0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

5 наиболее перспективных видов беспроводной зарядки

5 наиболее перспективных видов беспроводной зарядки

Идея беспроводной передачи энергии родилась более 100 лет назад известным изобретателем Никола Теслой. Хотя первые эксперименты и были успешными, технология катушки Тесла получила серьезное развитие только спустя сто лет. Данная технология беспроводной передачи мощности была доработана и адаптирована под требования потребительского рынка как для мелких устройств (телефоны, планшеты), так и для более крупных (электромобили и промышленные роботы).

Большинство беспроводных платформ для зарядки и передачи мощности используют изменяющиеся во времени электрические, магнитные или электромагнитные поля и могут быть разбиты на две категории: неизлучающие и излучающие или зарядка ближнего и дальнего поля. Первый тип передает мощность на короткие расстояния с использованием индуктивной связи между двумя проволочными катушками или электрическими полями, используя емкостную связь между парами электродов. Эта платформа наиболее часто используется для подзарядки мобильных устройств и других приложений, где расстояние не является важным фактором.

С другой стороны, излучающая зарядка «передает» энергию на большие расстояния через пучки электромагнитного излучения, используя дециметровые волны или лазеры для питания всего от беспилотных летательных аппаратов до солнечных спутников. В этом обзоре основное внимание будет уделено технологиям беспроводной зарядки ближнего поля, их соответствующим приложениям и тому, что в будущем будет иметь место для беспроводной сети.

Переход к ноосферному этапу развития сознания человечества на планете Земля, требует создания единого социально-природного пространства и нового типа мышления всех членов сообщества, начиная от рядового человека и заканчивая руководителями разных уровней, для чего нужны и новые социоприродные и инновационные технологии. Такова в своей основе научно-практическая модель стратегии разумного соучастия людей Земли в космопланетарных процессах эволюции, названная «Великое Сокрестие Континентов» . Энергетическим обеспечением такой стратегии развития будущего мирового сообщества являются новейшие космофизические энергетические технологии, основанные на прямом преобразовании солнечной энергии в солнечных электростанциях с трансконтинентальными тераваттными (1012 Вт) перетоками получаемой мощности с помощью резонансных технологий, предложенных Н.Тесла. Сотрудниками Всесоюзного НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) под руководством академика РАН Д.С.Стребкова они доведены до внедрения в нашу повседневную жизнь.

История науки показывает, что очень редко появляются глобальные изобретения, которые существенно изменяют наши представления об окружающем мире и возможностях развития человечества. В качестве примера можно привести открытие электричества, появление атомной и солнечной энергетики, авиации и ракетной техники, компьютеров и телекоммуникационных технологий, а также многое другое. Мы являемся свидетелями и участниками создания новых технологий, которые изменяют мир, делают его лучше, чище и безопаснее. В первую очередь, это энергетические технологии, которые предложил Тесла более сто лет назад. Он создал электротехнику на переменном токе, но свой главный проект «Глобальная система электроснабжения Земли», так и не успел разработать, скоре всего, по причинам торможения законами природы безудержного и бессистемного развития техносферы. Мир не был готов к новациям гениального изобретателя – он слишком опередил своё время. Вот что он пишет по этому поводу: «Учёный не имеет цели получить немедленный результат. Его работа, как у сеятеля, для будущего. Его обязанность – заложить фундамент для тех, кто придёт, и указать путь».

Читать еще:  Ремонт планшета своими руками

Эти слова Николы Теслы сегодня оказываются пророческими. Будущее, наконец, наступило, и на фундаменте, который столетие назад он создал, сейчас начинается активное строительство. Уже очевидно, что до конца нынешнего века принципы электротехники Теслы полностью изменят привычную нам энергетику, транспорт и косвенно скажутся на состоянии всех отраслей экономики.

Сравнение классической электротехники с электротехникой Николы Теслы

Сравнение классической электротехники с электротехникой Н.Теслы в области передачи электрической энергии по таким параметрам, как плотность тока и потери в линии, дальность передачи энергии, говорит о том, что электрические системы Н.Теслы превосходят классические системы электроснабжения. Он оставил нам для развития следующие технологии:

1. Однопроводные резонансные технологии электроснабжения стационарных потребителей.

2. Технологии беспроводного электроснабжения электрического наземного и морского транспорта.

3. Технологии направленной беспроводной передачи электрической энергии по проводящим каналам в атмосфере и космическом пространстве.

В XXI веке эти технологии позволяют создать:

1. Бестопливные ракеты с электрическими ракетными двигателями, которые увеличивают полезную массу груза, выводимую на орбиту – с 5% в настоящее время до 90% от полной массы ракеты в будущем.

2. Сверхдальние линии электропередач с меньшими потерями, чем при эксплуатации сверхпроводящих кабельных линий.

3. Единую энергетическую систему России от Чукотки до Калининграда.

4. Глобальную солнечную энергосистему с тераваттными трансконтинентальными перетоками мощности с круглосуточной генерацией электрической энергии в течение миллионов лет в объеме 20 000-50 000 ТВт-ч, соответствующему современному и будущему объему энергопотребления на Земле.

5. Плазменные бесхлорные технологии производства солнечного кремния объёмом 1 млн т в год для ежегодного строительства фотоэлектрических станций на 150 ГВт.

6. Водородную энергетику за счет снижения затрат на электролиз воды в 10 раз.

7. Электромобили без аккумуляторов с неограниченной дальностью пробега.

8. Бесконтактные системы электроснабжения скоростного железнодорожного транспорта, трамвая, воздушного и морского транспорта;

9. Мобильные электрические роботы, обеспечивающие автоматизированную обработку почвы, выращивание и уборку сельскохозяйственной продукции без применения гербицидов и пестицидов.

10. Подземные защищенные кабельные линии и замену всех воздушных линий электропередач.

Все эти десять направлений развития энергетики и технологии для будущего мира разрабатываются в ВИЭСХ в течение 20 лет и защищены 50 Российскими патентами. Более 80 экспериментальных моделей электрических устройств малой мощности, использующих технологии Н.Тесла, описаны в монографиях ВИЭСХ.


Рис.1. Резонансная однопроводная система электроснабжения Н.Теслы. 1897 г.

В 1897 году Н.Тесла разработал резонансную однопроводную систему электроснабжения (рис.1), которая была развита и усовершенствована в наше время (на Рис.2). Он использовал для накачки резонансного контура и трансформатора Тесла, метод ударного возбуждения с искровым разрядником и КПД передачи 96%. В конце ХХ века, когда уже были изобретены диоды и транзисторы, академик Д.С.Стребков использовал тиристорный преобразователь частоты мощностью 25 кВт с водяным охлаждением, с КПД 86% и массой 400 кг.


Рис.2. Современная резонансная система электроснабжения

В настоящее время используются преобразователи частот на кремниевых транзисторах с КПД 97% и массой 30 кг. Эти технологии снижают их стоимость до уровня 100-200 долларов США за 1 кВт.

Рассмотрим подробно направление развития энергетических и энегосберегающих технологий, разрабатываемых в ВИЭСХ 2 .

Беспроводные методы передач электрической энергии в атмосфере и космическом пространстве

Резонансные технологии Н.Теслы по передаче электрической энергии базируются на использовании реактивных токов в однопроводных разомкнутых линиях. Он писал в 1927 году: «В 1893 году я показал, что нет необходимости использовать два проводника для передачи электрической энергии…Передача энергии через одиночный проводник без возврата была обоснована практически». Существование проблемы незамкнутых токов подтверждал Дж.К.Максвелл, обосновывая свои, неподдержанные Теслой, новации в области магнитных и электрических явлений: «Исключительная трудность согласования законов электромагнетизма с существованием незамкнутых электрических токов – одна из причин среди многих, почему мы должны допустить существование токов, создаваемых изменением смещения».

Читать еще:  Оригинальный конверт Hand Made

В 1927 году Тесла предложил передачу большого количества энергии по проводящему каналу в атмосфере, созданному с помощью рентгеновского излучения. Это привело к разработке многообещающего изобретения, которое с той поры получило зловещее название «лучей смерти». Однако, основополагающая идея его далека от военных применений и заключается в создании проводимости в воздухе приемлемым ионизирующим излучением с целью передачи токов вдоль образовавшегося канала. Эксперименты, проводимые в наше время в больших масштабах, показали, что с напряжением много млн.в может быть передано фактически неограниченное количество энергии.

15 июля 2012 года был запущен космический корабль «Союз» с экипажем на борту для работы на международной космической станции. За 529 с. работы ракетных двигателей было израсходовано 300 т жидкого топлива. Это означает, что стартовая масса космического корабля превышала 300 т при массе полезного груза менее 5%. Использование электрических ракетных двигателей с беспроводной передачей электрической энергии на борт космического корабля от наземной энергосистемы по проводящему каналу в атмосфере и за её пределами позволила бы снизить массу ракеты, затраты энергии и стоимость космических полетов в десятки раз.

В ходе новейших разработок было получено пять патентов на передачу электрической энергии по лазерному, электронному и микроволновому лучу между объектами в атмосфере Земли, в космосе и между Землей и космическими объектами. Технологии направленной беспроводной передачи электроэнергии по использованию проводящих каналов в качестве направляющей системы (однопроводного волновода) или «луча» развивают технологии Н.Теслы. Они предлагаются сотрудниками ВИЭСХ для передачи электромагнитной энергии на частоте 10-500 кГц при уровне напряжений вдоль направляющей системы от сотен кв до десятков млн.в. При этом энергия, передаваемая по проводящему каналу, превышает энергию, затрачиваемую на его создание и поддержание, в сотни – десятки миллионов раз.

Глобальная энергетическая система Земли

Другая идея Н.Теслы, широко известная как «Башня Уорденклиф», заключалась в использовании Земли в качестве однопроводной линии для электроснабжения наземных, морских и воздушных электротранспортных средств. Вот выдержка из выступления Н.Теслы 18 мая 1917 года: «Что касается передачи энергии через пространство, то это проект, который давно считаю абсолютно успешным. Годы назад я уже мог передавать энергию без проводов на любое расстояние без ограничений, которые накладывались физическими размерами Земли. В моём подходе нет различий в расстоянии. Эффективность передачи может быть 96 или 97 процентов, практически отсутствуют потери, кроме таких, которые неизбежны для работы любой машины. Но если нет приёмника, то нет нигде и потребления энергии…». Это замечание Теслы означало, что надо расположить несколько башен, подобных башне в Уорден-клиф – вдоль всей поверхности Земли. Проект предусматривал создание целой сети электростанций с системами передачи энергии в любую точку Земного шара на поверхности суши, океанов, в атмосфере. Одновременно предполагалось освещение океанов и городов в ночное время за счёт ионизации атмосферы.

Читать еще:  Ваза в технике модульного оригами

Для создания мировой энергетической системы в развитие идей Тесла академик Стребков предложил осуществлять передачу электрической энергии по высоковольтным однопроводным кабельным газоизолированным линиям, а в качестве источников энергии использовать три солнечных электростанции (СЭС) в пустынях Австралии, Африки и Латинской Америки. Размеры каждой СЭС – 200х200 км, а их КПД – 25%, что обеспечивает производство электроэнергии круглосуточно в объёме 20 000 ТВт•ч в год, соответствующем мировому потреблению электроэнергии за 2010 год. Снимается основная «ахиллесова пята» солнечной энергии – зависимость от смены дня и ночи, времён года, непредсказуемости климата. Энергия будет вырабатываться в течение полных суток, бесперебойно – и передаваться в национальные энергосистемы посредством волновых резонансных линий электропередач на основе технологий Теслы. Специалистами ВИЭСХ запатентованы высоковольтные кремниевые солнечные модули, стоимость которых в 100 раз меньше стоимости гетероструктурных каскадных солнечных элементов равной площади, используемых в настоящее время.


Рис.3. Глобальная солнечная энергетическая система из трёх солнечных электростанций

Человечество сможет объединить энергосистемы всех стран в глобальную солнечную энергосистему Земли для создания достойных условий жизни для каждого человека и реализации крупных социоприродных и инновационных научно-технических проектов на Земле и в космическом пространстве, как это предусмотрено в мегапроекте «Великое Сокрестие Континентов» (см. Рис.3). Выбор в пользу бестопливной энергетики в следующие 30-40 лет неизбежен. Причём не из-за истощения запасов сырья, а в связи с удешевлением альтернативных источников энергии и остротой экологических проблем. Термоядерная реакция и другие технологии, провоцирующие дальнейший нагрев земной коры, вряд ли будут массовой альтернативой. Лишний градус Цельсия – и землян ждут ужасные катаклизмы. Поэтому будущее – за «чистой» солнечной энергетикой. Согласно общепринятым прогнозам, к 2050 году она будет обеспечивать 50% потребностей человечества, а к концу столетия – все 90%.

Полностью статья будет опубликована позже. Этот номер журнала «Дельфис» Вы можете приобрести в нашем интернет-магазине

1 См. «Дельфис» №2(74)/2013 — Прим.ред.

2 Они изложены в монографии Стребкова Д.С., Некрасова А.И., «Резонансные методы передачи и применения электрической энергии». М.: ГНУ ВИЭСХ, 2013.

Elix Wireless

Elix Wireless разрабатывает высокопроизводительные зарядные устройства мощностью от 1000 до 20000 Вт для любого количества устройств беспроводной зарядки, включая электромобили и промышленное оборудование. Компания специализируется на «магнитодинамической связи» (англ. MDC), в которой используется пару вращающихся магнитов, как в передатчике, так и в приемнике, причем оба разделены воздушным зазором. Вращение магнита в передающем устройстве заставляет магнит в приемнике вращаться синхронно, обеспечивая эффективную передачу мощности, которая выделяет меньше тепла, чем другие индуктивные методы.

Беспроводная передача электроэнергии, по крайней мере, на короткие расстоянии, по-прежнему является актуальной задачей, поскольку инженеры постоянно пытаются улучшить эффективность и скорость передачи энергии. Ученые из Стэнфордского университета разрабатывают метод беспроводной передачи энергии движущимся объектам на основе магнитно-резонансной связи. Ученые полагают, что технология может быть масштабируемой по габаритным показателям, чтобы исключить необходимость в зарядных станциях для электромобилей. Другие разрабатывают способы беспроводного питания небольших проглатываемых капсул в желудочно-кишечном тракте пациента, для обнаружения и лечения болезней без необходимости использования аккумуляторных батарей.

Несмотря на то, что ученые не смогли «достигнуть потолка» в области беспроводных технологий, однако данное направление развивается такими темпами, что в ближайшее время мы сможем увидеть «мир без проводов».

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector