我每天都使用无线电力。
在我的牙刷里:
在我的手机里:
我的设备中使用的方法称为感应充电。我在回答这个问题时多谈了一点。这是目前无线传输能量的最常见和最实用的形式。但正如许多评论所指出的,这被认为是近场传输。而且有效范围只有几毫米,非常近场。
通过在每个电感线圈上添加一个电容器并调整生成的RLC 网络以在相同的(共振)频率。麻省理工学院的一个团队研究了使用感应共振作为无线电力传输系统。
此后,研究人员成立了一家名为WiTricity的公司,以进一步开发该技术。虽然他们还没有将产品推向商业市场,但他们已经做出了一些令人印象深刻的示范:
WiTricity 一词用于 2007 年由 Marin Soljačić 领导的麻省理工学院的一个项目。麻省理工学院的研究人员成功地展示了使用两个 60 厘米(24 英寸)的 5 匝铜线圈以无线方式为 60 瓦灯泡供电的能力。 ) 直径,距离为 2 m (7 ft),效率约为 45%。线圈设计为在 9.9 MHz(≈ 波长 30 m)下一起共振,并沿同一轴定向。一个以感应方式连接到电源,另一个连接到灯泡。即使直接视线被木板挡住,该设置也会打开灯泡。研究人员能够在 3 英尺的距离以大约 90% 的效率为 60 瓦的灯泡供电。该研究项目被分拆成一家私人公司,也称为 WiTricity。
重要的是要注意,发射器和接收器之间的距离在确定可以可靠传输多少能量方面起着至关重要的作用。从基于 MIT 项目的这篇论文中可以看出,电压相对于线圈之间的距离的衰减是指数级的:
但是还有许多其他方法,例如微波和激光,它们能够实现更远的距离。然而,这些方法具有很强的方向性,因此适用于比特斯拉提出的全向 Wardenclyffe Tower 更小的区域。在实施其中一种方法时,还需要考虑许多其他因素:
微波:
通过无线电波的电力传输可以更具方向性,允许更长距离的电力传输,具有更短波长的电磁辐射,通常在微波范围内。整流天线可用于将微波能量转换回电能。已实现超过 95% 的整流天线转换效率。已经提出使用微波的能量发射将能量从轨道太阳能卫星传输到地球,并且已经考虑将能量发射到离开轨道的航天器。
...
对于接地应用,直径为 10 公里的大面积接收阵列允许使用较大的总功率水平,同时以建议的人体电磁暴露安全的低功率密度运行。1 mW/cm2 的人体安全功率密度分布在 10 公里直径的区域中对应于 750 兆瓦的总功率水平。这是在许多现代发电厂中发现的功率水平。
...
使用微波的无线高功率传输已得到充分证明。1975 年在加利福尼亚州的戈德斯通以及最近(1997 年)在留尼汪岛的 Grand Bassin 进行了数十千瓦的实验。这些方法可以达到千米级别的距离。
激光
与其他无线方法相比,基于激光的能量传输的优点是:
- 准直单色波前传播允许窄光束横截面区域用于大范围的能量传输。
- 固态激光器-光伏半导体二极管的紧凑尺寸适合小型产品。
- 对现有无线电通信(如 Wi-Fi 和手机)没有射频干扰。
- 访问控制;只有被激光照射的接收器才能接收功率。
它的缺点是:
- 激光辐射是危险的,即使在低功率水平下,它也会使人和动物失明,在高功率水平下,它可以通过局部点加热杀死
- 转化为光,例如使用激光,效率低下
- 转换回电能的效率很低,光伏电池的效率达到 40%–50%。(请注意,单色光的转换效率比太阳能电池板的日晒要高)。
- 大气吸收,云、雾、雨等吸收和散射造成损失,可高达100%损失
- 与微波束一样,这种方法需要与目标有直接的视线。
当然还有特斯拉使用的“地面和空气扰动电荷”方法。就特斯拉系统而言,由于资金耗尽和股市崩盘而被关闭。至于为什么后来没有尝试,主要是因为这样的系统不能严格计量。因此,电力公司无法按用量收费并赚大钱。如果没有将技术货币化的方法,就永远不会对研发进行投资。无论如何,这就是(阴谋)理论。尽管还有许多其他原因导致此方法不可行或完全行不通。
我找不到关于效率的确切数字的文章。但我猜效率是你看不到这项技术更广泛使用的主要原因。但是,它确实存在,像我这样的人(阅读:不富裕)确实可以使用它,而且效果很好。
编辑:
我找到了无线充电联盟(Wireless Power Consortium)完成的一个案例研究,该联盟是我手机的 qi 充电器制造商,其中指出(强调我的):
在本节中,我们比较了 5 年期间的总功耗
案例分析:
无线充电器的平均系统效率N sys-wireless = 0.50 (50%)
有线电源适配器的平均系统效率N sys-wired = 0.72 (72%) 假设平均充电功率为 2W。
因此,他们系统的有线部分的效率为 72%,而无线部分的效率为 50%。那是使用感应方法,其中线圈相距几毫米。将其与 Joel 的 WiTricity 进行比较,后者声称 2 米范围内的效率为 40%。
考虑到与无线系统的额外电路和组件相关的额外成本与铜线长度的成本相比,您可以看到为什么长距离无线能量传输对于大众市场的使用仍然被认为是不切实际的。