به عصر برق بی سیم خوش آمدید / از انتقال برق توسط امواج مایکروویو تا جاده هایی که خودروهای برقی را شارژ می کنند

به گزارش خبرنگار حوزه دریچه فناوری گروه فضای مجازی باشگاه خبرنگاران جوان، به نقل از آی ای؛ برق بی سیم یک رویای ۱۰۰ ساله است که ممکن است در سال‌های آینده به واقعیت تبدیل شود. ظهور شارژ بی سیم، وسایل نقلیه الکتریکی و فناوری 5G نیاز به پایداری بیشتر برق دارند که منجر به فشار برای توسعه تکنولوژی انتقال برق بی سیم در نقاط مختلف جهان شده است.

شرکت‌های Wave Inc در آمریکا، شرکت ژاپنی Japan-based Space Power Technologies و شرکت energy startup Emrod در نیوزیلند تعدادی از شرکت‌هایی هستند که در حال حاضر بر روی تکنولوژی انتقال قدرت بی سیم کار می‌کنند. تست‌های میدانی نیز برای برخی از سیستم‌ها آغاز شده است و جالب خواهد بود که ببینیم چه کسی در این مسابقه برای اولین بار یک راه حل برق بی سیم کارآمد، اقتصادی و قابل اعتماد را ارائه می‌دهد.

تاریخ و علم پشت انتقال قدرت بی سیم

قبل از اینکه ما به ابتکارات مختلف انقلابی در مورد برق بی سیم وارد شویم، مهم است که منشاء آن را درک کنیم و مفهوم پایه‌ای پشت این تکنولوژی که آن را انتخابی قابل اعتماد برای نیاز‌های برق آینده می‌سازد را بشناسیم.

در سال ۱۸۹۱، نیکولا تسلا، مخترع صربستانی-آمریکایی، کویل تسلا را طراحی کرد. یک دستگاه منحصر به فرد که براساس اصل رزونانس الکتریکی کار می‌کرد و قادر به انتقال برق بدون سیم بود. با این حال، کویل می‌توانست برق را به صورت بی سیم در طول فاصله‌های کوتاه جا به جا کند و به دلیل پتانسیل محدود آن، این امر به عنوان یک کاربرد عملی برای انتقال برق بی سیم مورد استفاده قرار نگرفت.

در سال‌های پس از آن، تسلا در ساخت یک ایستگاه انرژی کار می‌کرد که می‌توانست انتقال قدرت بی سیم ولتاژ بالا (WPT) را انجام می‌داد. از طریق این آزمایش، تسلا با هدف انتقال پیام‌های بی سیم در فواصل طولانی، با استفاده از یک سری از برج‌های موقعیت‌های استراتژیک یا یک سیستم بالن‌های معلق، انتقال پیام‌ها را به صورت بی سیم انتقال داد.

او یک ایستگاه انتقال بی سیم را در لانگ آیلند ساخت (به نام Tesla یا برج نگهدارنده) و معتقد بود که می‌تواند نشان دهد انتقال برق بی سیم دراز مدت امکان پذیر است. متأسفانه، سرمایه گذار J.P. مورگان حاضر به ارائه بودجه‌های بیشتری برای آزمایش‌های او نشد و این پروژه در سال ۱۹۰۶ تعطیل و بعد از آن تخریب شد.

نیکولا تسلا در سال ۱۹۴۳ با رویای برق بی سیم ناتمام خود خداحافظی کرد، اما در ۱۰۰ سال گذشته، تعدادی از آزمایشات و مطالعات ثابت کرده است که این مخترع نابغه ممکن است در مسیر درست در رویکرد خود برای انتقال برق بی سیم قرار داشته باشد.

امروزه روش‌های مختلف انتقال قدرت بی سیم در حال توسعه است و تحقیقات در حال اجرای این موارد در مقیاس بزرگ شامل موارد زیر است:

انتقال ماهواره خورشیدی

این یک روش امیدوار کننده است که شامل استفاده از ماهواره‌های خورشیدی در مدار زمین است. ماهواره، نور خورشید را به انرژی تبدیل می‌کند؛ این انرژی از امواج مایکروویو تشکیل شده است. این سیگنال‌های مایکروویو به یک آنتن روی زمین یا به یک ایستگاه شبکه اصلی منتقل می‌شوند. از آنجا، سیگنال‌ها به یک ایستگاه پایه شبکه منتقل می‌شوند که امواج را به برق DC تبدیل می‌کند. در ایستگاه گرید، برق نیز به بسته‌های انرژی تبدیل می‌شود که شبیه به بسته‌های داده‌های اینترنتی که به خانه منتقل می‌شود و در یک گیرنده انرژی ذخیره می‌شوند.

