Načini bežičnog prijenosa energije

Zakon interakcije električnih struja, koji je otkrio Andre Marie Ampere 1820. godine, postavio je temelj za daljnji razvoj znanosti o elektricitetu i magnetizmu. Nakon 11 godina, Michael Faraday eksperimentalno je utvrdio da mijenjajuće magnetsko polje generirano električnom strujom može izazvati električnu struju u drugom vodiču. Tako je stvoreno prvi električni transformator.

James Clerk Maxwell je 1864. konačno sistematizirao eksperimentalne podatke Faradaya dajući im oblik točnih matematičkih jednadžbi zahvaljujući kojima je stvorena osnova klasične elektrodinamike jer su ove jednadžbe opisale odnos elektromagnetskog polja s električnim strujama i nabojima, a posljedica toga trebala bi biti postojanje elektromagnetskih valova.

1888. Heinrich Hertz eksperimentalno je potvrdio postojanje elektromagnetskih valova koje je predvidio Maxwell. Njegov odašiljač iskre s helikopterom temeljenim na Rumkorffovoj zavojnici mogao je proizvesti elektromagnetske valove s frekvencijom do 0,5 gigaherca, koje je moglo primiti nekoliko prijamnika podešenih u rezonancu s odašiljačem.

Prijemnici su se mogli nalaziti na udaljenosti do 3 metra, a kada se u predajniku pojavila varnica, na prijemnicima su se pojavile i iskre. Tako su održani prvi eksperimenti na bežičnom prijenosu električne energije pomoću elektromagnetskih valova.

1891. god Nikola Tesla, tijekom proučavanja izmjeničnih struja visokog napona i visoke frekvencije, dolazi do zaključka kako je izuzetno važno odabrati i valnu duljinu i radni napon odašiljača za posebne svrhe, te nije potrebno previsoku frekvenciju.

Znanstvenik primjećuje da je donja granica frekvencija i napona na kojima je u to vrijeme bio u mogućnosti postići najbolje rezultate od 15.000 do 20.000 kolebanja u sekundi s potencijalom od 20.000 volti. Tesla je primio visokofrekventnu i visokonaponsku struju koristeći oscilatorno pražnjenje kondenzatora (vidi - Teslin transformator). Napomenuo je da je ova vrsta električnog odašiljača pogodna i za proizvodnju svjetlosti i za prijenos električne energije za proizvodnju svjetlosti.

U razdoblju od 1891. do 1894. znanstvenik je u više navrata demonstrirao bežični prijenos i sjaj vakuumskih cijevi u visokofrekventnom elektrostatičkom polju, napominjući da energiju elektrostatskog polja apsorbira svjetiljka, pretvara je u svjetlost i energiju elektromagnetskog polja koja se koristi za elektromagnetsku indukciju da bi se dobio sličan Rezultat se uglavnom odražava, a samo mali dio njega se pretvara u svjetlost.

Znanstvenici tvrde da se čak i koristeći rezonancu u prijenosu pomoću elektromagnetskog vala, ne može prenijeti značajna količina električne energije. Njegov je cilj tijekom ovog perioda rada bio prenijeti točno veliku količinu električne energije bežično.

Do 1897. paralelno s Teslinim radom, istraživanja elektromagnetskih valova provodili su: Jagdish Boche u Indiji, Alexander Popov u Rusiji i Guglielmo Marconi u Italiji.

Nakon Teslinih javnih predavanja, Jagdish Bose razgovara u studenom 1894. u Kalkuti s demonstracijom bežičnog prijenosa električne energije, gdje zapali barut, odašiljući električnu energiju u daljinu.

Nakon što je Boche, naime 25. travnja 1895., Aleksandar Popov, koristeći Morseov kod, emitirao prvu radio poruku, a taj se datum (7. svibnja u novom stilu) u Rusiji svake godine slavi kao Dan radija.

1896. godine, Marconi je, stigavši ​​u Veliku Britaniju, pokazao svoj aparat odašiljući signal 1,5 kilometra s krova zgrade pošte u Londonu do druge zgrade koristeći Morseov kôd.Nakon toga, poboljšao je svoj izum i uspio je prenijeti signal duž ravnice Salisbury već na udaljenosti od 3 kilometra.

Tesla 1896. uspješno prenosi i prima signale na udaljenosti između odašiljača i prijemnika od oko 48 kilometara. Međutim, do sada nitko od istraživača nije uspio prenijeti značajnu količinu električne energije na veliku udaljenost.

Eksperimentirajući u Colorado Springsu, 1899. godine, Tesla piše: "Neuspjeh indukcijske metode izgleda ogroman u usporedbi s metodom uzbudljivog naboja zemlje i zraka." Ovo će biti početak znanstveničkog istraživanja usmjerenog na prijenos električne energije na znatnim udaljenostima bez korištenja žica. U siječnju 1900. Tesla će u svoj dnevnik zabilježiti uspješan prijenos energije u zavojnicu, "nošenu daleko u polje", iz koje se napajala svjetiljka.

A najveći uspjeh znanstvenika bit će lansiranje 15. lipnja 1903. Vordencliff toranj na Long Islandu, dizajniran za prijenos električne energije na većoj udaljenosti u velikim količinama bez žica. Uzemljeno sekundarno navijanje rezonantnog transformatora, na vrhu bakrene kuglične kupole, trebalo je potaknuti naboj zemlje i vodljive slojeve zraka kako bi postao element velikog rezonantnog kruga.

Tako je znanstvenik uspio napajati 200 svjetiljki snage 50 vata na udaljenosti od oko 40 kilometara od predajnika. Međutim, na temelju ekonomske izvodljivosti, financiranje projekta zaustavio je Morgan koji je od samog početka ulagao novac u projekt s ciljem prijenosa bežične komunikacije i besplatnu energiju u industrijskom razmjenu prebacio u daljinu jer mu poslovni čovjek kategorički nije odgovarao. Toranj, dizajniran za bežični prijenos električne energije, bio je 1917. godine uništen.

Više o eksperimentima Nikole Tesle pročitajte ovdje:Rezonantna metoda bežičnog prijenosa električne energije Nikole Tesle

Mnogo kasnije, od 1961. do 1964. godine, stručnjak za područje mikrovalne elektronike, William Brown, eksperimentirao je u Sjedinjenim Državama s putovima prijenosa mikrovalne energije.

Godine 1964. prvi je testirao uređaj (model helikoptera) koji je sposoban primati i koristiti mikrovalnu energiju u obliku istosmjerne struje, zahvaljujući antenskom nizu koji se sastoji od poluvalnih dipola, od kojih je svaki opterećen visoko učinkovitim Schottky diodama. Do 1976. William Brown je prenosio mikrovalnu snagu od 30 kW na udaljenost od 1,6 km s efikasnošću većom od 80%.

2007. godine, istraživački tim na Tehnološkom institutu u Massachusettsu pod vodstvom profesorice Marine Solyachich uspio je bežično prenositi energiju na udaljenosti od 2 metra. Prenesena snaga bila je dovoljna za napajanje žarulje od 60 vata.

U središtu njihove tehnologije (tzv Witricity) leži fenomen elektromagnetske rezonancije. Odašiljač i prijemnik su dvije bakrene zavojnice promjera 60 cm koje odjekuju jednakom frekvencijom. Odašiljač je spojen na izvor energije, a prijamnik na žarulju sa žarnom niti. Strujni krugovi su podešeni na frekvenciju od 10 MHz. Prijemnik u tom slučaju prima samo 40-45% prenesene električne energije.

Otprilike u isto vrijeme, Intel je pokazao sličnu tehnologiju za bežični prijenos energije.

Godine 2010, Haier Group, kineski proizvođač kućanskih aparata, predstavio je na CES-u 2010 svoj jedinstveni proizvod - potpuno bežični LCD TV zasnovan na ovoj tehnologiji.

Pročitajte i na ovu temu:Qi Electronic Power Wireless Standard