X
تبلیغات
نماشا
رایتل

پسماندها و بازیافت

اخبار مربوط به زباله و بازیافت
یکشنبه 16 اسفند‌ماه سال 1388

انتقال بی سیم برق، رویایی در حال پیوستن به واقعیت

 


انتقال نیروی برق بدون استفاده از سیم، از رویاهای دیرینه نویسندگان علمی‌تخیلی به شمار می‌رود. اما با پیشرفت‌های مهندسی، ابزارهای همراه و خودروهای الکتریکی، این رویا به زودی به واقعیت می‌پیوندد. کابل‌های برق همواره گرد و غبار را به خود جلب می‌کنند. کامپیوترها، تلویزیون‌ها و پخش کننده‌های موسیقی هر ساله باریک‌تر می‌شوند، ولی سیم‌های جمع شده در گوشه هر اتاق، یک مانع زشت بر سر راه مینیمالیسم واقعی است. آیا راهی برای حل این مشکل وجود دارد؟

 

بعد از آن دردسر شارژ تلفن‌ها، ام‌پی‌تری پلیرها و پی‌دی‌ای‌ها قرار دارد. معمولا خیلی دردسر ساز نیست، ولی خیلی پیش می‌آید که شارژ باطری را فراموش کنید و خانه را با یک باطری خالی ترک کنید. آیا زندگی ساده‌تر نمی‌شد اگر هنگامی که وارد یک ساختمان می‌شدید، نیروی برق به طور نامرئی به دستگاه شما تابیده می‌شد؟ ارتباطات بی‌سیم در همه جا وجود دارد، پس چرا ما نمی‌توانیم برای همیشه دستگاه‌های الکترونیک خود را هم از کابل‌های برق جدا کنیم. نیوساینتیست در مقاله‌ای به پاسخی برای این پرسش پرداخته است.


تا کنون بهره‌وری پایین انتقال توان و مسائل ایمنی، تلاش‌ها برای انتقال بی‌سیم نیروی برق را بی‌اثر کرده بود، ولی چند شرکت نوآور جدید التاسیس و چند نام بزرگ، مانند سونی و اینتل، یک بار دیگر سعی دارند این امر را ممکن سازند. چند ساله اخیر شاهد ارائه سمینارهایی بوده است که وعده تامین نیروی الکتریکی مورد نیاز برای موبایل‌ها، لپتاپ‌ها و تلویزیون‌ها به صورت بی‌سیم می‌دهند. آیا ما به زودی شاهد وداع با سیم، یک بار و برای همیشه خواهیم بود؟


آرزویی به قدمت تولید برق


ایده انتقال بی‌سیم نیرو تقریبا به اندازه خود تولید برق قدمت دارد. در آغاز قرن بیستم، نیکلا تسلا پیشنهاد استفاده از کویل‌های بزرگ برای انتقال برق از طریق لایه تروپوسفر اتمسفر به خانه‌ها را داد. او حتی شروع به ساخت یک برج به نام واردن‌کلیف در لانگ‌آیلند نیویورک کرد، که یک برج مخابراتی خیلی بزرگ بود که می‌توانست با استفاده از آن ایده خود برای انتقال بی‌سیم نیروی برق را بیازماید. ولی داستان جایی قطع شد که حامیان مالی وی، هنگامی که دریافتند که هیچ راه عملی وجود ندارد که بشود مطمئن شد که مردم پول برقی را که از ان استفاده می‌کنند می‌پردازند، و در عوض شبکه برق سیمی گسترش یافت.


 


انتقال بی‌سیم دوباره در دهه 1960 بروز یافت، زمانی که یک هلیکوپتر مینیاتوری به نمایش درآمد که انرژی خود را از امواج مایکروویوی دریافت می‌کرد که از زمین به آن تابیده می‌شد. برخی ادعا کردند که یک روز ما قادر خواهیم بود که نیروی مورد نیاز فضاپیماهای خود را با تاباندن پرتوهای لیزر به آنها تامین کنیم. و به همین ترتیب، کارهای نظری زیادی بر روی احتمال تاباندن نیرو به زمین از فضاپیماهایی که انرژی خورشیدی را جذب می‌کنند، انجام شد.
با این وجود، انتقال نیروی بی‌سیم زمین به زمین در فاصله طولانی، نیاز به زیرساخت‌های گران قیمتی دارد، و با نگرانی‌ها در مورد امنیت انتقال نیرو از طریق امواج مایکروویو پرتوان، خیلی از این ایده استقبال نشد.


دردسری به نام کابل برق


به رغم اینکه ما در آینده نزدیک شاهد یک شبکه نیروی بی‌سیم نخواهیم بود، ایده تاباندن انرژی در یک مقیاس کوچک‌تر به سرعت در حال گسترش است. این تا حد زیادی به این دلیل است که با وجود ارتباطات بی‌سیم، مانند وای‌فای و بلوتوث، و مدارهای الکتریکی که هر روز کوچک‌تر می‌شوند، اکنون کابل‌های برق تنها مانع بر سر راه این هستند که کاملا قابل حمل شوند.


