هر آنچه باید درباره انتقال بی سیم برق بدانید

انتقال بی سیم برق را تا به حال شنیده اید؟ ایده بسیار جذابی است…

تصور کنید برق را از شهری به شهر دیگر بدون نیاز به دکل های فشار قوی و کابل کشی در طول چندین کیلومتر منتقل کنید. بدین ترتیب می شود به همه مناطق دوردست و محروم جهان نیز برق رساند.

تصور کنید که بتوانید تمامی تجهیزات برقی و الکترونیکی منزل خود را از سیم های برق جدا کنید. رؤیایی که امروزه رنگ و بوی واقعیت گرفته است.

در این مقاله شما با تاریخچه انتقال برق بدون سیم آشنا خواهید شد و یاد خواهید گرفت که امروزه به چه روش هایی می توان بدون استفاده از سیم و کابل، برق را از نقطه ای به نقطه ای دیگر منتقل کرد. برای خرید مستقیم کالای برقی همین حالا اقدام نمایید.

آنچه در ادامه می خوانیم:

• انتقال بیسیم برق یعنی چه؟
• تاریخچه انتقال برق بدون سیم
• تجهیزات مورد نیاز انتقال برق بیسیم
• آموزش انتقال برق بیسیم
• چگونه برق را بدون سیم انتقال دهیم؟
• روش های انتقال بی سیم برق
• فرستنده و گیرنده در انتقال برق بیسیم
• کاربردهای انتقال برق بی سیم
• موانع و مشکلاتی که در راه انتقال برق وایرلس و بدون سیم قرار دارند
• مزایای حاصل از انتقال برق وایرلس
• نیوزلند اولین سیستم انتقال بی سیم برق را آزمایش می کند

انتقال بیسیم برق یعنی چه؟

شبکه برق رسانی به کمک سیم و کابل برق را تقریباً در تمامی مکان ها می توانید مشاهده کنید. انتقال بی سیم برق رویایی بوده است که انسان از دیرباز در ذهن خود داشته است. اگر بتوان سیم کشی برق را حتی در فاصله های بسیار کم حذف کرد، تحول بزرگی در صنعت و زندگی روزمره احساس خواهید کرد.

انتقال بدون سیم انرژی یا برق به این شکل است که در آن انرژی الکتریکی از منبع بدون هیچ گونه اتصالی به مقصد مورد نظر منتقل می شود. از این تکنولوژی اغلب در مواقعی استفاده می شود که انتقال انرژی باید به صورت مداوم صورت بگیرد و استفاده از سیم و کابل ایده پرخطر و نامناسبی است.

نکته مهم در  انتقال بی سیم این است که انتقال اطلاعات باید کامل و بدون نویز باشد و راندمان بالایی داشته باشد. متداول ترین راه انتقال برق بدون کابل استفاده از لیزر، ماکروویو، القای الکترومغناطیسی، امواج رادیویی و … است.

تاریخچه انتقال برق بدون سیم

اولین کسی که مبتکر و مخترع انتقال بی سیم برق بود، نیکولا تسلا داشمند و مخترع شهیر آمریکایی در قرن نوزدهم است. او حدود ۱۰۰ سال پیش با اختراع برج تسلا موفق شد دستگاهی بسازد که برق را به طور بی سیم منتقل کند. برج ۲۹ متری و دکل برق تسلا به نام واردن کلیف مشهور است.

بدلیل مشکلات شدید مالی و جدا شدن تنها سرمایه گذار تسلا، پروژه انتقال برق بدون سیم تسلا شکست خورد و رقابت را به رقیب ثروتمندش یعنی توماس ادیسون واگذار کرد. بدین ترتیب همه روی به خطوط برق DC ادیسون آوردند و انتقال برق بیسیم تسلا به فراموشی سپرده شد.

در سال ۲۰۰۷ چند فیزیکدان دانشگاه MIT (انستیتوی تکنولوژی ماساچوستس) با تحقیق بر روی ایده انتقال وایرلس برق یا برق بیسیم نهایتاً موفق شدند که یک لامپ ۶۰ وات را از فاصله تقریباً ۲ متری روشن کنند.

