انتقال بی‌سیم برق؛ رویای دیرینِ در حال تحقق

ديجياتو/ روياي ديرينه انتقال بي‌سيم برق در ابعاد گسترده و در فواصل دور در حال محقق شدن است و حتي در حوزه شارژ بي‌سيم خودروهاي برقي چند پروژه آزمايشي براي شارژ بي‌سيم خودکار خودروها در هنگام حرکت در جاده يا هنگامي‌که پارک هستند، در حال آزمايش هستند و به احتمال بسيار زياد نتيجه‌بخش هم خواهند شد.
برق بي‌سيم رويايي صدساله است که مي‌تواند در سال‌هاي آتي محقق شود. پيدايش فناوري شارژ بي‌سيم، خودروهاي برقي و اينترنت ۵G و نياز به انرژي پايدارتر، باعث شده فناوري انتقال برق به‌صورت بي‌سيم در سراسر جهان، سرعت بيشتري بگيرد.
شرکت‌هاي زيادي در حال فعاليت در اين حوزه هستند که از ميان آن‌ها مي‌توان به شرکت آمريکا ويو (America's Wave Inc) و شرکت ژاپني اسپيس پاور تکنولوجيس (Space Power Technologies) و يک استارتاپ فعال در حوزه انرژي در نيوزلند با نام امرود (Emrod) اشاره کرد. در حال حاضر شرکت‌هاي بسيار زيادي در حال کار کردن روي پروژه فناوري انتقال برق هستند.

به لطف انجام آزمايش‌هاي ميداني تا کنون چند سيستم براي اين هدف طراحي و ايجاد شده‌اند؛ اما بايد ببينيم کدام يک از اين شرکت‌ها مي‌توانند از ساير شرکت‌هاي مشابه پيشي بگيرند و براي نخستين بار سيستمي کارآمد، مقرون‌به‌صرفه و اقتصادي با قابليت عرضه به‌صورت تجاري و قابليت رشد و توسعه ايجاد کنند،

تاريخچه انتقال بي سيم برق

اجازه دهيد قبل از بررسي روش‌هاي و فناوري‌هاي مبتکرانه‌اي که با هدف انتقال برق به‌صورت کامل بي‌سيم و شده‌اند، ببينيم نقطه آغاز شکل‌گيري اين ايده به چه زماني بازمي‌گردد و ببينيم اين ايده مفهومي چه قابليت‌هاي بالقوه‌اي دارد که نظر پژوهشگران را به خود جلب کرده و به نظر مي‌رسد روشي قابل‌اعتماد براي انتقال برق در سال‌هاي آتي است.
 در سال ۱۸۹۱ دانشمندي آمريکايي- صربستاني به نام نيکولا تسلا سيستمي منحصربه‌فرد تحت عنوان سيم‌پيچ تصلا را طراحي کد. اين دستگاه خاص روي اصول نوع خاصي از مدار تشديدي کار مي‌کرد که از قابليت انتقال بي‌سيم برق برخوردار بود؛ البته اين سيستم سيم‌پيچ تنها مي‌توانست برق را در مسافت کوتاهي به‌صورت بي‌سيم سيم انتقال دهد؛ بنابراين به دليل محدوديتي که داشت نتوانست نظر افراد را به خود جلب کند و به سيستمي کارآمد براي انتقال برق بدون سيم تبديل شود.

 اما تسلا نااميد نشد و همچنان روياي انتقال بي‌سيم برق را در سر مي‌پروراند؛ بنابراين چند سال بعد تلاش کرد روي ساختماني که آن را ساخته بود به‌عنوان منبع انرژي کار کند که بتواند برق ولتاژ بالا را به‌صورت بي‌سيم منتقل کند. هدف او در آزمايش خود انتقال بي‌سيم پيام‌ها به فواصل دور، با استفاده از يک سري برج ايجادشده در موقعيت‌هاي مکاني استراتژيک و يا سيستمي از بالن‌هاي معلق بود.
او يک سيستم انتقال بي‌سيم برق در جزيره لانگ تحت عنوان برج تسلا يا برج واردنکليف (Tesla or Wardenclyffe Tower ايجاد کرد و معتقد بود با استفاده از اين سيستم مي‌تواند برق را در مسافت طولاني به‌صورت بي‌سيم انتقال دهد؛ اما متأسفانه سرمايه‌گذار آزمايش‌هاي او يعني جي‌پي مورگان، حاضر به صرف هزينه بيشتر در اين پروژه نشد؛ بنابراين پروژه متوقف و ساختمان ساخته شده در سال ۱۹۰۶ تخريب شد.

