Elektrika brez žic?
Marjan Kodelja 24. januarja 2018 ob 06:10

Napovedi so smele, saj ameriško podjetje Energous napoveduje prvo pravo brezžično napajanje. Brez potrebe, da bi naprave postavili na podstavek, kar pomeni, da bodo električno energijo brezžično prenašali za odtenek dlje. Pravzaprav gre za dva sklopa »naprav«. V prvem so one, ki obljubljajo prenos na razdalji do enega metra (Near Field) v drugem pa do pet metrov (Mid Field). V obeh primerih pa bomo morali imeti nekje v prostoru »oddajnik«, v vsaki napajani napravi pa sprejemnik. Sicer brezžični prenos električne energije ni noben tehnični »bav bav«, gre le za fizikalno omejitev, da vsako elektromagnetno sevanje pada s kvadratom razdalje. Od tod tudi težava v izgubah, nas pa je zanimalo, kaj zna biti v ozadju teh naprav.

Nikola Tesla je sanjal o brezžičnem prenosu električne energije.

Električno energijo prenaša tok, ki teče po vodnikih. Vodnik ali bolje rečeno prevodnik pa je lahko še kaj drugega kot le kabli. Prevodnik so tudi zemlja, jezera, oceani … Med drugim tudi višje plasti atmosfere, medtem ko spodnje plasti delujejo kot izolator. Zato se pojavi vprašanje, zakaj ne bi energije nekako skladiščili v zgornjih plasteh atmosfere. Ta namreč postane prevodna, ko napetost preseže mejno vrednost, plini v plasti pa ionizirajo. Prav to je hotel narediti Tesla, ki je hkrati tudi pionir tako imenovane resonančne indukcije. Po njegovem bi lahko vsi obrati za proizvodnjo električne energije to pošiljale v skladiščno plast (ionosfero), od koder bi jo nato porabniki »vzeli«. Predlagani prenosni sistem ima manj izgub, da ne govorimo o tem, da je do »skladišča« nekaj kilometrov, do najbližje elektrarne pa lahko tudi nekaj sto kilometrov. Prvo, kar so vprašali Teslini dobrotniki, vsi po vrsti iz industrije proizvodnje energije, je bilo, »kako pa bomo elektriko zaračunali«. Tesla odgovora ni imel, drugo pa je zgodovina. Tesla je umrl zamorjen in tudi brez Nobelove nagrade, ki bi jo po prepričanju mnogih moral dobiti.

Ta del Teslove zgodbe je žal še danes aktualen. Marsikaj, kar bi nam, uporabnikom, bilo v korist, bi že imeli, če to ne bi bilo neposredno povezano z manj zaslužka za tiste, ki imajo v rokah škarje in platno.

Značilnosti indukcijskega polnjenja

Transformator je najosnovnejša naprava, ki temelji na indukciji. Vsebuje dve, med seboj s plastjo izolatorja ločeni bakreni navitji (tuljavi). Do prenosa energije pride zaradi elektromagnetne indukcije. Ko je na prvo navitje doveden tok, to povzroči nastanek magnetnega polja, ki povzroči, da tok steče tudi na drugem navitju, ki je prav tako v polju. Zaradi teh lastnosti je indukcija najprimernejša za oblikovanje »kontaktnih« brezžičnih napajalnikov, saj je razdalja brezžičnega prenosa majhna (zgolj nekajkratnik premera tuljave).

Prednost induktivnega brezžičnega polnjenja v primerjavi s klasičnem polnjenjem (žična povezava med baterijo in polnilnikom) je v tem, da uporabnik ne more priti v neposredni stik z elektriko (ne pride do električnega udara). Zato je primerno pri napravah v vlažnih ali mokrih okoljih, kot je na primer električna zobna ščetka, ali pa pri umetnih napravah, vgrajenih v človeško telo.

Prvi indukcijski polnilniki so uporabljali nizke frekvence, zato je bil čas polnjenja daljši v primerjavi s klasičnim polnjenjem, hkrati pa je v procesu prihajalo tudi do pretiranega segrevanja. Novejši polnilniki s tankimi tuljavami in višjo frekvenco imajo skoraj enake zmogljivosti kot klasično ožičeni. Indukcijski polnilniki so vgrajeni v naprave, kjer je pomembno, da so vsi električni deli popolnoma ločeni od okolice (voda …), v kateri je naprava. Polnjenje je preprostejše, saj napravo odložite na temu namenjeno mesto polnilne plošče in ni potrebe po iskanju polnilnika, ki je lasten napravi. Če imate doma več takih naprav, veste, o čem govorim.

Resonančna indukcija

Za brezžični prenos energije do nekaj metrov daje boljše rezultate resonančna indukcija. Delujoč prototip so leta 2006 naredili v MIT-u, ko so na razdalji dveh metrov brezžično dovedli energijo na 60 W žarnico. Omejitev pri elektromagnetni indukciji je, da prva tuljava ustvarja magnetno polje, ki se širi v vse smeri, tudi v smeri, kjer ni druge tuljave, v kateri se inducira tok. To pa pomeni, da pri tem prihaja do izgub, kar je še posebej očitno, če bi radi nekoliko povečali razdaljo. To je možno zgolj s povečevanjem energije, a na večjih razdaljah je tudi ta metoda neučinkovita. Drugače pa je z resonančno indukcijo oziroma resonančnim transformatorjem, kjer imate tuljavi enako resonančno frekvenco. Za razumevanje tega učinka si lahko pomagamo z mehanično resonanco. Mehanični resonator je struna, uglašena na določen ton, nekoliko stran pa je postavljen generator zvoka. Če generator oddaja ton s frekvenco, ki je enaka resonančni frekvenci strune, ta začne nihati (vibrirati). Pri tem načelu magnetno polje potuje od prve tuljave skozi »predor« do druge. V primerjavi z večslojnimi tuljavami navadnih transformatorjev ima sprejemna resonančna tuljava en sloj z ozko razmaknjenimi kondenzatorskimi ploščami na vsakem koncu, ki omogoča, da je tuljava uglašena z oddajno.  Resonančna indukcija poveča razdaljo, na kateri je brezžični prenos energije možen – to pomeni, da izgube niso prevelike in je izkoristek med energijo, ki jo dovajajo v oddajni del in tisto, ki jo sprejme sprejemno del, v razumnih okvirih.

Indukcija in resonančna indukcija sta v osnovi zelo podobni. Električni tok na eni strani ustvari magnetno polje, ki na drugi strani povzroči nastanek toka. Bistvo je torej, kolikšne so izgube in kolikšna je razdalja, na kateri je brezžični prenos možen.

Energous je dobil dovoljenje ameriških oblasti, da začne prodajati dva »sistema« brezžičnega napajanja. Prvi deluje na krajših razdaljah (en meter), drugi pa »nese« dlje, tja do pet metrov.

Naroči se na redna vsakotedenska e-poštna obvestila o novih prispevkih na naši strani.


 

Booking.com INT
Avtor Marjan Kodelja
mm
Marjan se s tehnološkim novinarstvom ukvarja od leta 1997 in v tem času je videl že mnogo stvari, ki se nikoli niso uveljavile ali pa so imele kratek čas trajanja. Začel je pri računalniški reviji Moj mikro in ter 2000 postal njen urednik. Veliko kasneje je bil urednik naprej tednika Stop in nato še tednika Vklop, trenutno pa kruh služi s pisanjem tehnoloških člankov.
Marjan Kodelja - prispevki
Brez komentarjev

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja