Új mérföldkőhöz érkezett a vezeték nélküli villamosenergia-átvitel: Az eddigi legnagyobb távolság

Villamosenergia-átvitel kábelek nélkül az emberiség álma volt, különösen azután, hogy Nikola Tesla utolsó napjait ennek a célnak szentelte. Azóta a vállalatok is elkezdték keresni azokat a technológiákat, amelyek lehetővé teszik ezt a lehetőséget.

Az amerikai hadsereg Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) olyan mérföldkövet ért el, amely a kutatásban a legfejlettebbként pozícionálja magát. Az ügynökség lézertechnológia segítségével 30 másodperc alatt sikeresen továbbított 800 wattot 8,6 kilométeren keresztül, ami egy mikrohullámú sütő vagy egy kis hűtőszekrény működtetéséhez szükséges energiamennyiségnek felel meg. Ezzel az eredménnyel a DARPA Persistent Optical Wireless Energy Relay (POWER) programja beállította a vezeték nélküli átvitel eddigi legnagyobb távolsági rekordját.

A rendszer egy pontosan fókuszált infravörös lézersugarat használt amelyet egy kompakt, földi vevőkészülékre irányítottak. A vevő egy parabolatükröt használt, hogy a beérkező lézerfényt egy sor fotovoltaikus (PV) cellára fókuszálja, amelyek a lézerenergiát elektromossággá alakították. Ezt a konstrukciót választották egyszerűsége, gyors gyárthatósága (három hónap alatt készült el), valamint az a képessége miatt, hogy a sugárirányt nagy távolságokra is képes fenntartani minimális szórás vagy légköri szórás mellett.

A rendszer adaptív optikára és sugárkormányzó mechanizmusokra támaszkodott, hogy a lézert nagy távolságokon stabilizálja, és kompenzálja a légköri turbulenciát, így biztosítva a sikeres energiafelvételt. A PV-cellákat a használt lézer adott hullámhosszához optimalizálták, lehetővé téve a következőket körülbelül 20%-os konverziós hatásfokami az átviteli távolságot és a lézerbiztonsági korlátokat figyelembe véve viszonylag magas. A nagy távolság ellenére a sugár megőrizte a koherenciát és a teljesítménysűrűséget ahhoz, hogy mindössze 30 másodperc alatt több mint 1 megajoule energiát továbbítson.

Az ügynökség e tekintetben már elért néhány mérföldkövet, például 2024 végén az ügynökség 20 másodperc alatt 1,7 kilométeren keresztül 230 wattot továbbított 20 másodperc alatt, és 3,7 kilométeres távolságot tesztelt.

Azonban más cégek is elértek más mérföldköveket. A PowerLight Technologies egy infravörös 400 wattos átvitelt 1 kilométeren keresztül, de több mint 12 órán keresztül küldött energiát. Hasonlóképpen, az új-zélandi székhelyű Emrod mikrohullámú technológiával mintegy 2 kilowattot továbbított néhány száz méteren keresztül, de 97% körüli hatékonyságot ért el.

Mi lesz a következő lépés?

Ez a bemutató a POWER projekt 1. fázisának része volt, amely három szakaszból áll. Az ügynökség most a sugárirányítás tökéletesítésén, a hullámfrontkorrekció javításán és az átalakítás során fellépő veszteségek csökkentésén dolgozik.

A jövőbeli fázisokban a program célja a rendszer méretnövelése, hogy akár 10 kilowatt optikai áramot is szolgáltasson, akár 200 kilométeres távolságokat is áthidalva. Ez az energia egy kis és közepes méretű, körülbelül 500 szevert tartalmazó adatközpont energiaellátásának felel meg, amely 150 és 250 kilowatt közötti fogyasztással rendelkezik.