برج تسلا يا برج واردنکليف
نيکولا تسلا در سال ۱۹۴۳ درگذشت و روياي انتقال بي‌سيم برق او محقق نشد؛ اما خوشبختانه در صد سال گذشته پژوهش‌ها و مطالعات زيادي براي اثبات صحت ادعاي اين دانشمند بزرگ براي امکان‌پذير کردن استفاده از زمين به‌جاي سيم به‌عنوان يک مديوم براي انتقال بي‌سيم برق، انجام شده است.
امروزه روش‌هاي مختلفي براي انتقال بي‌سيم برق ايجاد شده و پژوهش‌هاي اين حوزه در حال ورود به فازهاي اجرايي گسترده هستند.

انتقال برق با استفاده از ماهواره خورشيدي
  در اين روش که يکي از شيوه‌هاي شدني و وعده‌داده‌شده براي انتقال بي‌سيم برق محسوب مي‌شود، ماهواره‌هاي خورشيدي که در مدار زمين قرار دارد، استفاده مي‌شود. اين ماهواره‌ها پس از دريافت نور خورشيد آن را به‌نوعي انرژي تبديل مي‌کند که متشکل از  ريز امواج‌ها است.

سپس اين ريزامواج‌ها به آنتني در زمين يا مستقيماً به خود شبکه برق‌رساني متصل مي‌شوند. در مرحله بعدي امواج دريافت‌شده به شبکه برق‌رساني مرکزي منتقل مي‌شود و در آنجا به برق DC تبديل و درنهايت الکتريسيته توليدشده به بسته‌هاي انرژي تبديل مي‌شود که مي‌توان آن‌ها را به‌راحتي به منازل منتقل و در يک منبع ذخيره‌سازي انرژي ذخيره کرد.
طبق اطلاعات منتشرشده در سايتي به نام کال يکي از اعضاي هيئت‌مديره اين سايت به نام دونالد برن (Donald Bren) صاحب شرکت سرمايه‌گذاري املاک و مستغلات شرکت ايرواين (Irvine Company) قصد دارد در آينده ۱۰۰ ميليون دلار در پروژه Space Solar Power Project کالتک (Caltech’s Space Solar Power Project) يا SSPP سرمايه‌گذاري کند.
هدف از ايجاد اين پروژه بلندپروازانه، ايجاد سيستمي متشکل از ماهواره خورشيدي و سيستم دريافت‌کننده ريزامواج‌ها و تبديل آن‌ها به انرژي الکتريکي است که بتواند نيروي برق موردنياز هر نقطه از سياره زمين را هميشه مرتب تأمين کند.

انتقال برق با استفاده از ريزامواج‌ها
  در اين روش زيزامواج‌ها در هنگام تابش با استفاده از يک دستگاه دريافت ريزامواج‌ها و يک يکسوساز DC (دستگاهي که جريان متناوب را به جريان مستقيم تبديل مي‌کند) به جريان برق قابل استفاده تبديل مي شوند.
بيشترين راندمان توليد برق با استفاده از ريزامواج‌ها ۸۴ درصد ثبت شده است. اين رکورد در سال ۱۹۷۵ توسط گروهي ژاپني ثبت شده است؛ هرچقدر خروجي نيروي سيستمي بيشتر باشد، کارآمدي سيستم کمتر مي‌شود.
هدف بعدي ايجاد سيستمي براي انتقال بي‌سيم برق به مسافت‌هاي دور است. در پژوهشي در دانشگاه تسوکوبا (University of Tsukuba) که نتايج آن در ماه اوت سال ميلادي جاري منتشر شد، ژاپن از سيستمي براي تابش ريزامواج‌ها با انرژي بالا رونمايي کرد که مي‌تواند به‌عنوان يک منبع برق بي‌سيم کارآمد و قابل‌اعتماد براي پرتاب موشک به فضا نيز مورداستفاده قرار گيرد.
 ۹۰ درصد وزن موشک‌هاي پرتاب‌شده به فضا، وزن مخزن سوخت آن‌ها است که مي‌توان با بهره‌مندي از فناوري انتقال برق بي‌سيم بر پايه استفاده از انرژي ريز امواج، مخزن سوخت را از موشک‌ها حذف کرد که در تحول بزرگي در ساخت آن‌ها محسوب مي‌شود.

انتقال بي‌سيم برق با ليزر

---

بازار

---

تحقيقات نشان داده است که ديودهاي ليزر حالت جامد که درست مانند ديودهاي مورداستفاده در فيبرهاي نوري و ارتباطات ليزري در فضاي آزاد عمل مي‌کنند، کارآمدترين مبدل‌هاي  جريان مستقيم برق DC به ليزر هستند. در سيستم انتقال برق با استفاده از ليزر، يک گيرنده فتوولتاييک براي دريافت اشعه‌هاي ليزر و توليد برق با استفاده از اين اشعه به کار گرفته مي‌شود. يکي از مزاياي بسيار خوب توليد برق با ليزر و انتقال بي‌سيم آن، امکان کنترل راحت‌تر اشعه‌هاي ليزر در هنگام انتقال برق به مسافت‌هاي دور است.

