-kompanii-emrod»,»short_name»:»Email»,»title»:»\u041e\u0442\u043f\u0440\u0430\u0432\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430 \u043f\u043e\u0447\u0442\u0443″,»width»:600,»height»:450}},»isFavorited»:false}

1040 просмотров

Фото с официального сайта компании Emrod

Предприниматель Грег Кушнир задумался о дешевом и надежном способе электроснабжения в обход тяжеловесной инфраструктуры электрических сетей. В ходе исследований изучил работу НАСА и Японского космического агентства, которые планировали собирать солнечную энергию с помощью спутников и транслировать на Землю. Кушнир понял, что способ бесконтактной передачи электроэнергии на расстояния существует. Единичные исследования в этой области натыкались на проблему потерь большей части энергии и прекращались.

Ученый Рэй Симпкин из Callaghan Innovation по заказу Кушнира и при финансовой поддержке государства разработал прототип устройства беспроводной передачи электроэнергии.

Устройство беспроводной передачи энергии. Из чего состоит и как работает

Устройство представляет собой выполненные из метаматериалов передающую, принимающую антенны и реле между ними. Электрическая энергия в установке, проходя через передающую антенну, преобразуется в электромагнитные волны, направляется в ретранслирующие экраны, попадает в ректенну и трансформируется обратно в электроэнергию. Дальность действия устройства ограничивается видимостью.

Фото с официального сайта компании Emrod

Потеря энергии при передаче на прототипе составляет 30%. Причем эффективность принимающей антенны из радиопоглощающих метаматериалов стремится к 100%.

{«url»:»https:\/\/booster.osnova.io\/a\/relevant?site=vc»,»place»:»between_entry_blocks»,»site»:»vc»,»settings»:{«modes»:{«externalLink»:{«buttonLabels»:[«\u0423\u0437\u043d\u0430\u0442\u044c»,»\u0427\u0438\u0442\u0430\u0442\u044c»,»\u041d\u0430\u0447\u0430\u0442\u044c»,»\u0417\u0430\u043a\u0430\u0437\u0430\u0442\u044c»,»\u041a\u0443\u043f\u0438\u0442\u044c»,»\u041f\u043e\u043b\u0443\u0447\u0438\u0442\u044c»,»\u0421\u043a\u0430\u0447\u0430\u0442\u044c»,»\u041f\u0435\u0440\u0435\u0439\u0442\u0438″]}},»deviceList»:{«desktop»:»\u0414\u0435\u0441\u043a\u0442\u043e\u043f»,»smartphone»:»\u0421\u043c\u0430\u0440\u0442\u0444\u043e\u043d\u044b»,»tablet»:»\u041f\u043b\u0430\u043d\u0448\u0435\u0442\u044b»}},»isModerator»:false}

Прототип разработки с октября тестируется компанией Powerco — вторым по величине поставщиком электроэнергии в Новой Зеландии. Аппарат передает ток мощностью всего 2 кВт, но создатели уверяют, что мощность, как и дальность, легко нарастить.

Для передачи энергии Emrod задействует неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон частот (ISM). Существуют международные правила безопасности по использованию такой частоты и долгая история применения среди людей без ущерба здоровью.

Представители Emrod утверждают, что установка не угрожает птицам и дронам, оказавшимся на пути электромагнитных волн. Сети лазерных лучей окружают электрический путь, и, если в их периметр попадает объект, передача энергии прерывается, что не сказывается на бесперебойности электроснабжения. Снег, дождь, град, взвеси пыли не приводят к отключению устройства.

Планы компании Emrod

Разработчики не планируют вытеснять привычные электрические сети, а предлагают использовать устройство в труднодоступных районах или для быстрого возобновления электроснабжения на аварийных участках сети с помощью машин с антеннами.

Кроме того, установка таких аппаратов позволит передавать энергию станций ВИЭ в регионы с неподходящим для выработки «зеленой энергии» климатом.

15 октября компания написала на официальном сайте о возможном кейсе применения своей разработки для электроснабжении острова Стьюарт. Он расположен в 30 км от Южного острова в Новой Зеландии. 85% территории, а это 1300 квадратных километров, занимает Национальный парк Ракиура. Стьюарт почти полностью покрыт лесом, на острове живут 5 видов пингвинов, коричневая птица киви, редкий вид попугая Нестор-кака.

Фото с официального сайта компании Emrod

У национального парка с сохраненной экосистемой есть скелет в шкафу, не гармонирующий с имиджем парка. Потребности в электроэнергии острова покрываются дизельной генерацией и использованием сжиженного нефтяного газа, а годовые выбросы СО2 составляют 820 тонн. Кроме того, стоимость электроэнергии за кВт-ч на полдоллара дороже, чем на территории Новой Зеландии, питающейся от национальных электрических сетей. Люди экономят слишком дорогую энергию, поэтому потребление на человека на острове Стьюарт составляет меньше половины среднего потребления по стране.

Решением проблемы дорогостоящего и неэкологичного энергоснабжения могла бы стать прокладка подводного кабеля или использование энергии солнца и ветра на острове. Однако первый вариант требует огромных затрат, а ВИЭ не покроют потребностей в электроэнергии из-за недостаточной выработки в силу климата. Более того, установки для ВИЭ могут негативно влиять на экосистему. Солнечные панели закроют собой огромную площадь национального парка, а ветряная электростанция создаст вибрацию, к которой чувствительны птицы.

Emrod предлагает передавать энергию бесконтактно от ВИЭ с Южного острова. Компания подсчитала, что беспроводная передача электроэнергии за счет экономии на инфраструктуре снизит тариф для жителей Стьюарта с 0.6$ за кВт-ч до 0,46$ за кВт-ч. Это самый бюджетный вариант за аналогичную мощность.

Если разработка Emrod докажет жизнеспособность, то станет яркой иллюстрацией прорывных технологий, когда вдруг появляется стартап и кардинально меняет отрасль, устанавливая новые недорогие способы передачи электроэнергии.

Алексей Голиков

Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Новости

5 августа 2020, 10:50

Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии. Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»

Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс. Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod.

Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество). Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.

В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.

Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.

Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания. Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.

Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.

Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации. Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.

Ранее ЭлектроВести писали, что одной из миссий выведенного на орбиту беспилотного космоплана ВВС США X-37B будет проверка идеи физика Джерарда О’Нила о возможности передачи концентрированной солнечной энергии из космоса на Землю. Эксперимент может сыграть революционную роль в будущем всей энергетики, если окажется, что такая передача возможна и она эффективна. Добывать энергию Солнца в космосе проще, чем на Земле, и возможность ее «приземления» откроет гигантские перспективы перед новым видом ВИЭ.

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

Разработан новый способ беспроводной передачи электроэнергии

Новозеландский стартап Emrod представил новый метод безопасной и беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния. Сейчас компания начинает работу над внедрением технологии в системы распределения электроэнергии в стране.

Сейчас у Emrod есть рабочий прототип устройства, и компания занялась разработкой еще одного для Powerco, — крупного дистрибьютора газа и электроэнергии в Новой Зеландии, который вложил деньги в проект. К октябрю стартап должен закончить новый прототип, провести лабораторные тесты, а затем и перейти к «полевым» испытаниям. Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт мощности», как говорят создатели, но его можно легко масштабировать.

«Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз большей мощности на гораздо большие расстояния», — сказал основатель Emrod Грег Кушнир.

Система использует передающую антенну, серию реле и приемную ректенну. Хоть и звучит такое количество приборов достаточно массивно, на самом деле каждый из них представляет из себя «квадрат», закрепленный на столбе. Спектр волн, которые используются в этих генераторах, пересекается с частотами промышленных, научных, медицинских предприятий, а также частотами, используемыми в Wi-Fi и Bluetooth.

Энергия же излучается непосредственно между определенными точками, также присутствует специальный предохранитель, который немедленно отключает передачу энергии, как только фиксирует приближение какого-либо объекта (птицы, дрона).

Компания также подчеркивает, что технология работает при любых погодных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждым ретранслятором.

Emrod считает, что их метод будет идеален для использования возобновляемой энергии, которая часто генерируется далеко от того места, где она необходима. Такая система может быть очень удобной для доставки электроэнергии от оффшорных станций. Она также может стать незаменимой в случаях незапланированного отключения электричества.

Передача электроэнергии без проводов- от начала до наших дней / Хабр

Передача электроэнергии без проводов, это способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи.

В конце XIX века открытие того, что при помощи электричества можно заставить светиться лампочку, вызвало взрыв исследований, целью которых было найти наилучший способ передачи электроэнергии.


Активно изучалась беспроводная передача энергии и в начале 20го века, когда ученые уделяли большое внимание поиску различных путей беспроводной передачи энергии. Цель исследований была проста – генерировать электрическое поле в одном месте так, чтобы затем можно было его приборами обнаружить на расстоянии. В то же время были предприняты попытки снабжения энергией на расстоянии не только высокочувствительных датчиков для регистрации напряжения, а и значительных потребителей энергии. Так, в 1904 году на выставке St. Louis World’s Fair был вручен приз за успешный запуск самолетного двигателя мощностью 0,1 лошадиной силы, осуществленный на расстоянии 30 м.

Гуру «электричества» известны многим (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas и др.), но мало кто знает, что японский исследователь Hidetsugu Yagi для передачи энергии использовал собственной разработки антенну. В феврале 1926 г. он опубликовал результаты своих исследований, в которых описал строение и способ настройки антенны Yagi.

Прим: про Никола Тесла (Nikola Tesla) я не упомянул сознательно: написано много и многими.

Очень серьёзные работы и проекты велись в СССР в период 1930-1941 гг и параллельно в Drittes Reich. Естественно, в основном, военного назначения. Естественно, в основном, военного назначения: поражение живой силы противника, уничтожение военной и промышленной инфраструктуры и т.д.
В СССР велись так же серьёзные работы по использованию СВЧ излучения для предотвращения поверхностной коррозии металлических конструкций и изделий.
Но это отдельная история. Опять надо лезть на пыльный чердак.

Один из крупнейших российских физиков прошлого столетия, лауреат Нобелевской премии, академик Пётр Леонидович Капица посвятил часть своей творческой биографии исследованию перспектив использования СВЧ-колебаний и волн для создания новых и высокоэффективных систем передачи энергии. В 1962 году в предисловии к своей монографии он писал

«… я хочу напомнить, что электротехника, прежде чем прийти на службу энергетике, в прошлом веке занималась широко только вопросами электросвязи (телеграф, сигнализация и пр. ). Вполне вероятно, что история повторится: теперь электроника используется главным образом для целей радиосвязи, но её будущее лежит в решении крупнейших проблем энергетики».

Из длинного перечня фантастических технических идей, реализованных в ХХ веке, только мечта о беспроводной передаче электрической энергии продолжала оставаться нереализованной. Подробные описания энергетических лучей в фантастических романах дразнили инженеров своей очевидной потребностью, и при этом практической сложностью реализации.
Но ситуация постепенно стала меняться к лучшему.

В 1964 году эксперт в области СВЧ-электроники William C.Brown впервые испытал устройство (модель вертолета) способное принимать и использовать энергию СВЧ пучка в виде постоянного тока, благодаря антенной решётке, состоящей из полуволновых диполей, каждый из которых нагружен на высокоэффективные диоды Шоттки.

В 1964 г. William C. Brown продемонстрировал на канале CBS в программе Walter Cronkite News свою модель вертолета, получавшую достаточную для полета энергию от микроволнового излучателя.


Уже к 1976 году Вильям Браун осуществил передачу СВЧ-пучком мощности в 30 кВт на расстояние в 1,6 км с КПД превышающим 80%.

Испытания проводились в лаборатории и по заказу Raytheon Co.
Подробно (на английском) читать:
Microwave Power Transmission — IOSR Journals
The microwave powered Helicopter. William C. Brown. Raytheon Company.

