DIY trådløs elektricitet. Transmission af elektricitet over en afstand trådløst

Grundlæggende om trådløs opladning

Trådløs transmission elektrisk energi(WPT) giver os en chance for at undslippe strømledningernes tyranni. Denne teknologi gennemsyrer nu alle typer enheder og systemer. Lad os tage et kig på hende!

Trådløs måde

De fleste moderne boliger og erhvervsbygninger er netdrevne vekselstrøm. Kraftværker genererer vekselstrøm, som leveres til boliger og virksomheder ved hjælp af højspændingsledninger og step-down transformere.

Elektriciteten går til fordelingspanelet, og så fører ledningerne elektriciteten til det udstyr og de enheder, vi bruger hver dag: lys, køkkenmaskiner, opladere og så videre.

Alle komponenter er standardiserede. Enhver enhed, der er klassificeret til standardstrøm og -spænding, fungerer fra enhver stikkontakt i hele landet. Selvom standarderne varierer fra land til land, vil enhver enhed i et givet elektrisk system fungere, så længe den opfylder standarderne for det pågældende system.

Et kabel her, et kabel der... De fleste af vores elektriske apparater har et vekselstrømskabel.

Trådløs kraftoverførselsteknologi

Wireless Power Transfer (WPT) gør det muligt at levere strøm over en luftspalte uden behov for elektriske ledninger. Trådløs strømtransmission kan give vekselstrøm til kompatible batterier eller enheder uden fysiske stik eller ledninger. Trådløs transmission af elektrisk energi kan give opladning mobiltelefoner Og tablet-computere, ubemandede luftfartøjer, biler og andet transportudstyr. Det kunne endda gøre det muligt at transmittere elektricitet genereret fra solpaneler trådløst i rummet.

Trådløs transmission af elektrisk energi er begyndt hurtig udvikling i området forbrugerelektronik, der erstatter kablede opladere. På CES 2017 vil mange enheder, der bruger trådløs strømtransmission, blive vist.

Konceptet med at transmittere elektrisk energi trådløst opstod dog omkring 1890'erne. Nikola Tesla kunne i sit laboratorium i Colorado Springs tænde en pære trådløst ved hjælp af elektrodynamisk induktion (bruges i resonanstransformator).

Tre pærer placeret 60 fod (18 meter) fra strømkilden blev tændt, og demonstrationen blev dokumenteret. Tesla havde store planer; han håbede, at hans Wardenclyffe Tower, der ligger på Long Island, ville transmittere elektrisk energi trådløst over Atlanterhavet. Dette skete aldrig pga forskellige problemer, herunder finansiering og timing.

Trådløs transmission af elektrisk energi bruger felter skabt af ladede partikler til at overføre energi over et luftgab mellem sendere og modtagere. Luftspalten kortsluttes ved at omdanne elektrisk energi til en form, der kan overføres gennem luften. Elektrisk energi omdannes til et vekselfelt, transmitteres gennem luften og omdannes derefter til brugbar elektrisk strøm af en modtager. Afhængigt af kraften og afstanden kan elektrisk energi effektivt transmitteres gennem et elektrisk felt, et magnetfelt eller elektromagnetiske bølger såsom radiobølger, mikrobølgestråling eller endda lys.

Nedenstående tabel viser de forskellige teknologier til trådløs transmission af elektrisk energi samt former for energitransmission.

Wireless Power Transmission Technologies (WPT)

Teknologi	Elektrisk energibærer	Hvad tillader transmission af elektrisk energi
Induktiv kobling	Magnetiske felter	Snoninger af ledning
Resonant induktiv kobling	Magnetiske felter	Oscillerende kredsløb
Kapacitiv kobling	Elektriske felter	Par af ledende plader
Magnetodynamisk kobling	Magnetiske felter	Rotation af permanente magneter
Mikrobølgestråling	Mikrobølgebølger	Fasede arrays af parabolantenner
Optisk stråling	Synligt lys / infrarød stråling / ultraviolet stråling	Lasere, fotoceller

Qi-opladning, en åben standard for trådløs opladning

Mens nogle af de virksomheder, der lover trådløs strøm, stadig arbejder på deres produkter, eksisterer Qi (udtales "qi") opladningsstandarden allerede, og enheder, der bruger den, er allerede tilgængelige. Trådløst elektromagnetisk energikonsortium ( Trådløs strøm Consortium, WPC), skabt i 2008, udviklede Qi-standarden til opladning af batterier. Denne standard Understøtter både induktiv og resonans opladningsteknologi.

Induktiv opladning overfører elektrisk energi mellem induktorer i senderen og modtageren placeret på på nært hold. Induktive systemer kræver, at induktorerne er i umiddelbar nærhed og justeret med hinanden; Typisk er enhederne i direkte kontakt med ladepladen. Resonansopladning kræver ikke omhyggelig justering, og opladere kan registrere og oplade en enhed op til 45 mm væk; således kan resonansopladere indbygges i møbler eller installeres mellem hylder.

Tilstedeværelsen af Qi-logoet betyder, at enheden er registreret og certificeret af WPC.

I begyndelsen havde Qi-opladning en lille effekt, omkring 5 W. De første smartphones, der bruger Qi-opladning, dukkede op i 2011. I 2015 steg Qi-ladeeffekten til 15 W, hvilket tillader hurtig opladning enheder.

