به عصر برق بی سیم خوش آمدید؛ رویای دیرینِ در حال تحقق

انتقال برق بی سیم

رویای دیرینه انتقال برق بی سیم در ابعاد گسترده و در فواصل دور در حال محقق شدن است و حتی در حوزه شارژ بی‌سیم خودروهای برقی چند پروژه آزمایشی برای شارژ بی‌سیم خودکار خودروها در هنگام حرکت در جاده یا هنگامی‌که پارک هستند، در حال آزمایش هستند و به احتمال بسیار زیاد نتیجه‌بخش هم خواهند شد.

برق بی‌سیم رویایی صدساله است که می‌تواند در سال‌های آتی محقق شود. پیدایش فناوری شارژ بی‌سیم، خودروهای برقی و اینترنت ۵G و نیاز به انرژی پایدارتر، باعث شده فناوری انتقال برق به‌صورت بی‌سیم در سراسر جهان، سرعت بیشتری بگیرد.

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.

تاریخچه انتقال بی سیم برق

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 برق با استفاده از 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 برق با استفاده از ریزامواج‌ها

در این روش ریزامواج‌ها در هنگام تابش با استفاده از یک دستگاه دریافت ریزامواج‌ها و یک یکسوساز DC (دستگاهی که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند) به جریان برق قابل استفاده تبدیل می شوند.

بیشترین راندمان تولید برق با استفاده از ریزامواج‌ها ۸۴ درصد ثبت شده است. این رکورد در سال ۱۹۷۵ توسط گروهی ژاپنی ثبت شده است؛ هرچقدر خروجی نیروی سیستمی بیشتر باشد، کارآمدی سیستم کمتر می‌شود.

هدف بعدی ایجاد سیستمی برای انتقال بی‌سیم برق به مسافت‌های دور است. در پژوهشی در دانشگاه تسوکوبا (University of Tsukuba) که نتایج آن در ماه اوت سال میلادی جاری منتشر شد، ژاپن از سیستمی برای تابش ریزامواج‌ها با انرژی بالا رونمایی کرد که می‌تواند به‌عنوان یک منبع برق بی‌سیم کارآمد و قابل‌اعتماد برای پرتاب موشک به فضا نیز مورداستفاده قرار گیرد.

۹۰ درصد وزن موشک‌های پرتاب‌شده به فضا، وزن مخزن سوخت آن‌ها است که می‌توان با بهره‌مندی از فناوری انتقال برق بی‌سیم بر پایه استفاده از انرژی ریز امواج، مخزن سوخت را از موشک‌ها حذف کرد که در تحول بزرگی در ساخت آن‌ها محسوب می‌شود.

انتقال بی‌سیم برق با لیزر

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 ۵G 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.

معرفی چند فناوری مبتکرانه دیگر برای انتقال بی‌سیم برق

با آغاز دهه ۲۰۲۰ قرن ۲۱ تقاضا و البته نیاز برای دستیابی به روش‌های تولید انرژی پاک و نامحدود افزایش یافته است. ایجاد روش‌های مؤثر و کارآمد، برای انتقال بی‌سیم برق به‌جای استفاده از روش‌های قدیمی و متداول انتقال برق می‌تواند تحولی بزرگ در حوزه تولید انرژی پاک باشد.

در ادامه تعدادی از روش‌های انتقال برق به‌صورت بی‌سیم را بیان می‌کنیم..

شرکت ویو یا Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE)، یک شرکت فناوری آمریکایی فعال در تولید و طراحی ابزارهای لازم برای انتقال بی‌سیم برق به وسایل نقلیه کم‌مصرف و پرمصرف محسوب می‌شود. استفاده از سیستم‌های شارژ طراحی‌شده توسط این شرکت در زیر معابر خودروها، مثل پارکینگ‌ها و جاده‌ها نیز وجود دارد و می‌توانند یک مگاوات برق را بدون نیاز به سیم منتقل کنند.

گزارش‌ها نشان می‌دهد که ممکن است تسلا برای تأمین نیروی موردنیاز کامیون برقی جدید خود، یعنی کامیون Semi، نیز از سیستم شارژ بی‌سیم القایی شرکت Wave استفاده کند.

موسسه پژوهشی غیرانتفاعی Beyond Earth در نظر دارد یک سیستم کاملاً کارآمد برای انتقال بی‌سیم برق بر پایه استفاده از ماهواره‌های خورشیدی ایجاد کند. مسئولان این موسسه مدعی هستند که این سیستم علاوه بر اینکه می‌تواند برق صنایع مختلف درسیاره زمین را تأمین کنند، برای تأمین انرژی موردنیاز برای فعالیت‌های انسان در کره ماه هم می‌تواند به کار گرفته شود.

سیستم معرفی‌شده توسط Beyond Earth از دو بخش تشکیل شده است: بخش اول یک ماهواره خورشیدی فضایی که نور خورشید را دریافت می‌کند و برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق، دقیقا همان فرایندی را انجام می‌دهد که در پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک، سیستم‌های متمرکزکننده انرژی خورشیدی و واحدهای زیرمجموعه سیستم انتقال بی‌سیم برق رخ می‌دهد. بخش دوم گیرنده‌ای است که پس از دریافت انرژی تولیدشده آن را به بخش‌های موردنظر سیاره زمین و کره ماه که نیازمند انرژی هستند، ارسال می‌کند طبق پیش‌بینی مسئولان موسسه فرایند ساخت و تکمیل این سیستم تا سال ۲۰۳۰ به پایان می‌رسد.

اداره حمل‌ونقل ایندیانا (The Indiana Department of Transportation) با مشارکت دانشگاه پردیو (Purdue University) و یک شرکت سیمان‌سازی آلمانی با نام مگمنت (Magment) در حال آزمایش و بررسی پروژه‌ای برای ساخت یک جاده سیمانی مغناطیسی هستند که زمانی که خودروها روی آن حرکت می‌کند، به‌صورت خودکار بدون سیم شارژ شوند.

در فاز اول این طرح پژوهشی دانشگاه پردیو از طریق بررسی‌های آزمایشگاهی پایدار ماندن یا نبودن این جاده را بررسی خواهد کرد. زمانی که این موضوع از سوی پژوهشگران دانشگاه تأیید شد، جاده‌ای آزمایشی به طول ۴۰۰ متر با سیمان مغناطیسی تولیدی شرکت مگمنت ساخته می‌شود و برای شارژ کامیون‌های ۲۰۰ کیلوواتی مورد آزمایش قرار خواهد گرفت.

اگر ساخت جاده آزمایشی موفقی داشته باشد، دولت آمریکا از این فناوری در جاده‌های عمومی استفاده خواهد کرد این پروژه شارژ بی‌سیم مبتنی بر استفاده از زمین، بخشی از پروژه مبتکرانه ASPIRE است. کلمه ASPIRE مخفف عبارت Advancing Sustainability through Power Infrastructure for Road Electrification به معنی پیشبرد پایداری از طریق زیرساخت‌های برق برای برق‌رسانی به جاده‌ها است. بنیاد ملی علوم آمریکا و بسیاری از موسسه‌های خصوصی و عمومی دیگر از این پروژه حمایت کرده‌ند.

شرکت آمریکایی ویتریسیتی (WiTricity) نیز در حال کار کردن روی فناوری خاصی هستند که باعث می‌شود هنگامی‌که خودروها در مکان خاصی پارک می‌شوند، با استفاده از مدارهای تشخیص مغناطیسی شارژ شوند.

درصورتی‌که فناوری انتقال شارژ بی‌سیم برق با اینترنت اشیا و هوش مصنوعی نیز ترکیب شود، بدون تردید در آینده فناوری‌های شگفت‌انگیز ایجاد خواهد شد که می‌تواند انسان را وارد دنیای فناوری جدید شگفت‌انگیز کند؛ به‌عنوان‌مثال شارژ بی‌سیم هوشمند که توسط برند موتورولا مطرح شده، یکی از این فناوری‌ها است. طبق ادعای شرکت موتورولا در این روش دیگر نیازی به استفاده از پد شارژر بی‌سیم برای شارژ گوشی‌ها یا وسایل مشابه نیست و این دستگاه‌ها می‌توانند حتی با فاصله حدود ۹ متر از دستگاه شارژر نیز با تو آن بین ۵ تا ۱۰ وات بدون هیچ مشکلی شارژ شوند.

 

منبع: digiato / interestingengineering / yjc