В 1968 году американский специалист в области космических исследований Питер Е. Глэйзер (Peter E. Glaser) предложил размещать крупные панели солнечных батарей на геостационарной орбите, а вырабатываемую ими энергию (уровня 5-10 ГВт) передавать на поверхность Земли хорошо сфокусированным пучком СВЧ-излучения, преобразовывать её затем в энергию постоянного или переменного тока технической частоты и раздавать потребителям.


Такая схема позволяла использовать интенсивный поток солнечного излучения, существующий на геостационарной орбите (~ 1,4 кВт/кв.м.), и передавать полученную энергию на поверхность Земли непрерывно, вне зависимости от времени суток и погодных условий [2-12]. За счёт естественного наклона экваториальной плоскости к плоскости эклиптики с углом 23,5 град., спутник, расположенный на геостационарной орбите, освещён потоком солнечной радиации практически непрерывно за исключением небольших отрезков времени вблизи дней весеннего и осеннего равноденствия, когда этот спутник попадает в тень Земли. Эти промежутки времени могут точно предсказываться, а в сумме они не превышают 1% от общей продолжительности года.

Частота электромагнитных колебаний СВЧ-пучка должна соответствовать тем диапазонам, которые выделены для использования в промышленности, научных исследованиях и медицине. Если эта частота выбрана равной 2,45 ГГц, то метеорологические условия, включая густую облачность и интенсивные осадки, практически не влияют на КПД передачи энергии. Диапазон 5,8 ГГц заманчив, поскольку дает возможность уменьшить размеры передающей и приемной антенн. Однако влияние метеорологических условий здесь уже требует дополнительного изучения.

Современный уровень развития СВЧ-электроники позволяет говорить о довольно высоком значении КПД передачи энергии СВЧ пучком с геостационарной орбиты на поверхность Земли — порядка 70-75%. При этом диаметр передающей антенны обычно бывает выбран равным 1 км, а наземная ректенна имеет размеры 10 км х 13 км для широты местности 35 град. СКЭС с уровнем выходной мощности 5 ГВт имеет плотность излучаемой мощности в центре передающей антенны 23 кВт/кв.м., в центре приемной – 230 Вт/кв.м.


Были исследованы различные типы твёрдотельных и вакуумных СВЧ-генераторов для передающей антенны СКЭС. Вильям Браун показал, в частности, что хорошо освоенные промышленностью магнетроны, предназначенные для СВЧ-печей, могут быть использованы также и в передающих антенных решётках СКЭС, если каждый из них снабдить собственной цепью отрицательной обратной связи по фазе по отношению к внешнему синхронизирующему сигналу (так называемый, Magnetron Directional Amplifier — MDA).

Ректенна – высокоэффективная приёмно-преобразующая система, однако низковольтность диодов и необходимость их последовательной коммутации, может приводить к лавинообразным пробоям. Циклотронный преобразователь энергии позволяет в значительной мере устранить эту проблему.

Передающая антенна СКЭС может представлять собой обратно-переизлучающую активную антенную решётку на основе щелевых волноводов. Её грубая ориентация осуществляется механическим путём, для точного наведения СВЧ-пучка используется пилот-сигнал, излучаемый из центра приёмной ректенны и анализируемый на поверхности передающей антенны сетью соответствующих датчиков.

С 1965 по 1975 гг. была успешно завершена научная программа, руководимая Bill Brown, продемонстрировавшая возможность передачи энергии мощностью 30 кВт на расстояние более 1 мили с эффективностью 84%.

В 1978–1979 годах в США под руководством Министерства энергетики (Department of Energy – DOE) и НАСА (NASA) была выполнена первая государственная научно-исследовательская программа, направленная на определение перспектив СКЭС.

В 1995–1997 годах НАСА вновь вернулось к обсуждению перспектив СКЭС, опираясь на прогресс технологий, достигнутый к тому времени.


Исследования были продолжены в 1999–2000 годах (Space Solar Power (SSP) Strategic Research & Technology Program).

Наиболее активно и планомерно исследования в области СКЭС проводила Япония. В 1981 году под руководством профессоров М.Нагатомо (Makoto Nagatomo) и С.Сасаки (Susumu Sasaki) в Институте космических исследований Японии были начаты исследования по разработке прототипа СКЭС с уровнем мощности 10 МВт, который мог бы быть создан с использованием существующих ракетоносителей. Создание такого прототипа позволяет накопить технологический опыт и подготовить основу для формирования коммерческих систем.


Проект был назван СКЭС2000 (SPS2000) и получил признание во многих странах мира.

В 2008 доцент кафедры физики Массачусетского Технологического Института (МИТ) Марин Солджачич (Marin Soljačić) был пробуждён от сладкого сна настойчивым пиканьем мобильного телефона. «Телефон не умолкал, требуя, чтобы я поставил его заряжаться», — рассказывает Солджачич. Уставший и не собиравшийся вставать, он стал мечтать о том, чтобы телефон, оказавшись дома, начинал заряжаться сам по себе.

Так появился WiTricity и WiTricity corporation.


В июне 2007 г. Marin Soljačić и еще несколько исследователей Массачусетского технологического института сообщили о разработке системы, в которой 60 Вт лампочка снабжалась от источника, располагавшегося на расстоянии 2 м, причем эффективность составила 40%.
По заявлению авторов изобретения, это не «чистый» резонанс связанных контуров и не трансформатор Теслы, с индуктивной связью. Радиус передачи энергии на сегодня составляет чуть больше двух метров, в перспективе – до 5-7 метров.
В целом, учеными испытывались две принципиально отличающиеся схемы.
1. В индукционной катушке или электрическом трансформаторе, которые имеют металлический или воздушный сердечник, передача энергии осуществляется путем простого электромагнитного соединения, называемого магнитной индукцией. С использованием этого метода передача и получение энергии стали осуществимы на значительном расстоянии, но для получения значительного напряжения подобным путем необходимо было расположить две катушки очень близко.
2. Если же используется магнитное резонансное сцепление, где оба индуктора настроены на взаимную частоту, значительная энергия может быть передана на немалое расстояние.

Сходные технологии лихорадочно разрабатываются и другими фирмами: компания Intel демонстрировала свою технологию WREL с КПД передачи энергии до 75%. В 2009 году фирма Sony продемонстрировала работу телевизора без сетевого подключения. Настораживает только одно обстоятельство: независимо от способа передачи и технических ухищрений, плотность энергии и напряженность поля в помещениях должна быть достаточно высокой, чтоб питать устройства мощностью несколько десятков ватт. По признанию самих разработчиков, информации о биологическом воздействии на человека подобных систем пока нет. Учитывая недавнее появление, и разный подход к реализации устройств передачи энергии, подобные исследования еще только предстоят, а результаты появятся не скоро. А мы сможем судить об их негативном воздействии только косвенно. Что-то опять исчезнет из наших жилищ, как, например, тараканы.

В 2010 году Haier Group, китайский производитель бытовой техники, представила на всеобщее обозрение на выставке CES 2010 свой уникальный продукт — полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).

В 2012-2015 гг. инженеры Вашингтонского университета разработали технологию, позволяющую использовать Wi-Fi в качестве источника энергии для питания портативных устройств и зарядки гаджетов. Технология уже признана журналом Popular Science как одна из лучших инноваций 2015 года. Повсеместное распространение технологии беспроводной передачи данных само по себе произвело настоящую революцию. И вот теперь настала очередь беспроводной передачи энергии по воздуху, которую разработчики из Вашингтонского университета назвали PoWiFi (от Power Over WiFi).


На стадии тестирования исследователи сумели успешно заряжать литий-ионные и никель-металл-гидридные аккумуляторы небольшой емкости. Используя роутер Asus RT-AC68U и несколько сенсоров, расположенных на расстоянии 8,5 метров от него. Эти сенсоры как раз и преобразуют энергию электромагнитной волны в постоянный ток напряжением от 1,8 до 2,4 вольта, необходимых для питания микроконтроллеров и сенсорных систем. Особенность технологии в том, что качество рабочего сигнала при этом не ухудшается. Достаточно лишь перепрошить роутер, и можно будет пользоваться им как обычно, плюс подавать питание к маломощным устройствам. На одной из демонстраций была успешно запитана небольшая камера скрытого наблюдения с низким разрешением, расположенная на расстоянии более 5 метров от роутера. Затем на 41% был заряжен фитнес-трекер Jawbone Up24, на это ушло 2,5 часа.

На каверзные вопросы о том, почему эти процессы не сказываются негативно на качестве работы сетевого канала связи, разработчики ответили, что это становится возможным благодаря тому, что перепрошитый роутер, во время своей работы, по незанятым передачей информации каналам рассылает пакеты энергии. К этому решению пришли когда обнаружили, что в периоды молчания энергия попросту утекает из системы, а ведь ее можно направить для питания маломощных устройств.

Во время исследований систему PoWiFi разместили в шести домах, и предложили жильцам пользоваться интернетом как обычно. Загружать веб-страницы, смотреть потоковое видео, а потом рассказать, что изменилось. В результате оказалось, что производительность сети не изменилась никак. То есть интернет работал как обычно, и присутствие добавленной опции не было заметным. И это были лишь первые тесты, когда по Wi-Fi собиралось относительно небольшое количество энергии.

В перспективе технология PoWiFi вполне сможет послужить для питания датчиков, встроенных в бытовую технику и военную технику, чтобы управлять ими беспроводным способом и осуществлять дистанционную зарядку/подзарядку.

Актуальным является передача энергии для БПЛА (вероятнее всего уже по технологии PoWiMax или от радиолокатора самолёта носителя):

→ LOCUST — Swarming Navy Drones
→ Пентагон успешно испытал рой из 103 беспилотников
→ Intel управляла шоу беспилотников во время выступления Леди Гаги в перерыве Суперкубка США

Для БПЛА негатив от закона обратных квадратов (изотропно-излучающая антенна) частично «компенсирует» ширина луча антенны и диаграмма направленности:

Ведь БРЛС ЛА в импульсе может выдавать под 17 кВт энергии ЭМИ.

Это не сотовая связь -где ячейка должна обеспечить связь конечным элементам на 360 градусов.
Допустим такая вариация:
Самолёт носитель ( для Perdix) это F-18 обладает (сейчас) БРЛС AN/APG-65:

максимальная средняя излучаемая мощность по 12000 Вт

или в перспективе будет иметь AN/APG-79 AESA:

в импульсе должен выдавать под 15 кВт энергии ЭМИ

Этого вполне достаточно, что бы продлить активную жизнь Perdix Micro-Drones с нынешних 20 минут до часа, а может и больше.

Скорее всего будет использоваться промежуточный дрон Perdix Middle, которого будет облучать на достаточном расстоянии БРЛС истребителя, а он в свою очередь осуществит «раздачу» энергии для младших братьев Perdix Micro-Drones по PoWiFi/PoWiMax, параллельно обмениваясь с ними информацией (полётно -пилотажной, целевыми задачами, координацией роя).

Возможно вскоре дело дойдет и до зарядки сотовых телефонов, и других мобильных устройств, которые находятся в зоне действия Wi-Fi, Wi-Max или 5G?

Послесловие: 10-20 лет, после широкого внедрения в повседневную жизнь многочисленных электромагнитных излучателей СВЧ (Мобильные телефоны, Микроволновые печи, Компьютеры,WiFi,Blu tools и т. д.) внезапно тараканы в больших городах вдруг превратились в раритет! Теперь таракан- насекомое, которое можно встретить разве что в зоопарке. Они неожиданно исчезли из домов, которые раньше так любили.

ТАРАКАНЫ КАРЛ!
Эти монстры лидеры списка «радиорезистентных организмов» бесстыдно капитулировали!
Справка
LD 50 — средняя летальная доза, то есть доза убивает половину организмов в эксперименте; LD 100 — летальная доза убивает всех организмов в эксперименте.

Кто следующий на очереди?

Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Украина: 2,5 мкВт/см². (самая жесткая санитарная норма в Европе)
Россия, Венгрия: 10 мкВт/см².
Москва: 2,0 мкВт/см². (норма существовала до конца 2009 года)
США, Скандинавские страны: 100 мкВт/см².
Временно допустимый уровень (ВДУ) от мобильных радиотелефонов (МРТ) для пользователей радиотелефонов в РФ определён 10 мкВт/см² (Раздел IV — Гигиенические требования к подвижным станциям сухопутной радиосвязи СанПиН 2. 1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи» ).
В США Сертификат выдается Федеральной комиссией по связи (FCC) на сотовые аппараты, максимальный уровень SAR которых не превышает 1,6 Вт/кг (причем поглощенная мощность излучения приводится к 1 грамму ткани органов человека).
В Европе, согласно международной директиве Комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), значение SAR мобильного телефона не должно превышать 2 Вт/кг (при этом поглощенная мощность излучения приводится к 10 граммам ткани органов человека).
Сравнительно недавно в Великобритании безопасным уровнем SAR считался уровень равный 10 Вт/кг. Такая же примерно картина наблюдалась и в других странах.
Принятую в стандарте максимальную величину SAR (1,6 Вт/кг) даже нельзя с уверенностью отнести к «жестким» или к «мягким» нормам.
Принятые и в США и в Европе стандарты определения величины SAR (все нормирование микроволнового излучения от сотовых телефонов, о котором идет речь базируется только на термическом эффекте, то есть связанном с нагреванием тканей органов человека).

ПОЛНЫЙ ХАОС.
Медицина до сих пор пока не дала внятного ответа на вопрос: вреден ли мобильный/WiFi и насколько?
А как будет с беспроводной передачей электроэнергии СВЧ технологиями?
Тут мощности не ватты и мили ватты, а уже кВт…

Прим: Типичная WiMAX базовая станция излучает мощность на уровне приблизительно +43 дБм (20 Вт), а станция мобильной связи обычно передает на +23 дБм (200 мВт).


Электричество без проводов — Энергетика и промышленность России — № 3 (31) март 2003 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 3 (31) март 2003 года

Биография американского изобретателя, серба по происхождению, Николы Теслы достаточно известна, и мы на ней останавливаться не будем. Но сразу уточним: прежде чем продемонстрировать свой уникальный эксперимент, Тесла, сначала в 1892 году в Лондоне, а через год в Филадельфии, в присутствии специалистов продемонстрировал возможность передачи электрической энергии по одному проводу, не используя при этом заземления второго полюса источника энергии. И тогда же у него возникла идея использовать в качестве этого единственного провода… Землю!

И в этом же году на съезде ассоциации электрического освещения в Сант-Льюисе он продемонстрировал электрические лампы, горящие без подводящих проводов, и работающий без подключения к электрической сети электромотор. Эту необычную экспозицию он прокомментировал следующим образом:

«Несколько слов об идее, постоянно занимающей мои мысли и касающейся всех нас. Я имею в виду передачу сигналов, а также и энергии на любое расстояние без проводов. Мы уже знаем, что электрические колебания могут передаваться по единственному проводнику. Почему же не воспользоваться для этой цели Землей? Если мы сможем установить период колебаний электрического заряда Земли при его возмущении, связанном с действием противоположно заряженной цепи, это будет фактом чрезвычайной важности, который послужит на благо всего человечества».

Увидя столь эффектную демонстрацию, такие известные олигархи, как Дж. Вестингауз и Дж. П. Морган, вложили в это перспективное дело свыше миллиона долларов, купив у Теслы его патенты (громадные, кстати, по тем временам деньги!). На эти средства в конце 90-х годов XIX века Тесла сооружает в Колорадо-Спрингс свою уникальную лабораторию.

Подробные сведения об экспериментах в лаборатории Теслы изложены в книге его биографа Джона О’Нейла «Электрический Прометей» (в нашей стране ее перевод был опубликован в журнале «Изобретатель и рационализатор» №4-11 за 1979 год). Приведем здесь лишь краткую выдержку из нее, чтобы не ссылаться на более поздние перепечатки:

«В Колорадо-Спрингс Тесла провел первые испытания беспроводной передачи электроэнергии. Он смог питать током, извлекаемым из Земли во время работы гигантского вибратора, 200 электрических лампочек накаливания, расположенных на расстоянии 42 километров от его лаборатории. Мощность каждой составляла 50 ватт, так что суммарный расход энергии составлял 10 кВт, или 13 л.с. Тесла был убежден, что с помощью более мощного вибратора он смог бы зажечь дюжину электрических гирлянд по 200 лампочек в каждой, разбросанных по всему земному шару».

Самого же Теслу настолько вдохновили успехи этих экспериментов, что он заявил в широкой печати, что намерен осветить Всемирную промышленную выставку в Париже, которую предполагалось провести в 1903 году, энергией электростанции, расположенной на Ниагарском водопаде и переданной в Париж без проводов.

Известно по многочисленным фотографиям и описаниям очевидцев и помощников изобретателя, что представлял собой генератор энергии, передаваемой на 42 километра без проводов (правда, это чисто журналистский термин: один провод, в качестве которого выступала Земля, в этой цепи присутствует, и об этом прямо говорят и сам Тесла, и его биограф).

То, что Тесла называл вибратором, было гигантским трансформатором его системы, имевшим первичную обмотку из нескольких витков толстого провода, намотанных на ограде диаметром 25 метров, и размещенную внутри нее многовитковую однослойную вторичную обмотку на цилиндре из диэлектрика. Первичная обмотка вместе с конденсатором, индукционной катушкой и искровым промежутком образовывала колебательный контур-преобразователь частоты.

Над трансформатором, располагавшимся в центре лаборатории, возвышалась деревянная башня высотой 60 метров, увенчанная большим медным шаром. Один конец вторичной обмотки трансформатора соединялся с этим шаром, другой — заземлялся. Все устройство питалось от отдельной динамо-машины мощностью 300 л.с. В нем возбуждались электромагнитные колебания частотой 150 килогерц (длина волны 2000 метров). Рабочее напряжение в высоковольтной цепи составляло 30 000 В, а резонирующий потенциал шара достигал 100 000 000 В, порождая искусственные молнии длиной в десятки метров!

Вот как объясняет работу вибратора Теслы его биограф:

«В сущности, Тесла «накачивал» в Землю и извлекал оттуда поток электронов. Частота накачки составляла 150 кГц. Распространяясь концентрическими кругами все дальше от Колорадо-Спрингс, электрические волны сходились затем в диаметрально противоположной точке Земли. Там вздымались и опадали волны большой амплитуды в унисон с поднятыми в Колорадо. Опадая, такая волна посылала электрическое эхо обратно в Колорадо, где электрический вибратор усиливал волну, и она мчалась обратно.

Если привести всю Землю в состояние электрической вибрации, то в каждой точке ее поверхности мы будем обеспечены энергией. Ее можно будет улавливать из мечущихся между электрическими полюсами волн простыми устройствами наподобие колебательных контуров в радиоприемниках, только заземленными и снабженными небольшими антеннами высотой с сельский коттедж. Эта энергия будет обогревать дома и освещать их с помощью трубчатых ламп Теслы, не требующих проводов. Для электромоторов переменного тока понадобились бы только преобразователи частоты». Сведения об экспериментах Теслы по передаче электроэнергии без проводов вдохновили и других исследователей на работы в этой области. Сообщения об аналогичных экспериментах часто появлялись в печати в начале прошлого века. Стоит привести в связи с этим выдержку из статьи A.M. Горького «Беседы о ремесле», опубликованной в 1930 году:

«В текущем году Маркони передал по воздуху электроток из Генуи в Австралию и зажег там электрические лампы на выставке в Сиднее. Это же было сделано 27 лет тому назад у нас, в России, литератором и ученым М.М. Филипповым, который несколько лет работал над передачей электротока по воздуху и в конце концов зажег из Петербурга люстру в Царском Селе (то есть на расстоянии 27 километров. -В.П.). Тогда на этот факт не было обращено должного внимания, но Филиппова через несколько дней нашли мертвым в своей квартире, а аппараты и бумаги его конфисковала полиция».

Эксперименты Теслы произвели большое впечатление и на другого литератора — Алексея Толстого, бывшего инженером по образованию. А когда Тесла, а затем и Маркони сообщили в печати, что их аппараты принимают странные сигналы внеземного, по-видимому, марсианского происхождения, это вдохновило писателя на написание фантастического романа «Аэлита». В романе марсиане пользуются изобретением Теслы и без проводов передают энергию от расположенных на полюсах Марса электростанций в любую точку планеты. Эта энергия приводит в действие двигатели летающих судов и другие механизмы.

Однако построить свою «мировую систему» для обеспечения электроэнергией населения земного шара без использования проводов Тесле не удалось. Как только в 1900 году он начал возводить на острове Лонг-Айленд под Нью-Йорком научно-исследовательскую лабораторию-городок на 2000 сотрудников и громадную металлическую башню с гигантской медной тарелкой на верхушке, сспохватились и «проводные» электрические олигархи: ведь повсеместное внедрение системы Теслы грозило им разорением. На миллиардера Дж.П. Моргана, финансировавшего строительство, последовал жестокий нажим, в том числе и от подкупленных конкурентами правительственных чиновников.

Начались перебои с поставками оборудования, строительство застопорилось, а когда Морган под этим нажимом прекратил финансирование, и вовсе прекратилось. В начале Первой мировой войны, по наущению тех же конкурентов, правительство США распорядилось взорвать уже готовую башню под надуманным предлогом, что ее могут использовать в целях шпионажа. Ну а затем электротехника пошла привычным путем.

Долгое время никто не мог повторить эксперименты Теслы хотя бы потому, что потребовалось бы создать аналогичную по размерам и мощности установку. Но в том, что Тесле удалось найти способ передачи электрической энергии на расстояние без проводов, более ста лет назад никто не сомневался. Авторитет Теслы, имевшего рейтинг второго после Эдисона изобретателя, во всем мире был достаточно высок, а его вклад в развитие электротехники переменного тока (в пику Эдисону, ратовавшему за постоянный ток) несомненен. При его экспериментах присутствовало много специалистов, не считая прессы, и никто никогда не пытался уличить его в каких-либо фокусах или подтасовке фактов. О высоком авторитете Теслы свидетельствует и название его именем единицы напряженности магнитного поля.

Вот только вывод Теслы о том, что во время эксперимента в Колорадо-Спрингс энергия была передана на расстояние 42 километра с к.п.д., равным около 90%, слишком оптимистичен. Напомним, что общая мощность зажженных на расстоянии ламп составляла 10 кВт, или 13 л.с., в то время как мощность динамо-машины, питавшей вибратор, достигала 300 л.с. То есть можно говорить о к.п.д. всего лишь порядка 4-5%, хотя и эта цифра поразительна.

Физическое обоснование экспериментов Теслы по беспроводной передаче электроэнергии до сих пор волнует многих специалистов. Одним из них было высказано интересное предположение, что своеобразным аккумулятором энергии, возвращавшим в Землю извлеченный из нее заряд, было громадное, сильно ионизированное облако, возникающее вокруг шара на верхушке мачты установки Теслы, с которого во время ее работы били громадные искусственные молнии. Иначе говоря, был создан своеобразный пульсирующий насос, периодически менявший заряд всей Земли (кстати, не такой уж большой). Желающим подсчитать емкость Земли как конденсатора напомним, что емкость шара численно равна его радиусу в сантиметрах, а «сантиметр» емкости условно равен одной пикофараде.

И лишь спустя сто лет после знаменитой демонстрации Теслы появились сведения о первых попытках воспроизвести их на современном оборудовании. Причем пришлось начать сначала — с эксперимента Теслы по передаче электроэнергии по одному проводу. Эксперименты проводились в июле 1990 года в лаборатории Московского энергетического института. В присутствии комиссии из специалистов их проводил инженер С. Авраменко. Источником энергии был модифицированный трансформатор Теслы, к одной из клемм которого подключалась линия длиной около трех метров (опыт был лабораторный). В усложненном варианте опыта линия представляла собой тончайшую вольфрамовую проволоку диаметром 15 микрон и с громадным сопротивлением. Но по ней удалось передать мощность в 1,3 кВт для гирлянды электрических лампочек, а провод при этом оставался холодным, словно он приобрел свойства сверхпроводника.