Følgende figur fra Texas Instruments viser, hvad Qi-standarden dækker over.

Kun enheder, der er opført i Qi-registreringsdatabasen, er garanteret Qi-kompatible. Den indeholder i øjeblikket mere end 700 produkter. Det er vigtigt at forstå, at produkter med Qi-logoet er blevet testet og certificeret; og de magnetiske felter, der bruges af disse enheder, vil ikke forårsage problemer for følsomme enheder såsom mobiltelefoner eller e-pas. Registrerede enheder vil garanteret fungere med registrerede opladere.

Fysik af trådløs transmission af elektrisk energi

Trådløs transmission af elektrisk energi til husholdningsapparater er ny teknologi, men principperne bag det har været kendt i lang tid. Hvor elektricitet og magnetisme er involveret, er Maxwells ligninger stadig styret, og sendere sender energi til modtagere på samme måde som i andre former trådløs kommunikation. Trådløs strømtransmission adskiller sig dog fra dem i sit hovedformål, som er at overføre selve energien, og ikke informationen kodet i den.

De elektromagnetiske felter, der er involveret i den trådløse transmission af elektrisk energi, kan være ret stærke, og derfor skal der tages hensyn til menneskers sikkerhed. Eksponering for elektromagnetisk stråling kan forårsage problemer, og der er også mulighed for, at felter, der genereres af elektriske energitransmittere, kan forstyrre driften af bærbart eller implanteret medicinsk udstyr.

Sendere og modtagere er indbygget i enheder til trådløs transmission af elektrisk energi på samme måde som de batterier, der oplades af dem. Faktiske konverteringsmønstre vil afhænge af den anvendte teknologi. Udover selve transmissionen af elektricitet skal WPT-systemet sørge for kommunikation mellem sender og modtager. Dette sikrer, at modtageren kan give besked Oplader at batteriet er fuldt opladet. Kommunikation gør det også muligt for senderen at detektere og identificere modtageren for at justere mængden af strøm, der sendes til belastningen, samt overvåge for eksempel batteritemperaturen.

Ved trådløs transmission af elektrisk energi har valget af enten nærfelts- eller fjernfeltsbegreber betydning. Transmissionsteknologier, mængden af energi, der kan transmitteres, og afstandskrav har indflydelse på, om et system vil bruge nærfeltsstråling eller fjernfeltsstråling.

Punkter, hvor afstanden fra antennen er væsentligt mindre end én bølgelængde, er i nærzonen. Energien i nærfeltet er ikke-strålende, og svingningerne i de magnetiske og elektriske felter er uafhængige af hinanden. Kapacitiv (elektrisk) og induktiv (magnetisk) kobling kan bruges til at overføre energi til en modtager placeret i nærfeltet af senderen.

Punkter, for hvilke afstanden fra antennen er større end ca. to bølgelængder, er i det fjerne felt (der er et overgangsområde mellem det nære og fjerne felt). Fjernfeltsenergi transmitteres i form af almindelig elektromagnetisk stråling. Fjernfelts energioverførsel kaldes også energistråle. Eksempler på fjernfeltstransmission er systemer, der bruger højeffektlasere eller mikrobølgestråling til at transmittere energi over lange afstande.

Hvor virker Wireless Power Transmission (WPT)?

Alle WPT-teknologier er i øjeblikket under aktiv forskning, hvor de fleste fokuserer på at maksimere effektoverførselseffektiviteten og udforske teknologier til magnetisk resonanskobling. Derudover er de mest ambitiøse ideer at udstyre lokalerne med et WPT-system, hvor en person vil være, og de enheder, han bærer, oplades automatisk.

Globalt er elbusser ved at blive normen; planer om at introducere trådløs opladning til Londons ikoniske dobbeltdækkerbusser er på linje med bussystemer i Sydkorea, den amerikanske delstat Utah og Tyskland.

Et eksperimentelt system til trådløs drift af droner er allerede blevet demonstreret. Og som tidligere nævnt er den nuværende forskning og udvikling fokuseret på udsigten til at opfylde nogle af Jordens energibehov gennem brug af trådløs kraftoverførsel og solpaneler placeret i rummet.

WPT virker overalt!

Konklusion

Mens Teslas drøm om trådløst at overføre strøm til enhver forbruger stadig er langt fra at blive realiseret, bruger masser af enheder og systemer en eller anden form for trådløs strømtransmission lige nu. Fra tandbørster til mobiltelefoner, fra personlige biler til offentlig transport, er der mange applikationer til trådløs transmission af elektrisk energi.

Trådløs elektricitet har været kendt siden 1831, hvor Michael Faraday opdagede fænomenet elektromagnetisk induktion. Han etablerede eksperimentelt, at et skiftende magnetfelt genereret af en elektrisk strøm kan inducere en elektrisk strøm i en anden leder. Talrige eksperimenter blev udført, takket være hvilke den første elektriske transformer dukkede op. Men for fuldt ud at implementere ideen om at transmittere elektricitet over en afstand ind praktisk ansøgning Kun Nikola Tesla lykkedes.

