Inovatívna laserová technológia dokáže nabíjať telefóny na diaľku s rekordnou účinnosťou

Každodenná spleť káblov a neustále hľadanie voľnej zásuvky sú neoddeliteľnou súčasťou moderného života. Sen o skutočnom bezdrôtovom napájaní, kde by sa naše telefóny a notebooky nabíjali jednoducho tým, že sú v miestnosti, je stále rovnako lákavý ako vzdialený. Súčasné „bezdrôtové“ nabíjacie podložky sú len malým krokom vpred, keďže stále vyžadujú fyzický kontakt.

Nedávny prelom vedcov z Ottawskej univerzity v Kanade a nemeckého Fraunhoferovho inštitútu pre solárne energetické systémy však predstavuje významný skok v technológii prenosu energie pomocou svetla. Hoci predstava nabíjania telefónu laserom znie ako zo sci-fi filmu, skutočný a okamžitý prínos tejto inovácie leží v špecializovanejšej oblasti priemyselných aplikácií. Táto technológia rieši konkrétne problémy tam, kde tradičné medené káble zlyhávajú, no zároveň odhaľuje, aké obrovské prekážky ešte stoja v ceste jej masovému zavedeniu do našich domácností.  

Základom tejto inovácie sú takzvané fotonické meniče energie (PPC), ktoré fungujú ako vysoko špecializované solárne články. Na rozdiel od bežných fotovoltických panelov, ktoré sú optimalizované na široké spektrum slnečného žiarenia, sú PPC navrhnuté tak, aby s maximálnou efektivitou premieňali monochromatické svetlo lasera s jedinou vlnovou dĺžkou na elektrickú energiu.

Problémom starších systémov na prenos energie po optickom vlákne (power-over-fiber) boli značné straty, ktoré obmedzovali vzdialenosť a množstvo preneseného výkonu, pričom meniče s jedným prechodom produkovali nízke napätie, napríklad len 0,6 voltu. Kľúčom k úspechu ottawského tímu bolo použitie viacvrstvových (multi-junction) meničov. Táto konštrukcia pozostáva z viacerých tenkých polovodičových p-n prechodov monoliticky navrstvených na seba.

Každá vrstva absorbuje časť dopadajúceho laserového svetla a ich jednotlivé napätia sa sčítavajú. Výsledkom je dramatické zlepšenie výkonu: novovytvorený prototyp dokázal vyprodukovať napätie 2 volty s rekordnou účinnosťou premeny energie presahujúcou 53 %. Vďaka tomu je teraz možné prenášať energiu po optických vláknach na vzdialenosť viac ako jeden kilometer, čo bolo predtým s tradičnými systémami nemysliteľné. Hoci je nabíjanie telefónov pútavou predstavou, skutočná hodnota tejto technológie sa v blízkej budúcnosti prejaví inde.

Jej hlavnou devízou je riešenie špecifických priemyselných problémov, kde je kľúčová elektrická izolácia a diaľkové napájanie. Optické vlákna nevedú elektrický prúd, a preto ich možno bezpečne použiť v prostrediach, kde by medené káble predstavovali riziko alebo boli náchylné na rušenie. Medzi praktické aplikácie patrí napájanie senzorov na veterných turbínach bez rizika poškodenia bleskom, beziskrové napájanie palivomerov v lietadlách, monitorovanie vysokonapäťových senzorov v inteligentných elektrických sieťach alebo napájanie a prenos dát pre podmorské senzory a zariadenia v iných nebezpečných prostrediach.

V kontrolovanom prostredí, ako je vesmír, by sa technológia mohla využiť aj na bezdrôtový prenos energie na napájanie dronov, satelitov alebo lunárnych vozidiel. Cesta k bezdrôtovému nabíjaniu v našich obývačkách je však stále plná zásadných prekážok, ktoré tento konkrétny vedecký úspech nerieši. Najväčšou z nich je bezpečnosť. Laserový lúč, ktorý by mal dostatok energie na nabitie telefónu, by bol zároveň dostatočne silný na to, aby spôsobil okamžité a nezvratné poškodenie zraku, a to aj pri odraze od lesklého povrchu.

Ľudské oko je na laserové žiarenie extrémne citlivé a regulačné orgány, ako je americká FDA, majú na spotrebiteľské laserové produkty veľmi prísne výkonnostné limity. Ďalším problémom je nespoľahlivosť. Na rozdiel od Wi-Fi signálu je laserový lúč blokovaný akoukoľvek fyzickou prekážkou – nábytkom, domácim zvieraťom alebo osobou, ktorá prejde lúču cez cestu. V neposlednom rade sú tu straty účinnosti.

Energia sa stráca pri premene elektriny na svetlo v laseri, počas prenosu atmosférou a napokon aj pri spätnej premene svetla na elektrinu v prijímači. Riešenia pre bezpečný prenos energie vo voľnom priestore síce existujú, ale sú vyvíjané pre vojenské účely organizáciami ako DARPA a vyžadujú komplexné, viacvrstvové detekčné a vypínacie systémy (radar, kamery, svetelné zásteny), ktoré sú pre spotrebnú elektroniku príliš drahé a zložité.  

Zdroj: cosmosmagazine.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com}