В более раннем эксперименте 1989 года на опыты Авраменко приехали посмотреть заместитель министра энергетики и начальники главков. Удивлялись и разводили руками точно так же, как и присутствовавшие сто лет назад на демонстрации Теслы в Лондоне тамошние специалисты. Ну а к 1991 году Авраменко увеличил длину линии передачи электроэнергии по одному проводу до 160 метров.

Кстати, характерна в этом отношении история электромобилей, появившихся более ста лет назад и еще тогда по своим параметрам успешно конкурировавших с автомобилями. С современными аккумуляторами они могут успешно соревноваться с ними и сейчас, но автомобильные олигархи делают все, чтобы не выпустить этого, по всем статьям опережающего автомобиль конкурента на мировой рынок.

Wireless Power — Когда исчезнут все эти кабели?

Беспроводная передача энергии была мечтой Николы Теслы более ста лет назад. Тем не менее, несмотря на значительные усовершенствования его работы и работы многих других с тех пор, настоящая беспроводная энергия все еще кажется чем-то несбыточной мечтой.

Итак, возникает вопрос, когда или будет ли когда-либо создан мир без проводов? Давайте взглянем.

Что такое беспроводная передача энергии?

WPT или беспроводная передача энергии — это передача электроэнергии из одной точки в другую через вакуум или воздух без необходимости использования проводов или других физических средств.Предположительно, WPT можно использовать для обеспечения мгновенной подачи энергии или непрерывной поставки энергии по запросу.

Источник: Chapendra / Flickr

Предлагаются современные приложения этого типа технологий там, где обычная проводка недоступна, опасна или просто менее удобна. Сегодняшние примеры включают беспроводные зарядные устройства для интеллектуальных устройств.

Вообще говоря, беспроводная передача энергии может быть достигнута с помощью различных методов, включая:

  • Индуктивная связь
  • Магнитно-резонансная индукция
  • Электростатическая индукция
  • Резонансная индуктивная связь
  • Передача микроволновой энергии
  • Передача энергии лазера

Первые четыре из них обычно применимы только для малых расстояний, в то время как последние два специально разработаны для беспроводной передачи энергии на большие расстояния.

Что такое беспроводная зарядка?

Беспроводная, или индуктивная, зарядка — это тип передачи энергии, в котором используется электромагнитная индукция для подачи электричества в портативные устройства, такие как смартфоны и планшеты. Сегодня наиболее распространенной формой является так называемый стандарт беспроводной зарядки Qi для смарт-устройств.

Однако эту технологию также можно найти в некоторых транспортных средствах, электроинструментах, другой бытовой электронике, такой как зубные щетки, и некоторых медицинских устройствах. Для его использования совместимые электронные устройства помещаются рядом с зарядной станцией и заряжаются без необходимости точного выравнивания или электрического контакта с ней.

Вообще говоря, существует три основных типа беспроводной зарядки. Это:

  • Зарядные площадки — для работы в них используется сильносвязанная электромагнитная индукционная или неизлучающая зарядка.
  • Зарядные стаканы или зарядные устройства сквозного типа — в них используется слабосвязанный или радиационный электромагнитный резонансный заряд для передачи заряда на расстояние в несколько сантиметров.
  • Несвязанная радиочастотная (RF) беспроводная зарядка — этот тип системы позволяет осуществлять «капельную» зарядку на расстоянии многих метров.
Источник: Libert Schmidt / Flickr

Все они используют один и тот же принцип для создания изменяющегося во времени магнитного поля для индукции тока в замкнутом проводном контуре.

Хотя беспроводная зарядка относительно нова для потребительских товаров, вы можете быть удивлены, узнав, что беспроводная зарядка на самом деле является довольно старой концепцией — ей чуть более 100 лет. Подробнее об этом позже.

Как работает беспроводная зарядка?

В большинстве случаев беспроводная зарядка осуществляется за счет индуктивной связи.Это включает в себя приложение переменного тока через индукционную катушку в зарядной станции или площадке (также известной как первичная катушка или катушка передачи).

Поскольку любой движущийся электрический заряд создает магнитное поле, передающая катушка создает именно такое поле, интенсивность которого регулярно колеблется, поскольку амплитуда переменного тока постоянно изменяется.

Это изменение напряженности магнитного поля приводит к возникновению так называемого электродвижущего поля, как это было описано законом индукции Фарадея.

Этот закон гласит, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь. Проще говоря, это означает, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше напряжение в цепи, и любое изменение направления магнитного поля также определяет направление индуцированного тока.

Следовательно, напряжение в цепи можно увеличить, добавив в цепь больше контуров. Таким образом, катушка с двумя петлями имеет в два раза большее напряжение, чем просто одна петля.Это закон, лежащий в основе конструкции и работы электродвигателей и генераторов, и объясняющий, почему эти устройства, как правило, имеют несколько катушек.

Источник: Tony Webster / Flickr

Именно по этой причине зарядные площадки для смартфонов имеют относительно небольшой радиус действия, поскольку медные катушки внутри них имеют диаметр всего несколько см.

Увеличивая размер используемых катушек, можно значительно увеличить расстояние и эффективность беспроводной зарядки.Чем больше катушки или их больше, тем больше площадь воздействия.

При беспроводной зарядке магнитное поле, создаваемое передающей катушкой, индуцирует другой переменный ток в другой индукционной катушке портативного устройства. Обычно известный как приемная или вторичная катушка, индуцированный переменный ток затем преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя, который, в свою очередь, заряжает аккумулятор устройства или обеспечивает прямое питание устройства.

Может быть одна или несколько приемных катушек (или антенн).

Все хорошо, но такая установка имеет тенденцию к относительно небольшому радиусу действия. Чтобы расширить диапазон, можно использовать резонансную индуктивную связь (или магнитный резонанс). Это включает добавление конденсатора к каждой индукционной катушке для создания, по сути, двух LC-контуров с определенной резонансной частотой.

Величину наведенного тока в приемном токе можно увеличить, используя соответствующую емкость, чтобы гарантировать, что контуры резонируют на одной и той же частоте. Это также позволяет значительно увеличить радиус действия беспроводной зарядки.

Какие основные вехи на пути к беспроводной энергии?

Чтобы оценить долгую историю беспроводной передачи энергии, давайте кратко рассмотрим некоторые из основных этапов развития беспроводной зарядки на сегодняшний день.

1. Никола Тесла отказывается от беспроводной зарядки.

Источник: One Tesla / Wikimedia

В конце 19 века дальновидный изобретатель и инженер Никола Тесла впервые продемонстрировал магнитно-резонансную связь.Это, если вы не знаете, передача электричества по воздуху путем создания магнитного поля между двумя отдельными цепями (передатчик и приемник).

Он смог продемонстрировать это, зажигая по беспроводной сети фосфоресцентные лампы и лампы накаливания в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, а затем в серии публичных лекций. Тесла запатентовал бы технологию под названием «резонансный трансформатор» или «катушка Тесла».

Это устройство могло производить очень высокие напряжения и частоты, а его усовершенствованные более поздние конструкции позволили использовать эту технологию очень безопасным и надежным образом.Хотя, как мы видели, индуктивная и емкостная связь являются эффектами «ближнего поля» и не могут использоваться для передачи на большие расстояния. Однако Тесла был убежден, что сможет разработать беспроводную мощность на большие расстояния.

В 1902 году Тесла начал экспериментировать с гораздо более крупной аппаратурой, чтобы увидеть, возможно ли его видение всемирной системы беспроводной доставки энергии. Он предвидел огромную сеть башен, которая могла бы без проводов освещать города, передавать сообщения и, возможно, даже приводить в действие такие вещи, как самолеты в воздухе.

Его первый прототип, Башня Ворденклиф, был многообещающим, но в конечном итоге затея провалилась.

Тем не менее, это была революционная работа, намного опередившая свое время.

2. Изобретение радио помогло продвинуть эту концепцию дальше.

Источник: not_Aaron / Flickr

Хотя технически говоря, это не форма беспроводной передачи энергии, радио работает по очень похожей концепции. Выявленный и изученный немецкими физиками Генрихом Герцем в конце 1880-х годов, он настолько распространен сегодня, что мы почти не задумываемся о нем.

Радио работает, передавая по воздуху электромагнитные волны на частотах от десятков до сотен герц. Они генерируются электронными устройствами, называемыми передатчиками, которые излучают радиоволны до тех пор, пока они не будут приняты другой антенной — приемником.

В приемнике радиоволны индуцируют небольшой переменный ток, который затем преобразуется в звук через преобразователь. По сути, весь этот процесс заключается в передаче мощности на расстояние без использования проводов.

Что касается только передачи энергии, то использование радиоволн пока не приносит результатов. Это происходит из-за относительности низкочастотных радиосигналов и того факта, что они распространяются во всех направлениях. Это означает, что на один приемник может быть передано очень мало энергии — отсюда необходимость в усилителе в большинстве ситуаций.

Однако с помощью устройства, называемого выпрямительной антенной. Это тип приемной антенны, которая используется для преобразования электромагнитной энергии в электричество постоянного тока.При использовании ректенны радиоволны, возможно, также могут использоваться для передачи электричества на большие расстояния.

Однако текущие работы в этой области могут обеспечить лишь небольшое количество энергии в масштабе микроватт. Хотя он полезен для небольших электронных устройств, таких как светодиоды или кремниевые чипы, он на порядок ниже, чем требуется для ваших умных часов или телевизора. Тем не менее, важно отметить, что беспроводная радиопередача энергии в настоящее время является быстро развивающейся областью.

3.

Микроволны использовались для беспроводной передачи энергии еще в 1960-х годах, когда Браун работал в «вертолетном» устройстве с микроволновым питанием. Источник: Researchgate

Для достижения наилучших результатов для эффективной передачи энергии потребуются передатчики, которые генерируют высокочастотные волны, например микроволны. Для этого микроволны необходимо сфокусировать в узкие лучи для передачи.

Первые шаги в этой области были сделаны во время Второй мировой войны, когда были разработаны такие устройства, как клистрон и магнетронная трубка, а также параболические антенны.

Один интересный пример был сделан Уильямом С. Брауном в 1960-х годах. Он смог продемонстрировать беспроводную передачу энергии на большие расстояния с помощью ректенны, которая могла эффективно преобразовывать микроволны в мощность постоянного тока. В 1964 году ему даже удалось продемонстрировать эту технику, приведя в действие модель «вертолета» с помощью микроволн, излученных с земли!

Браун продолжал совершенствовать эту технику в качестве технического директора программы JPL-Raytheon до своего выхода на пенсию в середине 1980-х годов. Часть его работы позволила его команде передать мощность 30 кВт на расстояние 1 милю (1,6 км) с эффективностью более 80%.

4. Беспроводная передача энергии использовалась в медицинских устройствах в 1960-х годах

Источник: MED-EL

Одним из наиболее важных практических приложений беспроводной передачи энергии было использование индуктивной беспроводной передачи энергии в имплантируемых медицинских устройствах в 1960-е годы. Ранние версии этих устройств использовали только резонансную катушку приемника, в то время как более поздние также поставлялись с катушками резонансного передатчика.

Такие устройства были разработаны для обеспечения высокого КПД с использованием электроники меньшей мощности без необходимости в проводах. Сегодня использование резонансной индуктивной передачи энергии становится все более распространенным во многих коммерчески доступных имплантируемых медицинских устройствах, таких как кохлеарные имплантаты.

5. Первые шаги в области беспроводной зарядки в транспортных средствах были сделаны в 1970-х годах.

Источник: Momentum Dynamics.

В 1970-х годах были предприняты различные попытки обеспечить беспроводную зарядку в транспортных средствах.Например, исследование 1972 года, проведенное профессором Доном Отто из Оклендского университета.

В ходе своего исследования профессор Отто предположил, что автомобиль можно заряжать индуктивно с помощью передатчиков, встроенных в поверхность дороги. Приемники на транспортном средстве, возможно, затем могут использоваться для питания транспортного средства во время его движения.

Позже, в 1978 году, первое применение индукционной зарядки было продемонстрировано Дж. Болджер и его коллеги. Им удалось создать электромобиль с индуктивным приводом от системы, работающей на частоте 180 Гц, мощностью 20 кВт.

В конце десятилетия в Калифорнии также был представлен автобус с беспроводной зарядкой. Подобные предприятия, основанные на индуктивной зарядке, были также пионерами во Франции и Германии примерно в то же время.

Совсем недавно такие компании, как Momentum Dynamics, работали в Норвегии над системами беспроводной зарядки для электромобилей. Используя технологию индуктивной зарядки, они надеются обеспечить беспроводную зарядку электромобилей, таких как автобусы или такси, что позволит им заряжать без необходимости использования зарядных станций.

Это решение позволит электромобилям наполнять свои батареи на холостом ходу, например, ждать, чтобы забрать пассажиров, вместо того, чтобы останавливаться в течение рабочего дня для подзарядки. Компания также работает с другими компаниями в Китае над разработкой аналогичного решения.

6. Зарядка на большие расстояния была продемонстрирована в 2007 году.

В 2006 году профессор Массачусетского технологического института Марин Солячич впервые продемонстрировал, что электричество может передаваться на расстояние более 6,6 футов (2 мт). Это было достигнуто за счет использования очень резонансной формы магнитной индукции.

Soljačićm продемонстрировал, что можно передавать мощность 60 Вт на аналогичный приемник с двойным резонансом на расстоянии 6,6 футов (2 м). Мало того, это было достигнуто с удивительной эффективностью 40%.

7. Консорциум Wireless Power Consortium был основан в 2008 г.

Источник: Аарон Ю / Flickr

В 2008 г. в ответ на широкомасштабное распространение мобильных телефонов, планшетов и других устройств были достигнуты успехи в исследованиях среднего бизнеса. -расширение беспроводного питания и технологии зарядки, чтобы избавиться от необходимости использовать модем и розетки для зарядки.В рамках этих усилий был создан консорциум Wireless Power Consortium для разработки стандартов взаимодействия в отрасли.

Это в конечном итоге привело к появлению стандарта индуктивной мощности Qi, который был впервые опубликован в 2009 году для высокоэнергетической зарядки и питания портативных устройств мощностью до 5 Вт на расстоянии 1,6 дюйма (4 см).

8. Сфокусированные электромагнитные лучи могут стать будущим беспроводной энергии

Художественное впечатление о проекте NASA sps-ALPHA. Источник: SingularityHub / NASA

Одним из интересных направлений исследований беспроводной передачи энергии является использование электромагнитных лучей в качестве основного средства передачи.Например, с микроволнами были проведены эксперименты, чтобы обеспечить двухточечную передачу энергии без использования проводов.

НАСА провело исследование в 1960-х годах, чтобы изучить возможность сбора энергии из космоса с помощью спутников, покрытых солнечными панелями, и «направить» энергию обратно на Землю. Работа проводилась в Лаборатории реактивного движения НАСА, где после некоторых проб и ошибок исследователи продемонстрировали передачу 30 кВт на расстояние 1,5 км с использованием микроволн 2,38 GH с эффективностью 80%.

Дальнейшая работа над аналогичной концепцией, получившей название SPS-ALPHA, была позже разработана НАСА в начале 2010-х годов.

В последнее время работа в этой области была сосредоточена на использовании дронов на больших расстояниях. Например, в конце 1980-х Канадскому исследовательскому центру связи удалось разработать небольшой прототип самолета под названием «Стационарная высокогорная релейная платформа (SHARP)».

Этот самолет приводился в действие с помощью микроволн и ректенны и мог пролетать 13 миль (21 км) в воздухе и оставаться в воздухе в течение нескольких месяцев без необходимости подзарядки.Аналогичный, более совершенный аппарат был разработан в Киотском университете в начале 1990-х годов под названием «Эксперимент с подъемом самолета в микроволновую печь» (MILAX).

В начале 2000-х НАСА также удалось разработать первый в мире самолет с лазерным приводом. Был разработан небольшой прототип, работающий от электричества, вырабатываемого фотоэлементами, вырабатывающими энергию наземного ИК-лазера.

9. Разные компании сейчас работают над беспроводной передачей энергии для вашего дома.

Источник: Wi-Charge

В последние годы частный сектор все активнее принимает участие в обеспечении широкого распространения беспроводной передачи энергии. Различные компании, такие как Wi-Charge, Energous и Ossia, в настоящее время разрабатывают методы безопасного и надежного питания устройств по беспроводной сети с использованием инфракрасных и радиочастотных технологий.

Решение Wi-Charge использует сфокусированные лучи инфракрасного света, направленные на приемник на активированном устройстве, которое преобразует луч в полезное электричество. Energous, с другой стороны, разрабатывает радиоволны, чтобы обеспечить возможность зарядки многих устройств в радиусе 49 футов (15 метров).

Ossia разрабатывает средства беспроводной передачи энергии, специально предназначенные для автомобильного рынка.В будущем они надеются предоставить средства беспроводной зарядки совместимых устройств в автомобиле.

Эти решения могли бы оставить в прошлом зарядные кабели — что-то, что было бы очень удобно в местах, где электрические кабели потенциально опасны или неудобны, например, в ванных комнатах.

10. Беспроводная передача энергии на большие расстояния может быть буквально за горизонтом.

Источник: Emrod

Для беспроводной передачи энергии, конкурирующей с традиционной проводной, необходимо средство для ее передачи на большие расстояния.Именно здесь такие компании, как базирующаяся в Новой Зеландии Emrod, могут вскоре произвести революцию в способах передачи энергии по всему миру.

Они разрабатывают средства безопасного и беспроводного распределения электроэнергии в сотрудничестве с Powerco (вторым по величине дистрибьютором электроэнергии Новой Зеландии). Emrod недавно сообщил о многообещающих результатах своих текущих прототипов, когда большое количество энергии эффективно передается между двумя точками.

В их решении используется серия антенн, реле и приемная ректенна для преобразования микроволновой энергии в электричество.Эти микроволны находятся в неионизирующем промышленном, научном и медицинском диапазоне радиочастотного спектра, который включает частоты, обычно используемые в связи Wi-Fi и Bluetooth.

11. Будущее должно быть быстрее и на больших расстояниях

Недавние разработки в области беспроводной передачи энергии впечатляют, но это только начало. Однако важно отметить, что большинство экспертов подчеркивают, что нынешние решения не являются полностью беспроводными, поскольку сами передатчики необходимо каким-либо образом подключать к сети.

Не только это, но и количество потребителей в настоящее время несколько ограничено. Когда пользователи начнут доверять и массово покупать , спрос на гибкость и надежность, вероятно, значительно улучшится.

Это рыночное давление заставит производителей разрабатывать более прочные, надежные решения для беспроводной зарядки с большим радиусом действия. В настоящее время для бытовых применений у потребителей есть выбор между малой, но быстрой зарядкой (по аналогии с проводом) или более длительной подзарядкой.

Работа над беспроводным распределением энергии на большие расстояния потенциально очень многообещающая, но это далеко не жизнеспособная альтернатива традиционным медным проводам — ​​по крайней мере, на данный момент.

Однако в ближайшие годы и десятилетия некоторые из наиболее распространенных способов использования кабелей в вашем доме могут уйти в прошлое, и то же самое может произойти и с вашим электромобилем. Однако крупномасштабное распределение электроэнергии от электростанций или из космоса, скорее всего, будет невозможно в ближайшее время.

Когда-то могут быть решены надежные и безопасные решения как для крупномасштабного распределения на большие расстояния для коммунальных предприятий и предприятий, так и решения для ближнего и среднего радиуса действия для потребителей, и преимущества обоих вместе взятых, только тогда беспроводная зарядка станет по-настоящему достичь совершеннолетия.

Tesla’s Wireless Power — Научный центр Tesla в Wardenclyffe

Спустя более чем столетие после его смерти открытие беспроводной связи Тесла редко приписывают ему. Томас Эдисон чаще ассоциируется с изобретением электричества; однако его эксперименты не увенчались успехом.Фактически, переменные токи переменного тока Теслы оказались более надежным методом проведения электричества.

Вопреки теории, контакт металла с металлом необходим для проведения электричества, Тесла успешно передавал токи через пластик на короткие расстояния с помощью магнитной индукции. Лаборатория Теслы в Уорденклиффе была его последним местом экспериментов с 185-футовой башней с металлическими прутьями, простирающимися под землей. Сегодня на ум приходит изображение с электрическими болтами, идущими от вершины башни, где катушки обмениваются электрическими токами.

Эксперименты Tesla с беспроводной связью

В конце 19 века в работе Теслы над башней исследовалась электрическая передача с использованием радиочастотного резонанса для создания электрической энергии через две катушки для генерации высокого напряжения и высокочастотных токов. В его экспериментах использовались индуктивная и емкостная связи в ближнем поле. Индуктивное поле ближнего поля — это беспроводной физический уровень малого радиуса действия, который передает маломощное, нераспространяющееся магнитное поле между устройствами. Емкостные муфты передают мощность между двумя сетями путем смещения токов, создаваемых электрическими полями.

Tesla провела демонстрацию перед толпой, демонстрируя, как лампы накаливания можно зажигать без проводов, когда они находятся рядом с катушкой. По мере продвижения своих исследований он тестировал передачу на большие расстояния с использованием LC-цепей.

Тесла продолжил свои исследования по разработке метода передачи на большие расстояния на большой высоте в Колорадо-Спрингс. Его теория заключалась в том, что воздух низкого давления, присутствующий на высоте 30 000 футов, позволит электрической передаче перемещаться на гораздо большие расстояния. Он предположил, что может использовать всю планету для проведения электричества, посылая импульсы переменного тока в землю.Наши учебники по истории на сегодняшний день не отражают, что он добился успеха в доказательстве этой теории.

Тем не менее, он точно предсказал успех Интернета и сотовых телефонов, работающих с использованием беспроводной связи на большие расстояния. Он считал, что беспроводная передача данных может решить множество глобальных проблем, предоставляя средства мгновенной связи, «будет сделан большой шаг к объединению и гармоничному существованию различных рас, населяющих земной шар».

Современные приложения для беспроводной технологии Tesla

Катушка

Тесла все еще используется в некоторых наших теле- и радиотехнических конструкциях, но не имеет большого практического применения.Однако его метод резонансной индуктивной связи применяется в наших беспроводных системах малого радиуса действия.

На пороге предоставления бесплатной энергии всем исследование Теслы было подавлено влиятельными людьми, которые не хотели, чтобы энергия стала бесплатным товаром. Банкиры отказали Тесле в финансировании, и его теория о всемирной передаче данных была опровергнута; однако его исследование имело такое значение, что после его смерти оно было конфисковано ФБР.

Исследования Tesla в области беспроводного электропитания по-прежнему имеют потенциал для будущих инноваций, поскольку наша технология развивается с учетом новых технологий ИИ.

Беспроводная передача электроэнергии

Беспроводная передача электроэнергии

Международный журнал научных и технических исследований, Том 4, выпуск 6, июнь-2013 142

ISSN 2229-5518

Беспроводная передача электроэнергии Дханашри Коткар2 Ашок Бханге1 kdhanashree2[email protected] com , [email protected],

1SDCE Selu-Kate, Wardha, 2DES’sCOET Dhamangaon (Rly.), (Индия)

РЕЗЮМЕ: различные технологии, доступные на данный момент для беспроводной передачи электроэнергии, и потребность в беспроводной Обсуждается система передачи энергии, чтобы найти ее возможность в реальной практике, их преимущества и недостатки, а также с экономической точки зрения.Технология, используемая для беспроводной передачи энергии, известна как остроумие. Беспроводная передача энергии — не новая идея; Никола Тесла предложил теории беспроводной передачи энергии в конце 1800-х — начале 1900-х годов. Работа Теслы была впечатляющей, но она не сразу привела к широкому распространению практических методов беспроводной передачи энергии. С тех пор многие исследователи разработали несколько методов перемещения электричества на большие расстояния без проводов. Некоторые существуют только как теории или прототипы, но другие уже используются.В 2007 году исследователи из Массачусетского технологического института под руководством Марин Сойячич обнаружили эффективный способ передачи энергии между катушками, разделенными на несколько метров. Они окрестили эту технологию остроумием. Остроумие основано на связанных резонансных объектах. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, не меняя местами окружение. Исследователи демонстрируют способность передавать 60 Вт с эффективностью примерно 40% на расстояние более 2 метров.В настоящее время проект ищет передачу энергии в диапазоне 100 Вт. Поскольку остроумие находится в стадии разработки, предстоит проделать большую работу по улучшению диапазона передачи мощности и эффективности.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: электричество, надежность, беспроводная передача, технология witricity.

ВВЕДЕНИЕ

В нынешней системе производства электроэнергии мы тратим впустую более половины ее ресурсов. В частности, потери при передаче и распределении являются главной проблемой современной энергетической технологии.Большая часть этой энергии теряется при передаче от генераторов электростанции к потребителю. Сопротивление провода, используемого в системе распределения электрической сети, приводит к потере 26-30% вырабатываемой энергии. Эта потеря означает, что наша нынешняя система распределения электроэнергии эффективна только на 70-74%. Мы должны подумать об альтернативных современных технологиях передачи и распределения электроэнергии. В наши дни глобальный сценарий сильно изменился, и в каждой области есть колоссальные изменения.Если мы не поспеем за развитием новых энергетических технологий, мы столкнемся с тенденцией к снижению в развитии электроэнергетики. Передача электроэнергии без проводов может быть прекрасной альтернативой передаче электроэнергии. Это один из недостатков электричества. Хотя это может облегчить жизнь людей, это может добавить много беспорядка в процесс. По этим причинам ученые попытались разработать методы беспроводной передачи энергии, которые могли бы уменьшить беспорядок или привести к чистым источникам электроэнергии.Беспроводная передача энергии — не новая идея. Многие исследователи разработали несколько методов беспроводной передачи энергии
. Но остроумие — это новая технология, используемая для беспроводной передачи энергии. Использование этой технологии позволяет передавать электроэнергию на удаленные объекты без проводов. Изобретатели остроумия — исследователи из Массачусетского технологического института (MIT). Они разработали новую технологию беспроводной передачи электроэнергии, основанную на связанных резонансных объектах.В этом используются резонансные магнитные поля. Таким образом, потери мощности уменьшаются. Система состоит из передатчиков и приемников. Передатчики и приемники содержат рамочные магнитные антенны из медных катушек, настроенные на одну и ту же частоту.

ПЕРВАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

В этом замечательном открытии «Истинной беспроводной связи» и принципов, на которых базируются передача и прием даже в современных системах, доктор.Никола Тесла показывает нам, что он действительно «отец беспроводной связи». Самая известная и известная башня Ворденклиф (Башня Тесла) была спроектирована и построена в основном для беспроводной передачи электроэнергии, а не для телеграфии. Самая популярная из известных концепций — это теория Тесла, в которой твердо считалось, что Wardenclyffe (рис. 1) позволит использовать беспроводную связь.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4 , Выпуск 6, июнь-2013 143

ISSN 2229-5518

передача и прием на большие расстояния с незначительными потерями.Несмотря на это, он провел множество высококачественных экспериментов, чтобы подтвердить свое утверждение о возможности беспроводной передачи электроэнергии. Но это был досадный случай, когда люди того века были не в состоянии признать его великолепную работу, иначе сегодня мы можем передавать электричество без проводов и превратить нашу мать-землю в чудесный саман, полный электричества.

Рис.1 187-футовая башня Wardenclyffe

WITRICITY TECHNOLOGY

Источники питания и устройства захвата Witricity — это

специально разработанные магнитные резонаторы, которые эффективно передают энергию на большие расстояния через магнитное поле ближнего поля. Эти запатентованные конструкции источников и устройств, а также электронные системы, которые ими управляют, поддерживают эффективную передачу энергии на расстояния, которые во много раз превышают размеры самих источников / устройств. Источник питания Witricity слева подключен к сети переменного тока. Синие линии представляют собой магнитное поле в ближней зоне, индуцированное источником питания. Желтые линии представляют собой поток энергии от источника к катушке захвата Witricity, которая, как показано, питает лампочку. Обратите внимание, что на этой диаграмме также показано, как магнитное поле (синие линии) может огибать проводящее препятствие между источником питания и устройством захвата.

Рис. 2 Иллюстрация

Синие линии — магнитное поле в ближней зоне

Желтые линии — поток энергии. Передача энергии всенаправленная и более эффективная. Лампа подключена к устройству захвата

ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ WITRICITY

КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ

История началась поздно ночью несколько лет назад, когда
профессор Массачусетского технологического института Марин Солячич стоял в своей спальне и смотрел на свой мобильный телефон на кухне прилавок. Вероятно, это был шестой раз за месяц, когда его разбудил писк мобильного телефона, давая ему понять, что он забыл зарядить его.В этот момент ему пришло в голову: «Электричество проведено по всему дому, по всему моему офису, везде. Этот телефон должен сам позаботиться о подзарядке! Но чтобы это стало возможным, нужно было найти способ передачи энергии от существующей проводной инфраструктуры на сотовый телефон — без проводов. Солячич начал думать о физических явлениях, которые могли бы воплотить эту мечту в реальность.

СВЯЗАННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ ПОДХОДИЛИ ДЛЯ СИТУАЦИИ Чтобы обеспечить беспроводную передачу энергии практичным и безопасным способом, необходимо использовать физическое явление, которое позволяет источнику питания и устройству (в данном случае мобильному телефону) обмениваться энергией. сильно, но слабо взаимодействует с живыми существами и другими объектами окружающей среды, такими как мебель и стены.Явление связанных резонаторов точно подходит под это описание. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию к эффективному обмену энергией, при этом слабо взаимодействуя с посторонними нерезонансными объектами. Ребенок на качелях — хороший пример резонансной системы. Поскольку крыло демонстрирует своего рода механический резонанс, поэтому, только когда ребенок качает ногами с собственной частотой качания, он может передать значительную энергию движению качелей.

СИЛЬНАЯ СВЯЗЬ

Говорят, что связанные резонаторы работают в режиме сильной связи
, если их скорость передачи энергии существенно выше, чем скорость, с которой они теряют энергию из-за таких факторов, как поглощение материала и излучение. В режиме сильной связи передача энергии может быть очень эффективной. Эти соображения универсальны и применимы ко всем видам резонансов (например, акустическим, механическим, электромагнитным и т. Д.). Сойачич и его коллеги из Массачусетского технологического института (Каралис и Яннопулос) намеревались исследовать и развить физическую теорию того, как позволить сильносвязанным магнитным резонаторам передавать энергию на расстояния, которые позволили бы создать беспроводное устройство

IJSER © 2013 http: // www. ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 4, выпуск 6, июнь-2013 144

ISSN 2229-5518

Зарядка, которую впервые представил Сойачич. Их теоретические результаты были опубликованы сначала в 2006 г., а затем в 2008 г. в Annals of Physics. После разработки физических теорий Сойачич и его команда (Курс, Каралис, Моффатт, Яннопулос и Фишер) приступили к их экспериментальной проверке.Теория была разработана, чтобы охватить широкий спектр связанных резонаторных систем, но экспериментальная работа была сосредоточена на доказательстве того, что магнитно-связанные резонаторы могут обмениваться энергией в соответствии с предсказаниями теории и необходимыми для беспроводной зарядки или устройств, таких как сотовые телефоны. Команда исследовала систему из двух электромагнитных резонаторов, соединенных своими магнитными полями. Они смогли идентифицировать сильно связанный режим в этой системе и показали, что сильная связь может быть достигнута на расстояниях, которые значительно превышают размер самих резонансных объектов. Команда доказала, что в этом сильно связанном режиме можно обеспечить эффективную беспроводную передачу энергии. Их успешный эксперимент был опубликован в журнале Science в 2007 году.

РОДИЛАСЬ ТЕХНОЛОГИЯ WITRICITY

БАЗОВЫЙ ПРИНЦИП:

Основная концепция Witricity-Wireless Electricity — это магнитный резонанс. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию к эффективному обмену энергией, при этом рассеивая относительно небольшое количество энергии на посторонних нерезонансных объектах.В системах связанных резонансов часто существует общий «сильносвязанный» режим работы. Если можно работать в этом режиме в данной системе, ожидается, что передача энергии будет очень эффективной. Передача мощности среднего уровня, реализованная таким образом, может быть почти всенаправленной и эффективной, независимо от геометрии окружающего пространства, с низкими помехами и потерями в объектах окружающей среды. Приведенные выше соображения применимы независимо от физической природы резонансов. Схема эксперимента состояла из двух медных катушек, каждая из которых являлась саморезонансной системой. Одна из катушек, подключенная к источнику переменного тока, была резонансным источником. Другая катушка, устройство резонансного захвата, была подключена к лампочке на 60 Вт. Источник питания и устройство захвата были подвешены в воздухе с нейлоновой нитью на расстояниях от нескольких сантиметров до более 2,5 метров (8,2 фута). Мало того, что лампочка горела, но и теоретические предсказания высокой эффективности на расстоянии были подтверждены экспериментально.Поместив различные объекты между источником и устройством захвата, команда продемонстрировала, как магнитное ближнее поле может передавать энергию через определенные материалы и вокруг металлических препятствий. Таким образом, мечта профессора Солячича
о поиске метода беспроводного подключения мобильных электрических устройств к существующей электросети была реализована. Вскоре была основана компания Witricity Corp., которая перенесла эту технологию из лабораторий Массачусетского технологического института в коммерческое производство.

Фиг.3 Связь с нерасторопной волной

Рис. 4 Вт или kingfig

1) Питание от сети до антенны, которая сделана из меди
2) Антенна резонирует на частоте около
6,4 МГц, производя электромагнитные волны
3) «Хвосты» энергии от антенны «туннели» до 5 м
(16,5 футов)
4) Электричество, принимаемое антенной ноутбука, которая также должна резонировать на частоте 6,4 МГц. Энергия, используемая для подзарядки устройства.
5) Энергия, не переданная портативному компьютеру, повторно поглощается антенной источника.Люди / другие объекты, не подверженные воздействию, не резонируют на частоте 6,4 МГц

КАТУШКИ ПЕРЕДАТЧИКА И ПРИЕМНИКА

Объединенная цепь передатчика и приемника составляет
, называемую цепью связи. Это сердце всей системы, так как здесь осуществляется беспроводная передача энергии. Эффективность схемы связи определяет количество мощности, доступной для системы приемника.

КОНСТРУКЦИЯ

Катушки передатчика и приемника были разработаны
бывшими студентами Корнелла, Лукасом Йоргенсеном и Адамом
Калберсоном. Катушки имели резонансную частоту 4,8
— 5,3 МГц, которую можно было настроить с помощью нашего генератора
(позже генератора сигналов), чтобы добраться до резонанса

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal научно-технических исследований, Том 4, Выпуск 6, июнь-2013 145

ISSN 2229-5518

частота катушек. Базовую конфигурацию конструкции можно увидеть из таблицы и изображения ниже.

Рис.5 Структура катушек.

ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Две одинаковые спиральные медные катушки, одна для источника и одна для нагрузки, были сконструированы группой MIT для магнитной связи. Путем точной настройки высоты катушек они смогли вызвать сильную магнитно-резонансную связь между двумя катушками на среднем расстоянии. Катушка источника, в свою очередь, была индуктивно связана с одиночным контуром из медного провода, который присоединен к генератору Колпитца.Приемная магнитная катушка была индуктивно связана с петлей из медного провода, прикрепленной к лампе мощностью 60 Вт. Чтобы проверить точность своих теоретических выводов, команда MIT сравнивает теоретические и экспериментальные значения. Сравниваются экспериментальные и теоретические значения эффективности в зависимости от расстояния.