با این محرک جدید، مهندسین و شرکت‌های نواور به استقبال این چالش رفتند و به رغم اینکه تاباندن انرژی هنوز در مرحله طفولیت قرار دارد، به نظر می‌رسد که سه حالت برای آینده آن متصور باشد. استفاده از امواج رادیویی برای انتقال الکتریسیته شاید مشخص‌ترین راه حل باشد، چرا که در اصل از همان نوع از فرستنده‌ای و گیرنده‌ای استفاده می‌کنید که در مخابرات وای‌فای از آن استفاده می‌شود. شرکت پاورکست که در پیتزبورگ پنسیلوانیا مستقر است، به تازگی از این فناوری برای انتقال نیرویی در حد میکرووات و یا میلی‌وات در فواصل بیش از 15 متر برای حسگرهای صنعتی استفاده کرده است. آنها اعتقاد دارند که می‌توان یک روز از رویکرد مشابهی برای شارژ ابزارهای کوچکی مانند کنترل از راه دور، ساعت‌های زنگ‌دار و یا حتی موبایل استفاده کرد.


یک احتمال دوم برای ابزارهای پرمصرف‌تر، تاباندن یک پرتو لیزر فروسرخ تنظیم شده به یک سلول فتوولتائیک است که پرتو را به انرژی الکتریکی بازتبدیل می‌کند. این رویکردی است که شرکت
PowerBeam واقع در سن‌خوزه کالیفرنیا انتخاب کرده است، ولی تا کنون بازدهی آن تنها بین 15 و 30 درصد بوده است. درست است که می‌توان از این روش برای تامین نیروی دستگاه‌های پرمصرف‌تر استفاده کرد، ولی در عمل تلفات زیادی دارد.

 

این فناوری برای تامین نیروی لامپ‌های بی‌سیم، بلندگوها و ابزارهای الکترونیک با مصرف برق کمتر از 10 وات به کار رفته است. در طول زمان و با ارتقای فناوری لیزر و سلول‌های فتوولتائیک، شرکت امیدوار است که بازدهی بالاتر از 50 درصد هم امکان پذیر شود. گراهام می‌گوید: «هیچ دلیلی وجود ندارد که ما نتوانیم در نهایت یک لپتاپ را به این ترتیب شارژ کنیم». بر خلاف برخی از فناوری‌های امکان پذیر دیگر، یک لیزر متمرکز انرژی کمی را در فواصل طولانی از دست می‌دهد، و بازدهی خود را از دست نمی‌دهد: «صد متر فاصله طوانی محسوب نمی‌شود».


پرتوهای دردسرساز


دیگران نسبت به عملی بودن این روش برای ابزارهای واقعا قابل حمل خوشبین نیستند، ابزاری که دائما در و بین اتاق‌ها در حرکت هستند. منو ترفرز، رئیس کنسرسیوم نیروی بی‌سیم در هلند می‌گوید: «یک پرتو فروسرخ نمی‌تواند برای شارژ یک گوشی موبایل مناسب باشد، چرا که جای مشخصی ندارد». راه حل پاوربیم قرار دادن یک لامپ کوچک فلوئورسنت در دستگاه گیرنده است تا دوربینی که در فرستنده کار گذاشته شده است، بتواند آن را رهگیری کند و امواج لیزر را به همان سو بفرستد. مشکل دیگر این است که برای هر دستگاهی که می‌خواهید شارژ کنید باید یک پرتو مجزا فرستاده شود، مسئله‌ای که به گفته آریستیدیس کارالیس از ام‌آ‌ی‌تی برای مهندسین دردسرساز خواهد بود، وی در حال حاضر مشغول کار بر روی یک سیستم جایگزین انتقال بی‌سیم نیروی برق است.


سومین احتمال نیز القای مغناطیسی است، که جذاب‌ترین انتخاب برای کاربرد‌های بزرگ محلی است. یک میدان مغناطیسی متناوب که از یک کویل ناشی می‌شودکه می‌تواند در کویل دیگری که در نزدیکی آن باشد، جریان الکتریکی را القا کند، این همن روشی است که خیلی از ابزارها مانند مسواک‌های برقی و حتی برخی از موبایل‌ها باطری‌های خود را شارژ می‌کنند. ولی مشکل اینجا است که به رغم اینکه درست در مجاورت کویل، بازدهی دستگاه خیلی خوب است ولی وقتی که حتی تنها چند میلیمتر فاصله وجود داشته باشد، این بازدهی به صفر می‌رسد.


 


این اصل شناخته شده‌ای است که در صورتی که دو شیء در فرکانس مشابهی رزونانس داشته باشند، انرژی مکانیکی منتقل شده، خیلی بیشتر می‌شود، وقتی که یک خواننده اپرا با صدای خود یک لیوان را به لرزش در می‌آورد از همین اصل استفاده می‌کند.

 
کارالیس و همکارانش می‌خواستند تا ببینند که آیا می‌توان به همین ترتیب بازدهی میدان مغناطیسی را در فواصل طولانی‌تر بالا برد یا نه.


گروه از یک کویل القایی متصل به یک خازن استفاده کردند. انرژی در مدار به سرعت بین یک میدان الکتریکی در خازن و یک میدان مغناطیسی در کویل نوسان می‌کند.

 
فرکانس این لرزش توسط توانایی خازن برای ذخیره بار و قابلیت کویل برای تولید یک میدان مغناطیسی کنترل می‌شود. اگر فرکانس در مدار فرستنده انرژی با گیرنده متفاوت باشد، رزونانس اتفاق نمی‌افتذ. نتیجه این خواهد بود که انرژی ارسالی از سوی فرستنده هم فاز با انرژی که در گیرنده وجود دارد نخواهد بود و در نتیجه آن، این دو همدیگر را خنثی می‌کنند.

 
ولی گروه به این نکته توجه داشت که اگر فرستنده و گیرنده رزونانت باشند، میدان‌ها در دو کویل با هم سنکرون خواهند بود، که به این معنی است که تداخل آنها سازنده است و مقدار انرژی منتقل شده افزایش می‌یابد.