Методи за безжично предаване на енергия

Законът за взаимодействието на електрическите токове, открит от Андре Мари Ампер през 1820 г., поставя основата за по-нататъшното развитие на науката за електричеството и магнетизма. След 11 години Майкъл Фарадей експериментално установява, че променящото се магнитно поле, генерирано от електрически ток, е способно да индуцира електрически ток в друг проводник. Така е създадено първи електрически трансформатор.

През 1864 г. Джеймс Клерк Максуел най-накрая систематизира експерименталните данни на Фарадей, придавайки им формата на точни математически уравнения, благодарение на които е създадена основата на класическата електродинамика, защото тези уравнения описват връзката на електромагнитното поле с електрически токове и заряди, а последицата от това трябва да бъде съществуването на електромагнитни вълни.

През 1888 г. Хайнрих Херц експериментално потвърждава съществуването на електромагнитни вълни, предвидени от Максуел. Неговият искрен предавател с чопър, основан на рулона на Рукорф, може да произвежда електромагнитни вълни с честота до 0,5 гигагерца, които биха могли да бъдат получени от няколко приемника, настроени в резонанс с предавателя.

Приемниците могат да бъдат разположени на разстояние до 3 метра, а когато в предавателя се появи искра, в приемниците се появиха искри. Така се проведоха първи експерименти върху безжичното предаване на електрическа енергия използване на електромагнитни вълни.

През 1891г Никола Тесла, докато изучава променливи токове с високо напрежение и висока честота, той стига до извода, че е изключително важно да изберете както дължината на вълната, така и работното напрежение на предавателя за конкретни цели и не е необходимо честотата да бъде твърде висока.

Ученият отбелязва, че долната граница на честотите и напреженията, при които по това време той е успял да постигне най-добри резултати, е от 15 000 до 20 000 трептения в секунда с потенциал от 20 000 волта. Тесла получи високочестотен и високо напрежен ток, използвайки осцилаторен разряд на кондензатор (виж - Tesla Трансформатор). Той отбеляза, че този тип електрически предавател е подходящ както за производството на светлина, така и за предаването на електроенергия за производството на светлина.

В периода от 1891 до 1894 г. ученият многократно демонстрира безжично предаване и светене на вакуумни тръби във високочестотно електростатично поле, като отбелязва, че енергията на електростатичното поле се поглъща от лампата, преобразувана в светлина и енергията на електромагнитното поле, използвана за електромагнитна индукция, за да се получи подобна Резултатът се отразява главно и само малка част от него се превръща в светлина.

Дори при използване на резонанс при предаване с помощта на електромагнитна вълна не може да се предаде значително количество електрическа енергия, твърди ученият. Целта му през този период на работа е била да прехвърля точно голямо количество електрическа енергия безжично.

До 1897 г., паралелно с работата на Tesla, изследванията на електромагнитните вълни се извършват от: Джагдиш Боче в Индия, Александър Попов в Русия и Гуглиелмо Маркони в Италия.

След публичните лекции на Тесла, Джагдиш Босе говори през ноември 1894 г. в Калкута с демонстрация на безжично предаване на електроенергия, където запалва барут, предавайки електрическа енергия на разстояние.

След Boche, а именно на 25 април 1895 г. Александър Попов, използвайки кода на Морс, излъчва първото радио съобщение и тази дата (7 май по нов стил) сега се отбелязва ежегодно в Русия като Ден на радиото.

През 1896 г. Маркони, пристигайки в Обединеното кралство, показа своя апарат, като предаде сигнал на 1,5 километра от покрива на сградата на пощенския офис в Лондон до друга сграда, използвайки кода на Морз.След това той усъвършенства изобретението си и успява да предаде сигнал по равнината Солсбъри вече на разстояние 3 километра.

Tesla през 1896 г. успешно предава и приема сигнали на разстояние между предавателя и приемника от около 48 километра. Засега обаче никой от изследователите не е успял да предаде значително количество електрическа енергия на голямо разстояние.

Експериментирайки в Колорадо Спрингс, през 1899 г. Тесла пише: „Провалът на индукционния метод изглежда огромен в сравнение с метода за възбуждане на заряда на земята и въздуха“. Това ще бъде началото на изследванията на учен, насочени към предаване на електричество на значителни разстояния без използване на проводници. През януари 1900 г. Тесла ще направи бележка в дневника си за успешния пренос на енергия към намотката, „отнесена далеч в полето“, от която е захранвана лампата.

А най-грандиозният успех на учения ще бъде пускането на 15 юни 1903 г. на кулата Vordencliff на Лонг Айлънд, предназначена да предава електрическа енергия на значително разстояние в големи количества без проводници. Заземената вторична намотка на резонансния трансформатор, покрита с меден сферичен купол, трябваше да възбужда заряд от земни и проводими слоеве въздух, за да се превърне в елемент на голяма резонансна верига.

Така ученият успял да захрани 200 лампи с мощност 50 вата на разстояние около 40 километра от предавателя. Въз основа на икономическата осъществимост обаче финансирането на проекта беше спряно от Морган, който от самото начало инвестира пари в проекта, за да получи безжична комуникация, и прехвърлянето на безплатна енергия в индустриален мащаб на разстояние, като бизнесмен, категорично не беше подходящ. През 1917 г. кулата, предназначена за безжично предаване на електрическа енергия, е разрушена.

Прочетете повече за експериментите на Никола Тесла тук:Резонансен метод за безжично предаване на електрическа енергия от Никола Тесла

Много по-късно, от 1961 до 1964 г., експерт в областта на микровълновата електроника Уилям Браун експериментира в Съединените щати с пътища за предаване на микровълнова енергия.

През 1964 г. той за първи път изпробва устройство (модел на хеликоптер), способно да приема и използва микровълнова енергия под формата на постоянен ток, благодарение на антенна решетка, състояща се от полувълнови диполи, всеки от които е натоварен с високоефективни диоди на Шотки. До 1976 г. Уилям Браун е прехвърлил микровълнова мощност от 30 кВт на разстояние 1,6 км с ефективност над 80%.

През 2007 г. изследователски екип в Масачузетския технологичен институт под ръководството на професор Марина Солячич успя да предава безжично енергия на разстояние от 2 метра. Предаваната мощност беше достатъчна за захранване на 60 вата крушка.

В основата на тяхната технология (наречена WiTricity) се крие явлението електромагнитен резонанс. Предавателят и приемникът са две медни намотки с диаметър 60 см, които резонират на една и съща честота. Предавателят е свързан към енергиен източник, а приемникът е свързан с лампа с нажежаема жичка. Веригите са настроени на честота 10 MHz. Приемникът в този случай получава само 40-45% от предаваната електроенергия.

Приблизително по същото време Intel демонстрира подобна технология за безжично предаване на енергия.

През 2010 г. Haier Group, китайски производител на домакински уреди, представи на CES 2010 своя уникален продукт - напълно безжичен LCD телевизор, базиран на тази технология.

Прочетете също по тази тема:Qi Electronic Power Wireless Standard