Рис.6 Эффективность на расстоянии

Рис.7 Полученная мощность на расстоянии

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРЕИМУЩЕСТВА WITRICITY

1. Отсутствие силовых кабелей и батарей —
Witricity заменяет использование силовых кабелей и батарей.
2. Не создает помех радиоволнам

3. Электропитание всенаправленное, т. Е. Во всех направлениях

4. Уменьшение электронных отходов за счет устранения необходимости в шнурах питания
5. Менее дорогостоящие — компоненты передатчик и приемники дешевле. Так что эта система дешевле.
6. Отрицательные последствия для здоровья — при использовании резонансной связи длина волны намного меньше и, таким образом, делает его безвредным.

IJSER © 2013 http: // www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 4, выпуск 6, июнь-2013 146

ISSN 2229-5518

ПРАКТИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ

1. Демонстрация остроумия еще слишком недавняя и слишком целенаправленная, чтобы делать какие-то определенные выводы.
2. Метод остроумия предполагает передачу мощности на расстояние около метра, что далеко не идеально, но все же очень впечатляет.
3. Если технология будет улучшена и отточена до такой степени, что ее можно будет «производить», то она может обратить внимание любого числа отраслей.
4. Команда Массачусетского технологического института заявила, что ее открытие отличается от всех предыдущих усилий, потому что он использует «магнитно-связанный резонанс», что означает, что он будет не только безопасным, но и достаточно эффективным.

10. ПРИЛОЖЕНИЯ

Технология беспроводной передачи энергии Witricity
может применяться в широком спектре приложений и
сред.Способность нашей технологии безопасно, эффективно и на большие расстояния передавать энергию может улучшать продукты, делая их более удобными, надежными и экологически чистыми. Для обеспечения можно использовать технологию Witricity.

ПРЯМОЕ БЕСПРОВОДНОЕ ПИТАНИЕ: когда все необходимое устройству питание предоставляется по беспроводной сети, и батареи не требуются. Этот режим предназначен для устройства, которое всегда используется в пределах досягаемости источника питания Witricity.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА: когда устройство с аккумуляторными батареями заряжается при использовании или в состоянии покоя, не требуя замены шнура питания или батареи.Этот режим предназначен для мобильного устройства, которое можно использовать как в зоне действия источника питания Witricity, так и вне его. Технология Witricity предназначена для производителей оригинального оборудования (OEM) для встраивания непосредственно в свои продукты и системы.

В МОБИЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ: Недавно поиск был проведен также и в мобильной связи, различные компании также использовали ту же технологию, для большей производительности или для большей выгоды и ради них. Например: 1) Samsung Galaxy

2) Lumia

3) Apple

4) Toyota

Это последняя версия для беспроводной передачи электроэнергии.

ТЕХНОЛОГИЯ WITRICITY СДЕЛАЕТ ВАШИ ПРОДУКТЫ

БОЛЬШЕ УДОБНО:

· Нет необходимости в ручной подзарядке или замене батарей.

· Избавьтесь от неприглядных, громоздких и дорогих шнуров питания.

БОЛЕЕ НАДЕЖНО:

· Никогда не разряжайте аккумулятор.
· Уменьшите количество отказов продукта, исправив «самое слабое звено
»: изгиб проводки и механические соединения.

БОЛЕЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОСТЬ

· Сократите использование одноразовых батареек.


· Используйте эффективную электрическую «мощность сети» напрямую вместо неэффективной зарядки аккумуляторов.

Рис. 8 Электронное оборудование

ПОТРЕБИТЕЛЬСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

(телефоны, ноутбуки, игровые контроллеры и т. Д.) В доме, машине, офисе, точки доступа Wi-Fi. Пока устройства в употреблении и мобильные.

.Прямое беспроводное питание стационарных устройств (телевизоров с плоским экраном, цифровых фоторамок, аксессуаров для домашнего кинотеатра, беспроводных громкоговорителей и т. Д.). Исключение

дорогостоящей нестандартной проводки, неприглядных кабелей и источников питания «настенная
бородавка».

. Прямое беспроводное питание периферийных устройств настольного ПК: беспроводной мыши, клавиатуры, принтера, динамиков, дисплея и т. Д. Без использования одноразовых батарей и неудобной прокладки кабелей.

INDUSTRIAL

.Прямые беспроводные соединения энергии и связи через вращающиеся и движущиеся «соединения» (роботы, упаковочное оборудование, сборочное оборудование,

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 147

ISSN 2229-5518

станки)… устранение дорогостоящей и подверженной сбоям проводки.

. Прямое беспроводное подключение к источнику питания и связи в точках использования в суровых условиях (бурение, добыча полезных ископаемых, подводные работы и т. Д.), Где прокладка проводов нецелесообразна или невозможна.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Имеется множество концепций, исследовательских работ, патентов
по беспроводной передаче электроэнергии, но большая часть исследовательских работ проводилась изолированно, поэтому необходимы совместные совместные усилия, чтобы получить очень полезные результаты по этой передовой технологии в области энергетики. передача на благо человечества во всем мире в будущем.Что бы ни принесло будущее, повсеместное применение этих великих принципов полностью обеспечено, хотя это может занять много времени. С открытием первой электростанции недоверие уступит место изумлению, а это, как всегда, неблагодарности. Люди пренебрегли им и его хорошей работой. Он заслуживал гораздо лучшего обращения со стороны магнатов его возраста, чем последние 40 лет своей жизни в условиях крайней нищеты. Однако он был слишком джентльменом, чтобы затаить злобу.Вместо этого, относительно увеличительного передатчика, Тесла написал в своей автобиографии: «Я не желаю доставлять некоторым недалеким и завистливым людям удовольствие от того, что они помешали моим усилиям. Эти люди для меня не более чем микробы отвратительной болезни. Мой проект тормозили законы природы. Мир не был к этому подготовлен. Это было слишком далеко впереди времени. Но в конце концов все те же законы возобладают и приведут к триумфальному успеху. Если бы этого не произошло, то сегодня мы окажемся в чудесном мире изобилия энергии, использующего технологию беспроводной передачи электроэнергии.

ОБЪЕМ БУДУЩЕГО

Больше никаких батарей, зарядных устройств и проволочных спагетти. Это будущее, обещанное «беспроводной энергией», средством передачи электроэнергии по воздуху на ноутбуки, плееры iPod и другие гаджеты без использования кабелей и розеток. Ожидается, что аудиоколонки и цифровые фоторамки станут одними из первых коммерческих продуктов, продемонстрированных на этой неделе в Лас-Вегасе на Международной выставке бытовой электроники, крупнейшей в мире выставке гаджетов.Эксперты считают, что это только начало и что в конечном итоге беспроводное электричество, которое некоторые называют «остроумием», может сделать для срока службы батареи то же, что Wi-Fi сделал для Интернета. В мире без проводов пользователи ноутбуков в кафе и терминалах аэропортов оказались бы внутри «точки доступа электричества», и им больше не нужно было бы копаться в ногах, сумках и мебели в поисках неудобно расположенной розетки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Передача энергии без проводов — это не теория или простая возможность, теперь это реальность.Электроэнергия может быть экономично передана без проводов на любые земные расстояния. Беспроводная передача электроэнергии имеет огромные достоинства, такие как высокая целостность передачи и низкие потери (эффективность 90-
97%) и может передаваться в любую точку земного шара и устраняет необходимость в неэффективной, дорогостоящей и капиталоемкой сети кабелей, опор и т. Д. и подстанции. Система снизит стоимость электроэнергии, используемой потребителем, и избавится от ландшафта из проводов, кабелей и опор передачи.У него есть незначительные недостатки, такие как реактивная мощность, которая оказалась незначительной и биологически совместимой. Он имеет огромное экономическое c влияние на человеческое общество. Ежемесячные счета за электроэнергию от устаревших, работающих на ископаемом топливе, подверженных потерям электрифицированных услуг по доставке электрифицированных сетей будут необязательными, во многом как «смартфон» сегодня.

ССЫЛКИ:

[1 http://www.WiTricitypower.com

[2] http://www.sciencemag.org/cgi/data/1143254/DC1/1 [3] http: // www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/114325

4

[4] http://www.sciencemag.org/cgi/rapidpdf/1143254?ijkey

= 94ff.Ay4jRMqU & keytype = ref & siteid = sci (дата обращения:

) 5 декабря 2011 г.).

[5] Неха Багга, Джошуа Грунтмейр, Сэмюэл Льюис, «Беспроводная передача энергии», декабрь 2004 г. [6] Онлайновый источник, http: //diranieh.com/Electrenicas/OpAmps3

.htm # Relaxation_Oscillator.

[7] Хан М.З. Шамс и Мохаммед Али, Беспроводная передача энергии

к датчику, погруженному в бетон, IEEE Sen-sors Journal 7 (2007), нет.12, 1573–1577.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

NZ запускает первую в мире беспроводную передачу энергии на большие расстояния

Kiwi start-up Компания EMROD разработала первую в мире мощную беспроводную передачу энергии на большие расстояния как альтернатива существующей технологии медных линий.

Он был номинирован на премию Королевского общества, а вторая по величине распределительная компания Новой Зеландии, Powerco, будет первой, кто протестирует технологию Emrod.Компания была основана серийным предпринимателем в области технологий Грегом Кушниром, который был полон решимости найти технологию, которая может снизить затраты на распределение электроэнергии, избежать перебоев в работе и поддержать возобновляемые источники энергии.

«У нас есть множество чистой гидроэнергетики, солнечной и ветровой энергии, доступной по всему миру, но есть дорогостоящие проблемы, связанные с доставкой этой энергии с использованием традиционных методов, например, с помощью морских ветряных электростанций или пролива Кука здесь, в Нью-Йорке. «Зеландии требуются подводные кабели, установка и обслуживание которых дороги», — сказал г-н Кушнир. «Я хотел найти решение, позволяющее перемещать всю эту чистую энергию от места, где ее есть в изобилии, туда, где она необходима, экономичным и экологически чистым способом. Методы производства и хранения энергии за последнее столетие значительно улучшились, но энергия передача практически не изменилась с тех пор, как 150 лет назад компании Edison, Siemens и Westinghouse впервые представили электрические сети на основе медных проводов ».

Когда г-н Кушнир исследовал способы беспроводной передачи энергии на огромные расстояния, он был поражен тем, как мало сделано в этой области. «Кажется, все зациклены на представлении о том, что энергия поступает к потребителям в виде электричества по медным проводам, и я знал, что должен быть лучший способ», — сказал Кушнир, — к выдающемуся ученому Новой Зеландии доктору Рэю Симпкину из Callaghan Innovation, который возглавлял технико-экономическое обоснование и работал над прототипом. Callaghan Innovation поддержала Эмрода грантом на исследования и разработки и направила своего ведущего ученого для работы над прототипом, меняющим правила игры.

За счет значительного снижения затрат на инфраструктуру технология Emrod способна поддерживать удаленные сообщества, например, в Африке и на островах Тихого океана, обеспечивая доступ к дешевой и устойчивой энергии для питания школ, больниц и экономики.

«Статистика довольно убедительна. Мы говорим о потенциальном 50-процентном увеличении устойчивого потребления энергии, сокращении отключений до 85 процентов и снижении затрат на инфраструктуру электроэнергии до 65 процентов благодаря Emrod решение », — сказал Кушнир, .

Обеспечение энергией наших местных сообществ

Компания добилась значительного интереса со стороны дистрибьюторов электроэнергии с Powerco, вторым по величине дистрибьютором Новой Зеландии, решившим инвестировать в доказательство концепции технологии. «Мы стремимся к инновациям и находим новые способы безопасной и эффективной доставки электроэнергии для наших клиентов», — говорит , менеджер по трансформации сети Powerco Николя Вессио. «Нам интересно узнать, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы подачи электроэнергии. Мы планируем использовать ее для доставки электроэнергии в удаленные места или в районы со сложным рельефом. наших клиентов, когда мы обслуживаем существующую инфраструктуру.»

Emrod доставит Powerco следующий прототип в октябре и потратит два-три месяца на лабораторные испытания и обучение персонала Powerco перед тем, как перейти к полевым испытаниям.

» Система, которую мы представляем Сейчас здание для Powerco будет передавать только несколько киловатт, но мы можем использовать ту же самую технологию для передачи в 100 раз больше энергии на гораздо большие расстояния. Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, передаваемой проводными решениями », — сказал Кушнир.

Безопасность превыше всего

Безопасность прототипа также является приоритетом для Эмрода, который использует неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон частот (ISM) для передачи энергии. Компания с самого начала постоянно поддерживает связь с регулятором Radio Spectrum Management (RSM) и поддерживает самые высокие стандарты безопасности.

«Строгий процесс, который мы предпринимаем, направлен на то, чтобы доказать, что технология безопасна при более высоких уровнях мощности в больших масштабах.Это также помогает в создании руководящих принципов обслуживания для таких компаний, как Powerco, которые будут использовать наши устройства », — сказал Кушнир. « Мы выбрали эту широко используемую и хорошо регулируемую частоту, потому что существует долгая история ее безопасного использования среди людей и с научной точки зрения. проверенные правила техники безопасности, принятые на международном уровне. «

Источник и верхнее изображение: Emrod

Анализ беспроводной передачи энергии для обеспечения физической безопасности.(Технический отчет)

Гейер, Кристиан. Анализ беспроводной передачи энергии для обеспечения физической безопасности. . США: Н. п., 2019. Интернет. DOI: 10,2172 / 1570551.

Гейер, Кристиан. Анализ беспроводной передачи энергии для обеспечения физической безопасности. . Соединенные Штаты.https://doi.org/10.2172/1570551

Гейер, Кристиан. Вт. «Анализ беспроводной передачи энергии для обеспечения физической безопасности». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/1570551. https://www.osti.gov/servlets/purl/1570551.

@article {osti_1570551,
title = {Анализ беспроводной передачи энергии для обеспечения физической безопасности.},
author = {Гейер, Кристиан},
abstractNote = {В случаях, когда строительная инфраструктура является одновременно дорогостоящей и, возможно, опасной, выгодно искать новые методы передачи и передачи электроэнергии. Целью данного отчета является изучение имеющихся в настоящее время технологий, используемых для передачи мощности без физического соединения между источником и нагрузкой; и обсудить их выполнимость, надежность, эффективность и требования безопасности для использования в полевых условиях.},
doi = {10.2172 / 1570551},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1570551}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2019},
месяц = ​​{10}
}

Передача электроэнергии


Передача электроэнергии на большие расстояния является одной из основных проблем электрического века.Цели, над которыми работали инженеры по направлению остались прежними, несмотря на то, что многое изменилось года.

1. КПД — транспортный электрический мощность на расстояние с минимальными потерями
2. Безопасность — транспортная мощность через городские и сельские районы, сводящие к минимуму вред людям и животным.
3. Стоимость — используйте минимальное сырье материалы и строительные / эксплуатационные расходы возможны
4.Надежность — создать систему который не уязвим для ударов молний, ​​солнечных вспышек, землетрясений, ледяные бури, ураганы и система может «лечить» себя, когда происходят перебои, изолируя проблемные места.

Ниже: простая иллюстрация электросети, показывающая высокое напряжение перешел на фидерные линии

С момента появления первой междугородной сети передача в Мюнхен, Германия в 1882 году, люди совершали все ошибки возможно и извлек из этого урок.Инженеры все еще пытаются решить очень сложные проблемы, такие как контроль затрат и устойчивость к солнечным вспышкам который мог бы вывести из строя власть во всем мире.

Есть четыре способа транспортировки электрических мощность:



Высокое напряжение переменного тока

Самый распространенный в мире метод, при этом используются алюминиевые проводники со стальным центр поддержки. Линии подвешены высоко выше земли. Чем выше напряжение, тем больше электромагнитный поле, создаваемое вокруг провода

Ниже: простая модель системы распределения переменного тока.Мощность ступенчатая до 345 кВ, понижен до 69 кВ и в конечном итоге оказывается в доме на 220 вольт. Трансформаторы изменяют напряжение, а конденсаторы и катушки индуктивности синхронизировать форму волны. Влияние индуктивности и изменяющихся нагрузок может привести к рассинхронизации формы сигнала переменного тока, что приведет к потере эффективных коробка передач.

Вверху: HVDC облегчает пересечение водоемов. Дания и Великобритания зависят от Подключение HVDC к материку, чтобы их системы оставались частью более крупных сетка.

Высокое напряжение постоянного тока

Это может быть более эффективным, чем кондиционер, и технология для твердых Государственные системы HVDC относительно новы. HVDC был первой формой Передача на большие расстояния Эти линии не находятся в конфигурации «сети» которые могут равномерно распределять мощность в сети, но системы HVDC представляют собой единую междугородная линия, соединяющая основные сети. Сети HVDC пересекают Китай, США и Европа, соединяющие основные географические области.HVDC особенно полезно для соединения островов, таких как Великобритания и Япония, так как он может уйти под воды.


Вверху: сечение сверхпроводящего ленточного провода. Сверхпроводящий провод разработан инженерами специально для данного использования.

Сверхпроводники

Если мы используем сверхпроводящие проводники при сверхнизких температурах, мы можем доставлять электроэнергию по подземным кабелям практически без потерь. К сожалению, эта технология пока не является рентабельной.Короткий экспериментальный линии были введены в Олбани, штат Нью-Йорк и других местах в Японии и Германия.

Беспроводная передача энергии

Можно передавать энергию по беспроводной сети. Никола Однако Tesla и Исследовательская лаборатория General Electric экспериментировали с этим. это непрактично по ряду причин. Это крайне неэффективно проходит через воздух, и это смертельно для животных, таких как птицы проходя через мощные лучи.Вряд ли эта технология когда-либо будет полезен, особенно с учетом того, что мы продвигаемся вперед с HVDC, достижение впечатляющего уровня эффективности.

Тестирование:

Инженеры работали в специальных лабораториях для проверки устойчивости. на освещение, шорты, ЭМИ-бомбардировку. Многие инженеры Эдисона Tech Center, в течение многих лет проводивший интервью, обнаружил, что тестирование достаточно удовлетворительная карьера.

Первый шаг в понимании передачи энергии — это поведение проводов и электромагнетизма.

Узнайте о деталях «трансмиссии» электросети:


Грозовые разрядники
Трансформаторы
Изоляторы
Регуляторы напряжения
Шунтирующие конденсаторы
Провода
Метры

Источники:
John D. Harnden Jr. Edison Tech Center.
Интервью с Майком Морлангом. Энергетическая ассоциация Сан-Мигель. 2014
Интервью с Марком Бенцем и Карлом Роснером. Технический центр Эдисона. 2008 г.

Wireless Power Transmission — Работа, применение, типы, на большие расстояния

Беспроводная передача энергии

Большинство из нас дома, возможно, используют мультиштекер для подключения всех электронных устройств с помощью шнуров питания.Возможно, вы даже запутались, подбирая подходящий шнур для отключения от других шнуров, ведущих к той же розетке.

Наконец вы вытаскиваете одну и надеетесь, что она правильная. Это одна из основных проблем с электрическими подключениями. Хотя это упрощает жизнь людей, это также может привести к большему беспорядку в методе. Для нас это может не быть большой проблемой. Но подумайте об электрических станциях, где сотни проводов идут от одной розетки. Для них это проблема.

В рамках обновления технологии, а также по указанным выше причинам, исследователи начали разработку методов беспроводной передачи электроэнергии на устройства.Хотя этот метод может показаться совершенно новым, основная идея, лежащая в основе этой теории, была впервые предложена Никола Тесла в начале 1900-х годов. Он также смог выпустить прототип, передав энергию на свет, который хранился в земле на его экспериментальной станции в Колорадо-Спрингс.

Хотя первый прототип получил широкие аплодисменты, этот метод был недостаточно практичным для более широкого диапазона его применения. После многих лет исследований было обсуждено множество теорий по этому поводу, а также были выпущены некоторые прототипы.Некоторые из них не были распознаны, а некоторые уже используются. Лучшим примером такого устройства является электрическая зубная щетка.

В этом мире существует множество типов беспроводных средств передачи данных. Некоторые из наиболее распространенных — это инфракрасный порт, радиоволны, Bluetooth и т. Д. Во всех этих технологиях сигналы будут рассеиваться в космосе до того, как они будут приняты соответствующими устройствами. Этот же метод нельзя использовать для передачи электроэнергии, так как он энергозатратен и опасен.

Основной принцип, который используется в электрической зубной щетке, называется Inductive Coupling . Основная идея состоит в том, что магнитное поле создается, когда электрический ток течет по проводу. Магнитное поле будет круглой формы и будет обтекать провод. Когда другая катушка помещается в то же магнитное поле, в проводе индуцируется ток. Это тот же принцип, который используется в трансформаторе, а также в электрической щетке. Магнитное поле создается внутри щетки за счет тока, который проходит через катушку внутри зарядного устройства.Когда щетка подключена к зарядному устройству, в другой катушке будет генерироваться другой ток из-за магнитного поля. Этот ток подается на аккумулятор, который является входом для щетки.

Но этот метод непрактичен, когда речь идет о передаче энергии на большие расстояния. Для такого метода необходимо, чтобы катушки располагались достаточно близко друг к другу, чтобы создавалось небольшое магнитное поле. Когда дело доходит до передачи на большие расстояния, должно создаваться очень большое магнитное поле, и повороты катушки должны быть многократными.Следует принять меры противодействия, чтобы сэкономить энергию, потерянную из-за потока магнитного поля в разных направлениях. Это практически невозможно. Ниже приводится гораздо лучший метод и его объяснение.

Резонанс и беспроводное питание

Некоторые исследователи из Массачусетского технологического института нашли лучший способ передачи энергии между катушками, расположенными на расстоянии нескольких метров друг от друга. Они также утверждали, что увеличили расстояние между катушками, добавив в уравнение резонанс.

Резонанс можно определить как частоту устройства при естественной вибрации.Резонанс устройства во многом зависит от его размера и формы. Частота называется резонансной. Вибрация на резонансной частоте может быть легко получена. Но вибрация на других частотах затруднена.

Беспроводная передача энергии

По словам исследователей, когда магнитные поля имеют одинаковый резонанс вокруг катушек, ток будет индуцироваться по-другому. Теория была подтверждена путем размещения катушки с изогнутой проволокой в ​​качестве индуктора вместе с пластинами емкости на каждом конце катушки.Эта пластина отвечает за удержание заряда. Когда ток проходит через катушку, она начинает резонировать. Частоту резонанса можно рассчитать по уравнению, приведенному ниже.

Резонансная частота = индуктивность катушки x емкость пластин

Помимо принципа работы зубной щетки, электричество будет протекать через электромагнитную волну и переходить от одной катушки к другой, пока они не будут иметь одинаковую резонансную частоту. Для разных резонирующих частот передачи не будет.Но передача также возможна от одного передатчика к нескольким приемникам, если первый и второй имеют одинаковую резонансную частоту.

Катушки расположены далеко друг от друга, поэтому не нужно беспокоиться о столкновении полей вокруг них друг с другом. В их самом успешном прототипе была лампочка, которая питалась с расстояния 2 метра по беспроводной сети. Они также сформулировали некоторые теории относительно беспроводной передачи электроэнергии на очень большие расстояния. Это объясняется ниже.

Беспроводная передача энергии на большие расстояния

Первый эксперимент по беспроводной передаче энергии на большие расстояния был проведен Исследовательским центром связи в Канаде в 1980 году. Они разработали беспилотный самолет под названием «Стационарная высокогорная релейная платформа (SHARP)». Этот самолет мог не только летать из одной точки в другую, но и летать по кругу на высоте 21 километр от земли в радиусе 1 километр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *