Индукционная зарядка

Технология Аскарьяна

Попытки преобразовать «концентрированные» потоки СВЧ в электроэнергию делались постоянно. Однако КПД был не выше 0,1%. Удача улыбнулась группе исследователей из Физического института им. Лебедева (ФИАН) под руководства Гургена Аскарьяна, одного из самых оригинальных и интересных российских физиков [12].

Экспериментаторы использовали в качестве антенны помещенный в вакуум металлический стержень, вблизи которого с помощью искры или лазера создавалась плазма. Через окно вакуумной камеры подавались короткие, но мощные импульсы СВЧ, порождавшие между стержнем и корпусом камеры электрический ток, от которого даже удалось зажечь лампочку. Роль хрупких диодов Шоттки здесь играла плазма, окружающая стержень. Она не разрушалась сильными токами до 200 ампер и напряжениями до 1500 вольт. «Показана возможность эффективного преобразования радиоволн в энергию тока с КПД>10%» – цитата из академического ежемесячника «Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики» от 1979 года.

Но Советский Союз распался, и проект остался нереализованным. Конечно, результат, полученный группой Аскарьяна, еще нельзя назвать технологией, но обнаруженный эффект вполне может лечь в основу будущей системы беспроводной передачи энергии – по ряду параметров он еще никем не превзойден.

Все выше описанные способы касаются глобальных масштабов переброса электроэнергии без проводов на большие расстояния. Иное дело – повседневная жизнь, в которой не требуются мощности в мегаватты, а то и киловатты. Ноутбуки, смартфоны, цифровые камеры и прочие гаджеты периодически нужно заряжать или вовсе постоянно питать энергией [12].

Развитие эта система получила недавно. А сам прародитель такой системы – электрическая зубная щетка, заряжающаяся индукционными токами. На рисунке 2.8 представлен пример такой панели, позволяющей беспроводным способом заряжать аккумуляторы мобильных устройств. Абсолютно идентичная система стоит в «голове» - промышленный прожектор, способный совершать неограниченное количество оборотов вокруг своей оси во всех плоскостях, используемый на массовых мероприятиях, в клубах, на танцполах. При использовании проводной системы такое устройство имело бы ограниченные возможности и крайне малый ресурс, т.к. постоянное изменение проводов приводит к их разрыву.

Рисунок 2.8 – Индукционная зарядная панель

2.7 Беспроводная технология «WiTricity»

По словам авторов, уже сейчас можно достичь того, чтобы ноутбук начинал заряжаться при вносе в комнату, оборудованную системой, которую они назвали WiTricity. Подобные технологии стали анонсировать гиганты мировой электроники. В октябре 2009года SONY продемонстрировала 22-дюймовый ЖК-телевизор, который питается беспроводным способом на расстоянии 50 сантиматров от передатчика. «Если использовать специальные «пассивные расширители», то можно и все 80 сантиметров» - говорится в пресс-службе SONY. Правда, тут же сноска мелким шрифтом о том, что с телевизором эти самые расширители не тестировались. В ближайшем будущем технология пророчит расширение радиуса действия до 5 метров [12].

2.8 Беспроводная технология «PowerBeam»

Не секрет, что сегодня пользователи электробытовых и электронных приборов все чаще испытывают большие неудобства из-за нехватки электрических розеток — наиболее «продвинутые» пользователи ощущают потребность в электрических розетках или других источниках питания едва ли не на каждом квадратном метре площади. Новая разработка американских ученых и инженеров предоставляет им такую возможность, обеспечивая подачу энергии в виде пучков излучения, беспрепятственно проникающих в помещениях от одной точки к другой вдоль любого из лучей зрения и предоставляющих потребителю полную свободу действий, позволяя ему обходиться вообще без проводов [16].

Речь идет о продукции американской компании «PowerBeam» (Солнечная Долина, штат Калифорния), которая представила на выставке и конференции по передовым технологиям «E-Tech 2009», прошедшей в марте прошлого года в калифорнийском городе Сан-Хосе, опытный образец новой системы для беспроводной передачи электроэнергии.

Как утверждается на сайте компании (power-beaminc.com), система основана на использовании «пучков энергии», передаваемых как обычные пучки излучения в традиционных оптических системах. С помощью этих пучков, как утверждают разработчики, уже можно передавать электричество из одного конца комнаты в другой, скажем, от розетки к компьютеру, телевизору, колонкам стереосистемы, цифровой фоторамке, торшеру и т. д.

По заверениям представителей «PowerBeam», эта технология позволит удалить из комнат почти все провода, повысив комфорт и эстетическую привлекательность наших жилищ. Вообще же, по словам разработчиков, данный способ передачи энергии пока оправдывает себя на расстояниях 10-100 м.

Утверждается, что с системой «PowerBeam» пользователю больше не нужно задумываться о таких наскучивших проблемах, как:

- подчас непростое и недешевое электрическое подключение приборов;

- ограниченное расстояние приборов от источников питания (например, от электрических розеток в доме);

- путающихся под ногами и свисающих клубков электрических проводов;

- ограничение зоны действия мобильных устройств (из-за привязки к розеткам мобильные устройства по сути уже давно перестали быть таковыми);

- наконец, главное — отпадает необходимость постоянно заботиться о зарядке мобильных устройств.

С системой «PowerBeam» пользователи мобильных устройств могут вообще забыть об их зарядке, так что все эти устройства будут работать непрерывно, не создавая владельцам никаких неудобств из-за энергетических потерь.

Принцип работы «PowerBeam» довольно прост. Где-то неподалеку от источника электропитания размещается передатчик энергии, названный разработчиками Powmitter и содержащий некоторое число инфракрасных лазерных светодиодов с выходной мощностью луча 1—5 Вт каждый (это немало — пучок лазерного излучения мощностью в 0,5 Вт может прожечь пластинку из пластика или серьезно повредить сетчатку глаза). Система формируемых ими лазерных пучков направляется, в частности, на расположенный на потребляющем электроэнергию устройстве приемник, где предусмотрена решетка из линз и высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей, которые и преобразуют невидимый оптический луч в электричество.

Безопасность и надежность работы системы обеспечиваются сразу несколькими оригинальными решениями. Первое — выходные лучи лазерных светодиодов при помощи оптики слегка расфокусируются, чтобы плотность потока в них не превышала 10 мВт/мм2 (хотя, как отмечают очевидцы, подставлять даже руку под них не рекомендуется — ожог может быть довольно сильным, и ощущения будут сродни тем, что испытываешь, схватив горячую чашку кофе или чаю). В то же время расхождение пучка остается достаточно малым, чтобы при удалении (скажем, до 10 м) передать значительную часть энергии по назначению. Второе и главное — приемник постоянно посылает передатчику слабый ответный сигнал, который служит индикатором исправной работы всей системы. Если он прерывается (например, из-за того, что человек или животное прервали распространение оптического пучка), электроника тут же прекращает излучение лазерных светодиодов, которые возобновляют свою работу лишь после того, как «канал» снова окажется свободен. На время подобных прерываний устройство-потребитель работает от аккумуляторов, спрятанных в приемнике, так что, перемещаясь по комнате, пользователь никаких сбоев в его работе заметить не должен. Но долго стоять на пути луча, конечно, не стоит.

Ранее в Массачусетском технологическом институте (МТИ) был предложен другой принцип беспроводной передачи электроэнергии, получивший название магнитно-связанного резонанса. Авторы этого открытия предложили интерпретировать его также как безызлучательный эффект в электромагнитном поле.

Но есть у новой системы беспроводной передачи энергии и серьезный недостаток — сравнительно невысокий КПД. У лазерных диодов он колеблется в диапазоне 30—60%, а у ИК-приемников — 40—50%, так что итоговый КПД, образуемый произведением КПД приемопередающей аппаратуры, составляет 15—30% (в зависимости от настроек, используемых компонентов, расстояния и величины передаваемой мощности). В будущем разработчики обещают довести эту величину до 35%, считая, что это вполне удовлетворит тех, для кого важнее отсутствие проводов в комнате, чем итоговое потребление электроэнергии. Но при этом они предпочитают не упоминать о том, что у конкурирующих систем беспроводной передачи электроэнергии на основе магнитного резонанса, предложенных учеными из МТИ, в последних версиях КПД уже превышает 75%.

Дата добавления: 2015-06-28