Încărcarea wireless: principiu de funcţionare şi perspective de dezvoltare
Deși telefoanele fixe sunt tot mai puţin utilizate, iar conexiunile wireless la Internet au devenit un lucru obişnuit, suntem încă dependenți de cablurile de încărcare cu energie electrică ale dispozitivelor electronice mobile.
Cercetările din acest domeniu vizează înlocuirea cablurilor electrice de alimentare cu încărcarea wireless a bateriilor din dispozitivele mobile.
Nikola Tesla a fost primul care şi-a imaginat un sistem de transmitere a electricităţii prin aer, fără fire, în anii 1890.
Principiul de funcţionare este similar cu cel prin care un semnal radio ajunge de la postul de emisie radio către receptorul radio pe care îl utilizăm cu toţii: energia electrică este transformată în unde electromagnetice care, atunci când ajung la destinație, sunt transformate în semnale electrice.
Cu toate acestea, un sistem wireless de încărcare cu energie electrică trebuie să transmită și să primească mult mai multă energie electrică decât un sistem radio de emisie/recepţie.
Transmiterea wireless a energiei electrice. Energia electrică din rețeaua de alimentare ajunge la un emițător care o transmite prin aer la un receptor, care o transferă unui dispozitiv electric. Credit: Justin Wheeler, Pennsylvania State University, CC BY-ND
Până în prezent, o problemă majoră cu care s-au confruntat cercetătorii a fost stabilirea puterii electrice minime care poate fi transmisă pe o distanța mică, de câțiva centimetri, între transmițătorul și receptorul wireless.
Încărcătoarele wireless disponibile în comerț necesită plasarea telefoanelor mobile direct pe suportul de încărcare wireless. Ridicarea acestora, atunci când răspundem la un apel telefonic, oprește automat încărcarea cu energie electrică.
Chiar dacă cercetătorii și inginerii încearcă să găsească soluţii optime de transfer a energiei electrice pe distanțe mai mari, deocamdată nu putem reîncărca bateria unui automobil electric prin simpla parcare a automobilului deasupra unui dispozitiv de încărcare wireless aflat pe trotuar sau în garajul de acasă.
Progresele ulterioare ar putea fi însă semnificative.
Gândiți-vă cum ar fi dacă bateria stimulatorului cardiac nu ar mai trebui înlocuită niciodată sau cum ar fi dacă un sistem rutier ar permite încărcarea wireless a vehiculelor electrice din mers.
De asemenea, s-ar putea ca detectoarele de fum să nu mai necesite înlocuirea bateriilor, iar găsirea celei mai apropiate prize electrică să nu mai fie un motiv de îngrijorare.
O corelare/sincronizare perfectă
Conexiunea wireless dintre un transmițător și un receptor de putere este crucială pentru cantitatea de energie electrică care poate fi transferată între acestea.
Transferul optim al energiei electrice se stabileşte la o frecvență care corespunde unei frecvențe de rezonanţă a receptorului.
Încărcarea wireless necesită o sincronizare optimă a emițătorului și receptorului. Dacă frecvenţa de funcţionare a acestora nu se potriveşte exact, atunci puterea electrică transferată se reduce semnificativ sau chiar conexiunea se întrerupe.
Dezvoltarea componentelor electronice ale unor încărcătoare wireless care pot fi reglate, similar modului cum selectăm un post radio, până când frecvențele de rezonanță se potrivesc reprezintă o cerinţă esenţială pentru îmbunătăţirea tehnologiei încărcării wireless.
Încărcătoarele wireless care pot fi reglate, sau cele care pot detecta atunci când emițătoarele și receptoarele nu sunt sincronizate exact și se reglează automat pe frecvenţa de rezonanţă, vor fi mult mai eficiente.
Încărcarea wireless a automobilelor electrice. Credit: metamorworks/Shutterstock.com
De exemplu, dacă un automobil electric este parcat exact deasupra unui încărcător wireless al bateriei, atunci, în mod ideal, receptorul și transmițătorul de putere se vor sincroniza pentru a funcţiona pe aceeaşi frecvență de rezonanţă.
Dacă șoferul nu parchează automobilul în imediata apropiere a încărcătorului wireless, atunci încărcarea wireless nu va fi la fel de eficientă.
În acest caz dispozitivul ar trebui să sesizeze că puterea electrică nu se transferă corespunzător și să regleze frecvenţa transmisiei pentru a creşte randamentul încărcării wireless.
În afară de realizarea unor dispozitive de încărcare wireless reglabile, cercetătorii se concentrează în prezent şi pe dezvoltarea bateriilor cu încărcare rapidă și a electronicii de control de mare putere pentru a creşte eficiența şi densitatea de energie a încărcării wireless.
Traducere şi adaptare după How wireless recharging works – and doesn’t, yet