دانشمندان دانشگاه MIT توانستند تکنیک انتقال برق بدون سیم را به روش وایتریسیتی (WiTricity) پیاده سازی کنند. WiTricity مخفف دو عبارت با نام های Wireless و Electricity است.

در این آزمایش از دو سیم پیچ مسی با قطر های ۶۰ سانتی متر استفاده شد که به یک منبع انتقال دهنده انرژی متصل بودند و همچنین یک گیرنده نیز به لامپ متصل بود. طی انجام این آزمایش محققان دریافتند که میزان انتقال و بازده مفید انرژی بیشتر از ۴۰ درصد است.

تجهیزات مورد نیاز انتقال برق بیسیم

آنچه که واضح است، انتقال برق وایرلس به یک فرستنده و یک گیرنده احتیاج دارد. فرستنده که به شکل یک دکل یا برج است، به یک منبع انرژی همچون یک نیروگاه برق متصل است. در نیروگاه های برق ترانسفورماتور قدرت وظیفه انتقال انرژی را برعهده دارد.

باید بپذیریم که این دکل ها مثل هر دستگاه دیگری، دارای محدودیت جغرافیایی آنتن دهی هستند. پس ممکن است که برای انتقال برق بین دو نقطه، نیاز به نصب چندین دکل یا دستگاه تقویت آنتن دهی باشد.

گیرنده قاعدتاً باید یک باتری قابل شارژ باشد. این باتری متعلق به دستگاهی است که با برق کار می کند.

آموزش انتقال برق بیسیم

انتقال بی سیم برق برای دستگاه‌های مصرف‌کننده یک تکنولوژی نوظهور است اما اصول و اجزای اساسی آن جدید نیست. معادلات ماکسول حاکم بر هر جایی که برق و مغناطیس وجود دارد، هنوز صدق می کند و فرستنده‌ ها برای دریافت کنندگان تنها به شکل دیگر ارتباطات بی‌ سیم، انرژی می‌ فرستند.

با این حال، انتقال بی سیم برق متفاوت است. در آن هدف اولیه، انتقال خود انرژی به جای اطلاعات کدگذاری شده است.

میدان مغناطیسی درگیر در انتقال بدون سیم برق می‌تواند بسیار قوی باشد و ایمنی باید در نظر گرفته شود. قرار گرفتن در معرض تابش الکترومغناطیسی می‌ تواند یک نگرانی ایجاد کند.

این احتمال نیز وجود دارد که میدان های تولیدشده توسط فرستنده‌ های انتقال بی سیم برق در دستگاه‌های پزشکی اختلال ایجاد کنند.

چگونه برق را بدون سیم انتقال دهیم؟

ساخت دستگاه انتقال برق بدون سیم در بردهای بسیار کم کار ساده ای است. به کمک ۴ قطعه ساده می توان یک مدار انتقال بی سیم ساده ساخت البته این مدار نمی تواند یک لامپ ۵۰ واتی را روشن کند اما می تواند سبب روشن شدن لامپ های بسیار کوچک ال ای دی شود.

• برای این کار به سیم مسی عایق بندی شده، باتری ۱.۵ ولتی، لامپ LED، مقاومت ۱ کیلو اهمی و ترانزیستور 2N3904 نیاز خواهید داشت.
• می توانید 2n2222 از نوع قابلمه ای را جایگزین ترانزیستور فوق کنید.
• استفاده از لامپ ال ای دی قرمز در مدار بهتر است زیرا ولتاژ آن کمتر است.
• برد مدار ساخته شده نهایت دو سانتی متر است.
• وجود سلف در مدار ضرورتی ندارد.

روش های انتقال بی سیم برق

در پاسخ به سؤال چگونه برق را بدون سیم انتقال دهیم باید بگوییم برای انتقال برق وایرلس روش های زیر وجود دارد. به طور کلی برای برقراری ارتباط وایرلس و انتقال بدون سیم انرژی، جریان DC که از یک منبع تولید می شود، توسط یک مدار الکترونیکی به یک جریان AC فرکانس بالا تبدیل می شود.