تحقق روياي انتقال بي‌سيم برق در نيوزلند
  استارتاپ انرژي امرود، به‌زودي نمونه اوليه زيرساخت مورداستفاده براي سيستم انتقال بي‌سيم برق در نيوزلند را به‌زودي آزمايش خواهد کرد. امرود در اين سيستم يک فناوري انتقال انرژي از راه دور را طراحي کرده که در آن از شبکه بي‌سيمي از آنتن‌ها و يکسوسازهاي برق (يکسوسازي آنتني) به‌منظور انتقال انرژي به شکل امواج الکترومغناطيسي از يک نقطه‌ به ‌نقطه ديگر استفاده مي‌‌شود. در اين روش الکتريسيته با استفاده از آنتن‌ها به شکل اشعه‌هاي غيريوني با فرکانسي برابر با فرکانس امواج راديويي، منتقل مي‌شود.
طبق گفته مسئولان شرکت، اطمينان از امنيت بالاي ليزر کم انرژي، پژوهشگران را کاملاً مطمئن کرده که اشعه‌هاي ليزر قبل از برخورد با اشيا يا پرندگان در حال پرواز بين مي‌روند و خاموش مي‌شود؛ بنابراين مي‌توان با اطمينان گفت که اشعه‌هاي ليزر به‌جز هوا با هيچ شي يا پرنده ديگري تماس پيدا نمي‌کنند.
در ضمن مسئولان امرود مدعي هستند که اين فناوري براي انتقال بي‌سيم برق در نيوزلند که کشوري کوهستاني محسوب مي‌شود، روش بسيار مناسبي است و مي‌تواند در برابر شرايط اقليمي متفاوت نقاط مختلف زمين، مقاوم باشد . اين فناوري برپايه يکسوسازي و تبديل جريان متناوب به جريان مستقيم ايجاد شده است. اين فناوري براي برق‌رساني به مناطقي که ايجاد شبکه برق‌رساني در آن‌ها به دليل شرايط مالي يا شرايط جغرافيايي امکان‌پذير نيست، نيز مي‌تواند بسيار سودمند باشد.
با وجود اينکه دولت نيوزلند هم از پروژه انتقال برق بي‌سيم شرکت امرود حمايت کرده، گرگ کوشنير (Greg Kushnir)، مديرعامل اين استارتاپ پيش‌بيني کرده احتمالا در آينده مردم همان‌طور که در مورد فناوري ۵G مردد هستند، به فناوري انتقال بي‌سيم برق نيز هم به ديده ترديد نگاه کنند. به اعتقاد او مهم‌ترين چالش پيش روي امرد، اطمينان دادن به مردم در مورد بي‌ضرر بودن اشعه‌هاي ليزر در سيستم مورداستفاده توسط اين استارتاپ است.
امرد دفتري هم در شهر بوستون دارد، به همين دليل به احتمال بسيار زياد پروژه بعدي اين شرکت براي انتقال بي‌سيم برق در آمريکا اجرا خواهد شد.

معرفي چند فناوري مبتکرانه ديگر براي انتقال بي‌سيم برق
با آغاز دهه ۲۰۲۰ قرن ۲۱ تقاضا و البته نياز براي دستيابي به روش‌هاي توليد انرژي پاک و نامحدود افزايش يافته است. ايجاد روش‌هاي مؤثر و کارآمد، براي انتقال بي‌سيم برق به‌جاي استفاده از روش‌هاي قديمي و متداول انتقال برق مي‌تواند تحولي بزرگ در حوزه توليد انرژي پاک باشد.

در ادامه تعدادي از روش‌هاي انتقال برق به‌صورت بي‌سيم را بيان مي‌کنيم..
شرکت ويو يا Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE)، يک شرکت فناوري آمريکايي فعال در توليد و طراحي ابزارهاي لازم براي انتقال بي‌سيم برق به وسايل نقليه کم‌مصرف و پرمصرف محسوب مي‌شود. استفاده از سيستم‌هاي شارژ طراحي‌شده توسط اين شرکت در زير معابر خودروها، مثل پارکينگ‌ها و جاده‌ها نيز وجود دارد و مي‌توانند يک مگاوات برق را بدون نياز به سيم منتقل کنند.