Ved verdensudstillingen i Chicago i 1893 demonstrerede han den trådløse transmission af elektricitet ved at tænde fosforpærer, der var adskilt. Tesla demonstrerede mange variationer af transmission af elektricitet uden ledninger og drømte om, at denne teknologi i fremtiden ville give folk mulighed for at overføre energi over lange afstande i atmosfæren. Men på dette tidspunkt viste denne opfindelse af videnskabsmanden sig at være uanmeldt. Først et århundrede senere blev folk interesserede i Nikola Teslas teknologier Intel og Sony og så andre virksomheder.

Hvordan det virker

Trådløs elektricitet refererer bogstaveligt talt til transmission af elektrisk energi uden ledninger. Denne teknologi sammenlignes ofte med transmission af information, såsom Wi-Fi, mobiltelefoner og radioer. Trådløs elektricitet- Dette er en relativt ny teknologi i dynamisk udvikling. I dag udvikles metoder til sikkert og effektivt at overføre energi over en afstand uden afbrydelser.

Teknologien er baseret på magnetisme og elektromagnetisme og er baseret på en række simple principper arbejde. Først og fremmest vedrører dette tilstedeværelsen af to spoler i systemet.

Systemet består af en sender og en modtager, som tilsammen genererer et magnetisk vekselfelt med variabel strøm.
Dette felt skaber spænding i modtagerspolen, for eksempel for at oplade et batteri eller forsyne en mobilenhed.
Når elektrisk strøm sendes gennem en ledning, opstår der et cirkulært magnetfelt rundt om kablet.
På en trådspole, der ikke modtager elektrisk strøm direkte, vil elektrisk strøm begynde at strømme fra den første spole gennem magnetfeltet, inklusive den anden spole, hvilket giver induktiv kobling.

Overførselsprincipper

Indtil for nylig blev det magnetiske resonanssystem CMRS, skabt i 2007 ved Massachusetts Institute of Technology, betragtet som den mest avancerede teknologi til transmission af elektricitet. Denne teknologi sørget for strømtransmission over en afstand på op til 2,1 meter. Men flere begrænsninger forhindrede dens lancering i masseproduktion, for eksempel høj transmissionsfrekvens, store dimensioner, kompleks spolekonfiguration samt høj følsomhed over for ekstern interferens, herunder menneskelig tilstedeværelse.

Forskere fra Sydkorea har dog skabt en ny el-sender, der skal transmittere energi op til 5 meter. Og alle enheder i rummet får strøm fra en enkelt hub. Resonanssystemet af DCRS dipolspoler er i stand til at fungere op til 5 meter. Systemet har ikke en række ulemper ved CMRS, herunder brugen af ret kompakte spoler, der måler 10x20x300 cm, som diskret kan monteres i væggene i en lejlighed.

Eksperimentet gjorde det muligt at sende ved en frekvens på 20 kHz:

209 W ved 5 m;
471 W ved 4 m;
1403 W på 3 m.

Trådløs elektricitet giver dig mulighed for at drive moderne store LCD-tv, som kræver 40 W, i en afstand af 5 meter. Det eneste, der vil blive "pumpet ud" fra det elektriske netværk, er 400 watt, men der vil ikke være nogen ledninger. Elektromagnetisk induktion giver høj effektivitet, men på kort afstand.

Der er andre teknologier, der giver dig mulighed for at overføre elektricitet trådløst. De mest lovende af dem er:

Laserstråling . Giver netværkssikkerhed samt større rækkevidde. Der kræves dog udsyn mellem modtager og sender. Driftsinstallationer, der bruger strøm fra Laser stråle, er allerede oprettet. Lockheed Martin, en amerikansk producent af militærudstyr og fly, testede det ubemandede Stalker-luftfartøj, som er drevet af en laserstråle og forbliver i luften i 48 timer.
Mikrobølgestråling . Giver en lang rækkevidde, men har høje udstyrsomkostninger. En radioantenne bruges som sender af elektricitet, som skaber mikrobølgestråling. Modtagerenheden har en rektenne, som omdanner den modtagne mikrobølgestråling til elektrisk strøm.

Denne teknologi gør det muligt at distancere modtageren betydeligt fra senderen, og der er ikke noget direkte behov for sigtelinje. Men med stigende rækkevidde stiger omkostningerne og størrelsen af udstyret proportionalt. Samtidig mikrobølgestråling høj effekt, genereret ved installation, kan være skadelig for miljøet.

Ejendommeligheder

Den mest realistiske af teknologierne er trådløs elektricitet baseret på elektromagnetisk induktion. Men der er begrænsninger. Der arbejdes på at skalere teknologien, men her opstår sundhedssikkerhedsproblemer.
Teknologier til transmission af elektricitet ved hjælp af ultralyd, laser og mikrobølgestråling vil også udvikle sig og vil også finde deres nicher.
At kredse satellitter med enorme solpaneler kræver en anden tilgang, hvilket kræver målrettet transmission af elektricitet. Laser og mikroovn er passende her. På dette øjeblik Ingen perfekt løsning Der er dog mange muligheder med deres fordele og ulemper.
I øjeblikket er store producenter af telekommunikationsudstyr gået sammen om at danne Wireless Electromagnetic Energy Consortium for at skabe en verdensomspændende standard for trådløse opladere, der fungerer efter princippet om elektromagnetisk induktion. Fra store producenter Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei og HTC understøtter QI-standarden på en række af deres modeller. Snart vil QI blive en samlet standard for sådanne enheder. Takket være dette bliver det muligt at oprette trådløse opladningszoner til gadgets på cafeer, transportknudepunkter og andre offentlige steder.

Ansøgning

Mikrobølge helikopter. Helikoptermodellen havde en rektenne og steg til en højde på 15 m.
Trådløs elektricitet bruges til at drive elektriske tandbørster. Tandbørsten har en fuldstændig forseglet krop og har ingen stik, hvilket undgår elektrisk stød.
Styring af fly ved hjælp af lasere.
Trådløse opladningssystemer er nu tilgængelige til salg mobile enheder der kan bruges hver dag. De arbejder på basis af elektromagnetisk induktion.
Universal ladeplade. De giver dig mulighed for at drive det meste af populære modeller smartphones, der ikke er udstyret med et trådløst lademodul, inkl almindelige telefoner. Ud over selve ladepladen skal du købe et modtagertaske til gadgetten. Den forbindes til en smartphone via en USB-port og oplades via den.
I øjeblikket sælges over 150 enheder op til 5 Watt, der understøtter QI-standarden, på verdensmarkedet. I fremtiden vil der dukke udstyr op med en gennemsnitlig effekt på op til 120 Watt.

Udsigter

I dag arbejder vi på store projekter, som vil bruge trådløs elektricitet. Dette er strømforsyning til elektriske køretøjer "over the air" og elektriske husholdningsnetværk:

Et tæt netværk af ladepunkter til biler vil gøre det muligt at reducere batterierne og reducere omkostningerne til elbiler markant.
Der vil blive installeret strømforsyninger i hvert rum, som vil overføre elektricitet til lyd- og videoudstyr, gadgets og husholdningsapparater udstyret med passende adaptere.

Fordele og ulemper

Trådløs strøm har følgende fordele:

Der kræves ingen strømforsyninger.
Fuldstændig fravær af ledninger.
Fjern behovet for batterier.
Mindre vedligeholdelse påkrævet.
Kæmpe udsigter.

Ulemper inkluderer også:

Utilstrækkelig teknologisk udvikling.
Begrænset af afstand.
Magnetiske felter er ikke helt sikre for mennesker.
Høje omkostninger til udstyr.

Hvornår Apple selskab introducerede sin første trådløse oplader til mobiltelefoner og gadgets, mange betragtede det som en revolution og et stort spring fremad inden for trådløse energioverførselsmetoder.

Men var de pionerer, eller endda før dem, lykkedes det nogen at gøre noget lignende, dog uden ordentlig markedsføring og PR? Det viser sig, at der var, og for meget længe siden, og der var mange sådanne opfindere.

Så tilbage i 1893 demonstrerede den berømte Nikola Tesla en glød til det forbløffede publikum lysstofrør. På trods af at de alle var trådløse.

Nu kan ethvert skolebarn gentage dette trick ved at gå ud i en åben mark og stå under linjen med et lysstofrør højspænding fra 220kv og derover.

Lidt senere lykkedes det Tesla at tænde en fosforglødepære på samme trådløse måde.

I Rusland i 1895 viste A. Popov verdens første radiomodtager i drift. Men i det store og hele er dette også en trådløs overførsel af energi.

Det vigtigste spørgsmål og på samme tid problemet med hele teknologien til trådløs opladning og lignende metoder ligger i to punkter:

hvor langt kan elektricitet overføres på denne måde?

og hvilken mængde

Lad os først finde ud af, hvilken strøm enhederne har og Hårde hvidevarer dem omkring os. For eksempel kræver en telefon, smartwatch eller tablet maksimalt 10-12W.

Den bærbare computer har allerede højere krav - 60-80W. Dette kan sammenlignes med den gennemsnitlige glødepære. Men husholdningsapparater, især køkkenmaskiner, bruger allerede flere tusinde watt.

Derfor er det meget vigtigt ikke at spare på antallet af stikkontakter i køkkenet.

Så hvilke metoder og metoder til at overføre elektrisk energi uden brug af kabler eller andre ledere har menneskeheden fundet på i alle disse år? Og vigtigst af alt, hvorfor er de stadig ikke implementeret så aktivt i vores liv, som vi gerne ville?

Tag de samme køkkenmaskiner. Lad os se nærmere.

Overførsel af energi gennem spoler

Den lettest implementerede metode er at bruge induktorer.

Princippet her er meget enkelt. Tag 2 spoler og læg dem tæt på hinanden. En af dem er forsynet med strøm. Den anden spiller rollen som modtager.

Når strømmen i strømkilden justeres eller ændres, ændres den magnetiske flux i den anden spole automatisk også. Som fysikkens love siger, vil der i dette tilfælde opstå en EMF, og det vil direkte afhænge af ændringshastigheden af denne strøm.

Det ser ud til, at alt er enkelt. Men manglerne ødelægger hele det rosenrøde billede. Tre ulemper:

lav strøm

Ved at bruge denne metode overfører du ikke store mængder og vil ikke være i stand til at forbinde kraftfulde enheder. Hvis du prøver at gøre dette, vil du simpelthen smelte alle viklingerne.

kort afstand

Tænk ikke engang på at overføre elektricitet over ti eller hundreder af meter her. Denne metode har begrænset effekt.