انتقال وایرلس برق با استفاده از امواج رادیویی یا مایکروویو

همان طور که از نام این روش پیدا است، از طریق مایکروویو EMR جهت انتقال نیرو به بار استفاده می شود. در این کار فرستنده یک بار برق را از یک خروجی منبع تغذیه می گیرد و پس از آن برق AC را تنظیم می کند و مایکروویو آن را تولید می نماید.

این امواج برای رسیدن به گیرنده از هوا و ذرات آن استفاده می کنند. گیرنده هایی که در آن سمت این انتقال قرار گرفته اند، باید بتوانند امواج رادیویی و ماکروویو را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

انتقال برق با استفاده از پرتو لیزر

در انتقال برق با لیزر یک پرتور لیزر فروسرخ تنظیم شده به یک سلول فتوولتائیک تابیده می شود و پرتو لیزر را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این تکنیک قابلیت انتقال برق در مسافت های بالا را دارد اما روشی پرهزینه به شمار می آید.

انتقال برق با روش القای مغناطیسی

در این روش نیرو توسط میدان های مغناطیسی بین دو مدار تنظیم شده تشدید می شود و از این طریق بین دو فرستنده و گیرنده منتقل می شود. روش القای مغناطیسی برای فواصل دورتر کاربرد دارد.

به طور کلی برای برقراری ارتباط وایرلس و انتقال بدون سیم انرژی، جریان DC که از یک منبع تولید می شود، توسط یک مدار الکترونیکی به یک جریان AC فرکانس بالا تبدیل می شود.

در انتقال با استفاده از امواج رادیویی، از همان فرستنده و گیرنده ای که در مخابرات وای فای کاربرد دارد، استفاده می شود. این روش مناسب تجهیزاتی است که کمتر از ۱۰ ولت برق مصرف می کنند.

روش القای مغناطیسی نیز برای فواصل دورتر کاربرد دارد.

فرستنده و گیرنده در انتقال برق بیسیم

فرستنده و گیرنده در دستگاه‌های انتقال بی سیم برق جاسازی می‌شوند، مثل باتری شارژی. نوع مدارهای تبدیل به نوع تکنولوژی مورد استفاده بستگی خواهد داشت. علاوه بر انتقال انرژی، سیستم انتقال بی سیم برق باید به فرستنده و گیرنده اجازه دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

این امر تضمین می‌ کند زمانی که باتری به طور کامل شارژ شد، گیرنده بتواند به دستگاه مورد شارژ اطلاع دهد. همچنین این ارتباط به یک فرستنده اجازه می‌ دهد تا گیرنده را شناسایی کند و میزان انرژی منتقل‌ شده را تنظیم نماید. علاوه بر این، فرستنده می تواند شرایطی مانند دمای باتری را نیز تحت نظر داشته باشد.

فاصله از فرستنده

مکان‌ هایی که فاصله آنها از آنتن‌ ها کم‌ تر از یک طول‌ موج است، در میدان نزدیک قرار دارند. انرژی در میدان نزدیک تشعشع ندارد و میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی دارای نوسان مستقل از هم هستند. اتصال خازنی (الکتریکی) و القایی (مغناطیسی) را می‌ توان برای انتقال قدرت به گیرنده واقع در میدان نزدیک، مورد استفاده قرار داد.

مکان‌ هایی که در آن فاصله از آنتن‌ ها بیشتر از دو طول ‌موج است، در میدان بسیار دور هستند. (یک منطقه گذار بین میدان نزدیک و میدان دور وجود دارد) انرژی در میدان بسیار دور به صورت تابش الکترومغناطیسی معمول است. انتقال قدرت میدان به دور هم به عنوان نیروی برق مورد اشاره قرار می‌ گیرد.

مثال‌ هایی از انتقال میدان دور، سیستم‌ هایی هستند که از لیزر با قدرت بالا یا تابش مایکروویو استفاده می‌ کنند تا انرژی را در فواصل طولانی انتقال دهند.

کاربردهای انتقال برق بی سیم

شاید تنها تجربه مردم از انتقال برق بیسیم شارژرهای موبایل بی سیم یا تکنولوژی شارژر وایرلس است. اما این تنها یک کاربرد سطحی و ابتدایی است. در جاهایی که استفاده از سیم های برق خطرساز و یا غیر ممکن باشد، انتقال وایرلس برق راه حل مناسبی خواهد بود.