به تازگی، Caltech اعلام کرده است که دونالد برن که صاحب شرکت سرمایه گذاری املاک و مستغلات یک شرکت است حدود ۱۰۰ میلیون دلار برای پروژه انرژی خورشیدی Caltech (SSPP) اهدا خواهد کرد. این پروژه بلندپروازانه با هدف ایجاد یک شبکه انرژی بی سیم مبتنی بر ماهواره و مایکروویو است که می‌تواند به طور مداوم قدرت را در هر نقطه از زمین عرضه کند.

انتقال قدرت مایکروویو

در این روش، تابش امواج مایکروویو با کمک گیرنده مایکروویو و یکسو کننده DC به توان الکتریکی DC تبدیل می‌شود. بالاترین بازدهی که با انتقال توان مایکروویو به دست آمد ۸۴ درصد بود که در سال ۱۹۷۵ توسط تیمی در ژاپن ثبت شد، اما سیستم‌هایی با توان خروجی بالاتر کارایی کمتری داشتند. هدف بعدی دستیابی به انتقال انرژی با بازده بالا در مسافت‌های طولانی خواهد بود.

تحقیقی که در آگوست ۲۰۲۱ در دانشگاه تسوکوبای ژاپن منتشر شد، نشان می‌دهد که تشعشعات مایکروویو با انرژی بالا می‌تواند به عنوان منبع بی سیم قدرت کارآمد برای پرتاب موشک به فضا عمل کند. هنگامی که یک موشک به فضا ارسال می‌شود، سوخت حدود ۹۰ درصد وزن آن را تشکیل می‌دهد و این بار را می‌توان با استفاده از این فناوری انرژی بی سیم مبتنی بر مایکروویو از بین برد.

انتقال لیزری

کارآمدترین مبدل‌های DC به لیزر دیود‌های لیزری حالت جامد هستند، مانند دیود‌های لیزری حالت جامد مانند آن‌هایی که در ارتباطات فیبر نوری و لیزر فضای آزاد استفاده می‌شوند. انتقال لیزری به گیرنده فتوولتائیک اجازه می‌دهد تا پرتو‌های لیزر را دریافت کرده و از همان منبع برق تولید کند. شایستگی انتقال قدرت مبتنی بر لیزر این است که پرتو‌های لیزر را می‌توان برای انتقال برق بی سیم دوربرد راحت‌تر کنترل کرد.

برق بی سیم دیگر برای نیوزیلند رویا نیست

استارتاپ انرژی Emrod به زودی نمونه اولیه راه اندازی زیرساخت انرژی بی سیم را در نیوزلند آزمایش می‌کند. در صورت موفقیت آمیز بودن این آزمایش، این پروژه می‌تواند فشار بزرگی برای برنامه‌های دولت نیوزیلند به منظور ایجاد انتقال انرژی بی سیم در سراسر این کشور باشد.

شرکت Emrod یک فناوری انرژی بی سیم منحصر به فرد را طراحی کرده است که از شبکه بی سیم آنتن‌ها (آنتن‌های اصلاح کننده) استفاده می‌کند و انرژی را به شکل امواج الکترومغناطیسی دور برد از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل می‌کند. در ابتدا، الکتریسیته از طریق آنتن‌ها به شکل یک پرتوی غیر یونیزه و دارای فرکانسی معادل امواج رادیویی هدایت می‌شود.

این شرکت ادعا می‌کند که این فناوری برای مناطق کوهستانی نیوزیلند مناسب است و می‌تواند شرایط مختلف آب و هوایی منطقه را تحمل کند. فناوری انتقال برق بی سیم مبتنی بر رکتن نیز برای مناطقی که به دلیل محدودیت‌های مالی یا جغرافیایی نمی‌توان شبکه‌های برق سنتی را نصب کرد، یک مزیت محسوب می‌شود.

گرگ کوشنیر، مدیرعامل Emrod از دولت نیوزیلند پشتیبانی و پیش بینی می‌کند که مردم با برق بی سیم همانطور که نسبت به فناوری 5G شک دارند، مخالفت می‌کنند. او معتقد است که چالش واقعی مربوط به این پروژه این است که به مردم اطمینان دهیم که برق بی سیم امرود به هیچ گونه تشعشع مضر منجر نمی‌شود. این شرکت همچنین یک دفتر در بوستون دارد و احتمال زیادی وجود دارد که پروژه برق بی سیم بعدی این شرکت در ایالات متحده انجام شود.

برخی دیگر از ابتکارات پیشگامانه برای انتقال قدرت بی سیم

دهه جدید تقاضای قرن ۲۱ برای راه حل‌های انرژی پاک و بی حد و حصر را افزایش داده است. برق بی سیم که به عنوان یک جایگزین عالی برای منابع برق سنتی است می‌تواند انقلابی در بخش انرژی پاک ایجاد کند. این نیز دلیل آن است که بسیاری از پیشرفت‌های جالب در بخش WPT رخ می‌دهد:

شرکت Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE)، یک شرکت فناوری آمریکایی است که راه حل‌های انرژی بی سیم را برای خودرو‌های برقی متوسط ​​و پرقدرت تولید می‌کند. سیستم‌های شارژ ارائه شده توسط Wave می‌توانند در زیر زمین، در زیر جاده‌ها یا در محل پارکینگ نصب شوند و توانایی انتقال برق بی سیم را تا ۱ مگاوات دارد. گزارشات اخیر نشان می‌دهد که کامیون برقی آینده تسلا Semi ممکن است از فناوری شارژ بی سیم القایی Wave برای برآوردن نیاز‌های برق خود استفاده کند.

شرکت Beyond Earth یک موسسه تحقیقاتی غیر انتفاعی است که چشم انداز ایجاد سیستم انتقال قدرت ماهواره‌ای خورشیدی کاملاً کاربردی را ارائه کرده است. این موسسه ادعا می‌کند که سیستم بی سیم پیشنهادی می‌تواند به کاربرد‌های صنعتی روی زمین و همچنین به پروژه انسان در ماه کمک کند.

سیستم انرژی پیشنهادی دارای دو واحد اصلی خواهد بود. یک ماهواره خورشیدی فضایی که انرژی را از خورشید دریافت می‌کند و از طریق فتوولتائیک، متمرکز کننده‌ها و واحد‌های فرعی WPT و یک گیرنده مستطیلی که برحسب نیاز انرژی را به زمین یا ماه منتقل می‌کند، دریافت می‌کند. این موسسه توصیه می‌کند سیستم برق بی سیم مبتنی بر ماهواره خورشیدی تا سال ۲۰۳۰ تکمیل شود.

گروه حمل و نقل ایندیانا (INDOT) با دانشگاه پردو و شرکت سیمانی آلمان Magment دست به دست هم داده اند تا جاده‌های سیمانی مغناطیسی را که می‌توانند خودرو‌های برقی را هنگام حرکت در آن‌ها شارژ کنند، آزمایش می‌کنند. در مرحله اول، پردو آزمایشات آزمایشگاهی را برای تأیید پایداری جاده‌های مغناطیسی پیشنهادی انجام می‌دهد. پس از تأیید دانشگاه، یک بزرگراه آزمایشی با ارتفاع ۴۰۰ متر با استفاده از سیمان مغناطیسی Magment ساخته می‌شود و سپس آزمایشات جاده‌ای با کامیون‌های ۲۰۰ کیلوواتی انجام می‌شود. در صورت موفقیت آمیز بودن آزمایش‌ها، دولت از فناوری بیشتر برای توسعه معابر عمومی استفاده خواهد کرد. این پروژه شارژ بی سیم زمینی بخشی از طرح ASPIRE (پیشرفت پایداری از طریق زیرساخت‌های برق برای برق رسانی به جاده) است که توسط بنیاد ملی علوم و بسیاری از موسسات دولتی و خصوصی دیگر پشتیبانی می‌شود.

شرکت WiTricity، یک شرکت مستقر در ایالات متحده، روی فناوری پارک و شارژ کار می‌کند که هدف آن شارژ وسایل نقلیه برقی از طریق تشدید کننده‌های مغناطیسی در حین پارک خودرو‌ها است. در کنار IoT و AI، انتقال قدرت بی سیم نیز یک پیشرفت تکنولوژیکی اجتناب ناپذیر است که بشریت در سطوح کاملاً جدیدی در سال‌های آینده آن را تجربه خواهد کرد.

گزارش از مائده زمان فشمی

انتهای پیام/