For fysisk at forstå, hvor slemt det er, skal du tage to magneter og finde ud af, hvor langt fra hinanden de skal være, før de holder op med at tiltrække eller frastøde hinanden. Effektiviteten af spoler er omtrent den samme.

Du kan selvfølgelig være kreativ og sikre, at disse to elementer altid er tæt på hinanden. For eksempel en elbil og en særlig ladevej.

Men hvor meget vil anlæggelsen af sådanne motorveje koste?

lav effektivitet

Et andet problem er lav effektivitet. Det overstiger ikke 40 %. Det viser sig, at du på denne måde ikke vil være i stand til at overføre en masse elektrisk energi over lange afstande.

Den samme N. Tesla påpegede dette tilbage i 1899. Senere gik han over til eksperimenter med atmosfærisk elektricitet, i håb om at finde en løsning og en løsning på problemet.

Men uanset hvor ubrugelige alle disse ting kan virke, kan du med deres hjælp stadig organisere smukke lys- og musikforestillinger.

Eller genoplad udstyr, der er meget større end telefoner. For eksempel elcykler.

Laser energioverførsel

Men hvordan kan mere energi overføres til længere afstand? Tænk på, hvilke film vi ser denne form for teknologi meget ofte.

Det første, der kommer til at tænke på selv for en skoledreng, er " Star wars", lasere og lyssværd.

Selvfølgelig kan du med deres hjælp formidle et stort antal af elektricitet over meget lange afstande. Men igen er alt spoleret af et lille problem.

Heldigvis for os, men desværre for laseren, har Jorden en atmosfære. Og det gør bare et godt stykke arbejde med at jamme og spise det meste af laserstrålingens samlede energi. Derfor skal vi med denne teknologi ud i rummet.

Der har også været forsøg og eksperimenter på Jorden for at teste funktionaliteten af metoden. Nasa afholdt endda en konkurrence om trådløs laserenergioverførsel med en præmiefond på lige under $1 million.

I sidste ende vandt Laser Motive. Deres vinderresultat er 1 km og 0,5 kW transmitteret kontinuerlig effekt. Men under overførselsprocessen mistede videnskabsmænd 90% af al den oprindelige energi.

Men alligevel, selv med en effektivitet på ti procent, blev resultatet betragtet som vellykket.

Lad os huske, at en simpel pære har endnu mindre nyttig energi, der går direkte ind i lyset. Derfor er det rentabelt at lave infrarøde varmeapparater fra dem.

Mikrobølgeovn

Er der virkelig ingen anden virkelig fungerende måde at overføre elektricitet på uden ledninger? Der er, og det blev opfundet allerede før forsøg og børns spil i star wars.

Det viser sig, at specielle mikrobølger med en længde på 12 cm (frekvens 2,45 GHz) er gennemsigtige for atmosfæren, og det forstyrrer ikke deres udbredelse.

Uanset hvor dårligt vejret er, vil du kun miste fem procent, når du sender ved hjælp af mikrobølger! Men for at gøre dette skal du først konvertere elektrisk strøm til mikrobølger, derefter fange dem og returnere dem til deres oprindelige tilstand.

Forskere løste det første problem for længe siden. De opfandt en speciel enhed til dette og kaldte den en magnetron.

Desuden blev dette gjort så professionelt og sikkert, at hver af jer i dag har sådan en enhed derhjemme. Gå ind i køkkenet og tag et kig på din mikroovn.

Den har den samme magnetron indeni med en effektivitet på 95%.

Men hvordan gør man den omvendte transformation? Og her blev der udviklet to tilgange:

amerikansk

sovjetisk

I USA, tilbage i tresserne, fandt videnskabsmanden W. Brown op med en antenne, der udførte den påkrævede opgave. Det vil sige, at den konverterede den stråling, der faldt på den, tilbage til elektrisk strøm.

Han gav den endda sit eget navn - rectenna.

Efter opfindelsen fulgte eksperimenter. Og i 1975 blev der ved hjælp af en rektenna transmitteret og modtaget hele 30 kW effekt i en afstand på mere end en kilometer. Transmissionstab var kun 18%.

Næsten et halvt århundrede senere har ingen kunnet overgå denne oplevelse. Det ser ud til, at metoden er blevet fundet, så hvorfor blev disse rektenner ikke frigivet til masserne?

Og her viser manglerne sig igen. Rectennaer blev samlet ved hjælp af miniature halvledere. Normal drift for dem er det kun overførsel af nogle få watt effekt.

Og hvis du vil overføre titusinder eller hundredevis af kW, så gør dig klar til at samle gigantiske paneler.

Og det er her, uløselige vanskeligheder opstår. For det første er dette re-emission.

Ikke alene vil du miste noget af din energi på grund af det, men du vil heller ikke være i stand til at komme tættere på panelerne uden at miste dit helbred.

Den anden hovedpine er ustabiliteten af halvledere i panelerne. Det er nok, at én brænder ud på grund af en lille overbelastning, og resten fejler som en lavine, som tændstikker.

I USSR var alt noget anderledes. Det var ikke for ingenting, at vores militær var overbevist om, at selv i tilfælde af en atomeksplosion ville alt udenlandsk udstyr straks svigte, men sovjetisk udstyr ville ikke. Hele hemmeligheden ligger i lamperne.

På Moscow State University har to af vores videnskabsmænd, V. Savin og V. Vanke, designet den såkaldte cyklotron-energikonverter. Den har anstændige dimensioner, da den er samlet baseret på lampeteknologi.

Udvendigt er det noget i retning af et rør 40 cm langt og 15 cm i diameter. Effektiviteten af denne lampenhed er lidt mindre end den amerikanske halvleder-ting - op til 85%.

Men i modsætning til halvlederdetektorer har en cyklotronenergikonverter en række væsentlige fordele:

pålidelighed

høj effekt

overbelastningsmodstand

ingen re-emission

lave produktionsomkostninger

På trods af alt ovenstående anses halvledermetoder til projektimplementering dog for at være avancerede over hele verden. Her er også et element af mode.

Efter den første optræden af halvledere begyndte alle brat at opgive rørteknologier. Men praktiske test tyder på, at dette ofte er den forkerte tilgang.

Selvfølgelig, lampe Mobiltelefoner 20 kg stykket eller computere, der optager hele lokaler, har ingen interesse for nogen.

Men nogle gange kan kun gennemprøvede gamle metoder hjælpe os i håbløse situationer.

Som følge heraf har vi i dag tre muligheder for at overføre energi trådløst. Den allerførste diskuterede er begrænset af både afstand og magt.

Men det er nok til at oplade batteriet på en smartphone, tablet eller noget større. Selv om effektiviteten er lille, er den stadig en arbejdsmetode.

Den første af dem startede meget opmuntrende. I 2000'erne var der på Réunion Island behov for permanent overførsel 10 kW effekt i en afstand af 1 km.

Det bjergrige terræn og den lokale vegetation tillod ikke lægning af luftledninger eller kabler der.

Alle bevægelser på øen til dette punkt blev udelukkende udført med helikoptere.

For at løse problemet blev de bedste hjerner fra forskellige lande samlet i ét hold. Herunder dem, der tidligere er nævnt i artiklen, vores forskere fra Moskvas statsuniversitet V. Vanke og V. Savin.

Men i det øjeblik, hvor den praktiske implementering og konstruktion af energisendere og -modtagere skulle være begyndt, blev projektet fastfrosset og stoppet. Og med krisens begyndelse i 2008 opgav de den fuldstændig.

Faktisk er dette meget skuffende, da det teoretiske arbejde, der blev udført der, var kolossalt og værdigt til at blive implementeret.

Det andet projekt ser mere skørt ud end det første. Der er dog afsat reelle midler til det. Selve ideen blev udtrykt tilbage i 1968 af den amerikanske fysiker P. Glaser.

Han foreslog en ikke helt normal idé på det tidspunkt - at opsende en enorm satellit i geostationær bane 36.000 km over jorden. Placer den på den solpaneler, som vil opsamle gratis energi fra solen.

Så skal alt dette omdannes til en stråle af mikrobølgebølger og sendes til jorden.

En slags "dødsstjerne" i vores jordiske realiteter.

På jorden skal strålen fanges af gigantiske antenner og omdannes til elektricitet.

Hvor store skal disse antenner være? Forestil dig, at hvis satellitten er 1 km i diameter, så skal modtageren på jorden være 5 gange større - 5 km (størrelsen af Haveringen).

Men størrelsen er kun en lille del af problemet. Efter alle beregningerne viste det sig, at sådan en satellit ville generere elektricitet med en kapacitet på 5 GW. Når man nåede jorden ville der kun være 2GW tilbage. For eksempel producerer Krasnoyarsk vandkraftværk 6 GW.

Derfor blev hans idé overvejet, kalkuleret og lagt til side, da alt i første omgang kom ned på prisen. Omkostningerne ved rumprojektet nåede dengang $1 billion.

Men videnskaben står heldigvis ikke stille. Teknologier forbedres og bliver billigere. Flere lande er allerede ved at udvikle sådan en solar rumstation. Selvom i begyndelsen af det tyvende århundrede, var kun en genial person nok til trådløs transmission af elektricitet.

Den samlede pris for projektet faldt fra den oprindelige til 25 milliarder dollars. Spørgsmålet er stadig - vil vi se dens implementering i den nærmeste fremtid?

Desværre vil ingen give dig et klart svar. Indsatser placeres kun i anden halvdel af dette århundrede. Lad os derfor indtil videre nøjes med trådløse opladere til smartphones og håbe på, at forskerne vil være i stand til at øge deres effektivitet. Nå, eller i sidste ende vil en anden Nikola Tesla blive født på Jorden.

Alle ved, at Nikola Tesla er opfinderen af sådanne allestedsnærværende ting som vekselstrøm og transformeren. Men ikke alle videnskabsmænd er bekendt med Teslas andre opfindelser.

Vi bruger vekselstrøm. Vi bruger transformere. I enhver lejlighed. Det er svært at forestille sig, hvordan man kan undvære disse opfindelser. Men HVORDAN bruger vi dem? Tesla brugte disse ting kendt for os (som det ser ud for os) på en helt anden måde. Hvordan forbinder vi ethvert elektrisk apparat til netværket? Med en gaffel - dvs. to ledere. Hvis vi kun forbinder en leder, vil der ikke være nogen strøm - kredsløbet er ikke lukket.

Tesla demonstrerede effekten af at sende strøm gennem en enkelt leder. Desuden transmitterede den i andre eksperimenter strøm uden ledninger overhovedet. I slutningen af det 19. århundrede var den store opfinder i stand til at overføre elektrisk energi trådløst over en afstand på over 40 kilometer. Da dette velkendte Tesla-eksperiment endnu ikke er blevet gentaget, vil vores læsere helt sikkert være interesserede i detaljerne i denne historie, såvel som nuværende tilstand problemer med at overføre elektrisk energi uden ledninger.

Biografien om den amerikanske opfinder, serbisk af fødsel, Nikola Tesla er ret velkendt, og vi vil ikke dvæle ved den. Men lad os straks afklare: før Tesla demonstrerede sit unikke eksperiment, først i 1892 i London og et år senere i Philadelphia, i nærværelse af specialister, demonstrerede muligheden for at overføre elektrisk energi gennem en ledning uden at bruge jording af den anden pol af energikilden.

Og så fik han ideen til at bruge Jorden som denne eneste ledning! Og samme år demonstrerede han ved Electric Lighting Association-konventet i St. Lewis elektriske lamper, brændende uden forsyningsledninger, og en elektrisk motor, der kører uden at være forbundet til det elektriske netværk. Han kommenterede denne usædvanlige udstilling som følger: ”Et par ord om en idé, der konstant optager mine tanker og angår os alle. Jeg mener at sende signaler, såvel som energi, over enhver afstand uden ledninger. Vi ved allerede, at elektriske vibrationer kan overføres gennem en enkelt leder. Hvorfor ikke bruge Jorden til dette formål? Hvis vi kan bestemme oscillationsperioden elektrisk ladning Jorden, med dens forstyrrelse forbundet med virkningen af et modsat ladet kredsløb, vil dette være et faktum af ekstrem vigtighed, som vil tjene til gavn for hele menneskeheden."

Da de så en så spektakulær demonstration, investerede så berømte oligarker som J. Westinghouse og J. P. Morgan over en million dollars i denne lovende forretning og købte hans patenter fra Tesla (forresten enorme penge på det tidspunkt!). Med disse midler byggede Tesla i slutningen af 90'erne af det 19. århundrede sit unikke laboratorium i Colorado Springs. Detaljerede oplysninger om eksperimenterne i Teslas laboratorium er præsenteret i bogen af hans biograf John O'Neill, "Electric Prometheus" (i vores land blev dens oversættelse offentliggjort i magasinet "Inventor and Innovator" nr. 4-11 for 1979) . Vi vil her kun give et kort uddrag af det, for ikke at henvise til senere genoptryk: "I Colorado Springs gennemførte Tesla de første test af trådløs transmission af elektricitet. Han var i stand til at drive 200 pærer glødelampe, der ligger 42 kilometer fra hans laboratorium. Hver effekt var på 50 watt, så det samlede energiforbrug var 10 kW eller 13 hk. Tesla var overbevist om, at han ved hjælp af en kraftigere vibrator kunne tænde et dusin elektriske guirlander med hver 200 pærer, spredt rundt på kloden."

Tesla selv var så inspireret af succesen med disse eksperimenter, at han i den almindelige presse meddelte, at han havde til hensigt at oplyse verdensindustriudstillingen i Paris, som skulle afholdes i 1903, med energi fra et kraftværk placeret ved Niagara Falls og sendes trådløst til Paris. Det er kendt fra talrige fotografier og beskrivelser af øjenvidner og assistenter til opfinderen, at det var en generator af energi transmitteret over 42 kilometer uden ledninger (dette er dog et rent journalistisk udtryk: en ledning, som var Jorden, er til stede i denne kredsløb, og dette er direkte angivet både Tesla selv og hans biograf).

Det, Tesla kaldte en vibrator, var en gigantisk transformer af hans system, som havde en primær vikling af flere vindinger af tyk ledning viklet på et hegn med en diameter på 25 meter, og en multi-turn enkeltlags sekundær vikling placeret inde i den på en cylinder af dielektrisk. Primær vikling sammen med en kondensator, en induktionsspole og et gnistgab dannede det en oscillerende kredsløbs-frekvensomformer. Over transformatoren, placeret i midten af laboratoriet, rejste sig et 60 meter højt trætårn, toppet med en stor kobberkugle. Den ene ende af transformatorens sekundære vikling var forbundet til denne kugle, den anden var jordet. Hele enheden blev drevet af en separat 300 hk dynamo. Han var spændt elektromagnetiske vibrationer frekvens 150 kilohertz (bølgelængde 2000 meter). Driftsspænding i højspændingskredsløbet var 30.000 V, og kuglens resonationspotentiale nåede op på 100.000.000 V, hvilket genererede kunstigt lyn i snesevis af meter langt! Dette er, hvordan hans biograf forklarer arbejdet med Teslas vibrator: "I det væsentlige "pumpede" Tesla en strøm af elektroner ind i Jorden og udtog derfra. Pumpefrekvensen var 150 kHz. De elektriske bølger spredte sig i koncentriske cirkler længere og længere fra Colorado Springs og konvergerede derefter på et diametralt modsat punkt på Jorden. Store amplitudebølger steg og faldt der i samklang med dem, der blev rejst i Colorado. Når sådan en bølge faldt, sendte den et elektrisk ekko tilbage til Colorado, hvor en elektrisk vibrator forstærkede bølgen, og den skyndte sig tilbage.

Hvis vi bringer hele Jorden i en tilstand af elektrisk vibration, så vil vi på hvert punkt på dens overflade blive forsynet med energi. Det vil være muligt at fange det fra bølgerne, der suser mellem de elektriske poler simple enheder synes godt om oscillerende kredsløb i radioer, kun jordet og udstyret med små antenner i højden af et landligt sommerhus. Denne energi vil opvarme og lyse boliger ved hjælp af Teslas rørformede lamper, som ikke kræver ledninger. AC-motorer ville kun kræve frekvensomformere."

Oplysninger om Teslas eksperimenter med at overføre elektricitet uden ledninger inspirerede andre forskere til at arbejde på dette område. Rapporter om lignende eksperimenter dukkede ofte op i pressen i begyndelsen af forrige århundrede. I den forbindelse er det værd at citere et uddrag af en artikel af A.M. Gorkys "Conversations on Craft", udgivet i 1930: "I år transmitterede Marconi elektrisk strøm med luft fra Genova til Australien og tændte elektriske lamper der på en udstilling i Sydney. Det samme blev gjort for 27 år siden her, i Rusland, af forfatteren og videnskabsmanden M.M. Filippov, som i flere år arbejdede på at sende elektrisk strøm gennem luften og til sidst tændte en lysekrone fra Skt. Petersborg i Tsarskoje Selo ( altså i en afstand af 27 kilometer. -V.P.). På det tidspunkt blev der ikke taget behørigt hensyn til dette faktum, men Filippov blev fundet død i sin lejlighed et par dage senere, og hans apparater og papirer blev konfiskeret af politiet."

Teslas eksperimenter gjorde også et stort indtryk på en anden forfatter, Alexei Tolstoy, som var ingeniør af uddannelse. Og da Tesla, og derefter Marconi, rapporterede på tryk, at deres enheder modtog mærkelige signaler af udenjordisk, tilsyneladende Mars-oprindelse, inspirerede dette forfatteren til at skrive science fiction-romanen "Aelita." I romanen bruger marsboerne Teslas opfindelse og transmitterer trådløst energi fra kraftværker placeret ved Mars poler til hvor som helst på planeten. Denne energi driver motorerne i flyvende skibe og andre mekanismer. Men at bygge dit eget "verdenssystem" for at levere elektricitet til befolkningen globus Tesla fejlede uden brug af ledninger.

Så snart han i 1900 begyndte at bygge en forskningslaboratorieby til 2000 ansatte og et enormt metaltårn med en kæmpe kobberplade på toppen på øen Long Island nær New York, indså de "kablede" elektriske oligarker det: trods alt, den udbredte introduktion af Teslas system truede dem med ruin.

Wardenclyffe Tower (1902)

På milliardæren J.P. Morgan, der finansierede byggeriet, var udsat for hårdt pres, blandt andet fra embedsmænd, der blev bestukket af konkurrenter.(eller det var omvendt) Der var afbrydelser i forsyningen af udstyr, byggeriet gik i stå, og da Morgan under dette pres stoppede finansieringen, stoppede det helt. I begyndelsen af Første Verdenskrig, på foranledning af de samme konkurrenter, beordrede den amerikanske regering eksplosionen af et færdiglavet tårn under det vidtløftige påskud, at det kunne bruges til spionageformål.

Nå, så gik elektroteknik den sædvanlige vej.

I lang tid kunne ingen gentage Teslas eksperimenter, blot fordi det ville have været nødvendigt at skabe en installation af samme størrelse og kraft. Men ingen var i tvivl om, at Tesla for mere end hundrede år siden formåede at finde en måde at overføre elektrisk energi over en afstand uden ledninger. Teslas autoritet, der blev bedømt som den anden opfinder efter Edison, var ret høj over hele verden, og hans bidrag til udviklingen af vekselstrømselektroteknik (i trods af Edison, der gik ind for D.C.) er sikker. Under hans eksperimenter var mange specialister til stede, pressen ikke medregnet, og ingen forsøgte nogensinde at dømme ham for nogen tricks eller manipulation af fakta. Teslas høje autoritet fremgår af navnet på spændingsenheden efter ham. magnetfelt. Men Teslas konklusion om, at der under eksperimentet i Colorado Springs blev transmitteret energi over en afstand på 42 kilometer med en effektivitet på omkring 90 %, er for optimistisk. Lad os huske på, at den samlede effekt af lamperne tændte på afstand var 10 kW eller 13 hk, mens kraften fra dynamoen, der drev vibratoren, nåede 300 hk. Det vil sige, at vi kan tale om effektivitet. kun omkring 4-5 %, selvom dette tal er fantastisk. Den fysiske begrundelse for Teslas eksperimenter med trådløs transmission af elektricitet bekymrer stadig mange specialister.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h tml

Det lykkedes specialister fra Massachusetts Institute of Technology at få en glødelampe til at brænde, placeret i en afstand af 2 meter fra energikilden. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html

Trådløse opladere fra Intel odessabuy.com/news/item-402.html

"Argumenter og fakta" nr. 52, 2008 (24.-30. december):
VIDENSKAB - Elektricitet uden ledninger. De siger, at amerikanske videnskabsmænd var i stand til at overføre elektricitet med en effekt på 800 W uden ledninger.