گزارش‌ها نشان مي‌دهد که ممکن است تسلا براي تأمين نيروي موردنياز کاميون برقي جديد خود، يعني کاميون Semi، نيز از سيستم شارژ بي‌سيم القايي شرکت Wave استفاده کند.
موسسه پژوهشي غيرانتفاعي Beyond Earth در نظر دارد يک سيستم کاملاً کارآمد براي انتقال بي‌سيم برق بر پايه استفاده از ماهواره‌هاي خورشيدي ايجاد کند. مسئولان اين موسسه مدعي هستند که اين سيستم علاوه بر اينکه مي‌تواند برق صنايع مختلف درسياره زمين را تأمين کنند، براي تأمين انرژي موردنياز براي فعاليت‌هاي انسان در کره ماه هم مي‌تواند به کار گرفته شود.
 سيستم معرفي‌شده توسط Beyond Earth از دو بخش تشکيل شده است: بخش اول يک ماهواره خورشيدي فضايي که نور خورشيد را دريافت مي‌کند و براي تبديل انرژي خورشيدي به برق، دقيقا همان فرايندي را انجام مي‌دهد که در پنل‌هاي خورشيدي فتوولتاييک، سيستم‌هاي متمرکزکننده انرژي خورشيدي و واحدهاي زيرمجموعه سيستم انتقال بي‌سيم برق رخ مي‌دهد. بخش دوم گيرنده‌اي است که پس از دريافت انرژي توليدشده آن را به بخش‌هاي موردنظر سياره زمين و کره ماه که نيازمند انرژي هستند، ارسال مي‌کند طبق پيش‌بيني مسئولان موسسه فرايند ساخت و تکميل اين سيستم تا سال ۲۰۳۰ به پايان مي‌رسد.
  
اداره حمل‌ونقل اينديانا (The Indiana Department of Transportation) با مشارکت دانشگاه پرديو (Purdue University)  و يک شرکت سيمان‌سازي آلماني با نام مگمنت (Magment) در حال آزمايش و بررسي پروژه‌اي براي ساخت يک جاده سيماني مغناطيسي هستند که زماني که خودروها روي آن حرکت مي‌کند، به‌صورت خودکار بدون سيم شارژ شوند.
در فاز اول اين طرح پژوهشي دانشگاه پرديو از طريق بررسي‌هاي آزمايشگاهي پايدار ماندن يا نبودن اين جاده را بررسي خواهد کرد. زماني که اين موضوع از سوي پژوهشگران دانشگاه تأييد شد، جاده‌اي آزمايشي به طول ۴۰۰ متر با سيمان مغناطيسي توليدي شرکت مگمنت ساخته مي‌شود و براي شارژ کاميون‌هاي ۲۰۰ کيلوواتي مورد آزمايش قرار خواهد گرفت.
 اگر ساخت جاده آزمايشي موفقي داشته باشد، دولت آمريکا از اين فناوري در جاده‌هاي عمومي استفاده خواهد کرد اين پروژه شارژ بي‌سيم مبتني بر استفاده از زمين، بخشي از پروژه مبتکرانه ASPIRE است. کلمه ASPIRE مخفف عبارت Advancing Sustainability through Power Infrastructure for Road Electrification به معني پيشبرد پايداري از طريق زيرساخت‌هاي برق براي برق‌رساني به جاده‌ها است. بنياد ملي علوم آمريکا و بسياري از موسسه‌هاي خصوصي و عمومي ديگر از اين پروژه حمايت کرده‌ند.

شرکت آمريکايي ويتريسيتي (WiTricity) نيز در حال کار کردن روي فناوري خاصي هستند که باعث مي‌شود هنگامي‌که خودروها در مکان خاصي پارک مي‌شوند، با استفاده از مدارهاي تشخيص مغناطيسي شارژ شوند.
درصورتي‌که فناوري انتقال شارژ بي‌سيم برق با اينترنت اشيا و هوش مصنوعي نيز ترکيب شود، بدون ترديد در آينده فناوري‌هاي شگفت‌انگيز ايجاد خواهد شد که مي‌تواند انسان را وارد دنياي فناوري جديد شگفت‌انگيز کند؛ به‌عنوان‌مثال شارژ بي‌سيم هوشمند که توسط برند موتورولا مطرح شده، يکي از اين فناوري‌ها است. طبق ادعاي شرکت موتورولا در اين روش ديگر نيازي به استفاده از پد شارژر بي‌سيم براي شارژ گوشي‌ها يا وسايل مشابه نيست و اين دستگاه‌ها مي‌توانند حتي با فاصله حدود ۹ متر از دستگاه شارژر نيز با تو آن بين ۵ تا ۱۰ وات بدون هيچ مشکلي شارژ شوند.
منبع:
interestingengineering

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد
instagram.com/akharinkhabar