از طرفی استفاده از این روش، موجب کاهش هزینه های نگهداری خطوط و انتقال امن برق می شود. در ادامه به مواردی از کاربردهای اتنقال برق بی سیم اشاره می کنیم:

انتقال برق مناطق دوردست

با استفاده از انتقال بدون سیم برق می توان به مناطقی که در مسیرهای دشوارگذار قرار دارند نیز، برق رسانی کرد. مثلاً روستاهایی که در کوهستان، جنگل یا بیابان واقع شده اند.

انتقال برق بی سیم به خانه ها

با انتقال برق بدون سیم به یک خانه می‌ توان برق مورد نیاز همه تجهیزات و دستگاهای داخل خانه مثل یخچال، تلویزیون، وسایل روشنایی و تهویه مطبوع را تأمین کرد و این دستگاه ها نیز می توانند بصورت بی سیم کار کنند.

تأمین برق وسایل نقلیه

تصور کنید که باتری خودروی برقی شما در حین حرکت به طور بی سیم شارژ شود. این محدود به ماشین نیست. شاید بتوان پهبادها و هواپیما را هم از راه دور شارژ کرد.

انتقال درون دستگاهی

با استفاده از انتقال بدون سیم برق می توان به قطعات داخلی یک دستگاه مثل ربات و حتی دستگاه های ساده مثل کامپیوترهای شخصی و گوشی موبایل برق رسانی کرد. این موضوع بر وزن و هزینه ساخت این دستگاها تأثیر زیادی می گذارد.

انرژی خورشیدی

در سطح پیشرفته تر، می توان دستگاهی را بین خورشید و زمین قرار داد که بتواند انرژی خورشید را دریافت کند و بعد از تبدیل کردن آن به برق، آن را به زمین ارسال کند.

موانع و مشکلاتی که در راه انتقال برق وایرلس و بدون سیم قرار دارند

1. قدرت: هنوز راهی برای انتقال برق به میزان مورد نیاز گیرنده های مختلف پیدا نشده است و تمامی آزمایش ها فقط موفق به روشن کردن چند لامپ شده اند.
2. مسافت: انتقال برق بیسیم بین دو نقطه فعلاً در فواصل بسیار نزدیک ممکن است.
3. صرفه اقتصادی: انتقال بدون سیم برق به علت هزینه بسیار زیاد در تولید تجهیزات این انتقال و همچنین بازدهی پایین این روش، بسیار غیر اقتصادی است. هنوز انتقال برق بوسیله سیم بسیار ارزان تر است.

مزایای حاصل از انتقال برق وایرلس

1. انتقال ایمن انرژی برق
2. کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات خطوط کابل کشی
3. مدیریت استفاده از برق
4. کاهش تلفات و هزینه های ناشی از آن در انتقال با سیم و کابل
5. استفاده در کاربرد وسیع در وسایل
6. سازگار بودن با محیط زیست
7. سهولت شارژ وسایل الکتریکی

بیشتر بخوانید: همه چیز درباره نکات ایمنی برق و پیشگیری از برق گرفتگی

نیوزلند اولین سیستم انتقال بی سیم برق را آزمایش می کند

یک استارتاپ به نام Emrod در نیوزلند دستگاهی طراحی کرده است به کمک آن می توان برق را به نقاط دوردست بدون سیم کشی انتقال داد. در این فناوری حجم بالای برق بین دو رله که در راستای دید هم هستند، منتقل می شود.

نیوزلند در حال حاضر از این فناوری برای رساندن برق به مناطق دوردست و صعب العبور استفاده می کند. شرکت ارائه دهنده این فناوری گفته است که این تکنولوژی در تمامی شرایط آب و هوایی از جمله بارانی، مه، برفی و … نیز به درستی عمل می کند. به همین دلیل با بسط و توسعه این فناوری می توان برق را به هزاران کیلومتر دورتر انتقال داد که این کار سبب کاهش هزینه ها در زیرساخت و کاهش اثرات مخرب روی محیط زیست می شود.

بیشتر بخوانید: بیت کوین چیست و رابطه استخراج آن با مصرف برق چگونه است؟