Беспроводные зарядки комфортны: бросил девайс на подставку, и ничего подключать не нужно.
А как здорово было бы применять их для подзарядки электроавтомобилей!
И почему эти странноватые ученые до этого времени не могут воспроизвести технологию величавого Тесла?
Странноватые они, 100 лет работают, а результата нет.
Конкретно так задумывается практически любой, кто думает о современных разработках передачи электро энергии.
Ведь без проводов шустрее, удобней и надежнее (наверное).
На практике передача малых токов без проводов просто осуществима на малых расстояниях.
Но как только требуется большой ток, завышенная мощность работы либо огромное расстояние трансляции — начинаются суровые задачи, связанные с простейшими физическими законами.
А есть и другие трудноразрешимые задачи.
Никола Тесла — великий учитель и величавый обманщик
Большая часть легенд, связанных с беспроводной передачей электро энергии, досталась населению земли от конспирологов и «переваренных» ими бессчетных легенд о величавом сербско-американском изобретателе.
Ещё в начале двадцатого века он тестами в Колорадо-Спрингс показал возможность передачи электромагнитного поля на удалении, когда ему удалось зажечь лампочку на расстоянии свыше трёх км.
Как ему это удалось?
Официального ответа на этот вопрос нет, так как методика опыта осталась в тайне.
А известные записи говорят совершенно о другом.
Зато есть законы физики и воспоминания свидетелей, которые молвят о неописуемой мощности передатчика (по меркам того времени, естественно): потрачено было намного больше энергии, чем необходимо некий лампочке.
А так как цифр нет, данных нет — не миф ли это, как и почти все остальные его разработки?
Тесла оказался величайшим мистификатором собственного времени, а раскрыть это во всей красоте разрешают современные «заслуги».
Сейчас его труды пробуют повторить с помощью инвестиций новозеландской энергетической компании Powerco силами местного стартапа Emrod.
Согласно официальной инфы, проект Emrod предугадывает беспроводную передачу энергии между приёмником и передатчиком на расстоянии прямой видимости, а это, на самом деле, могут быть 10-ки км.
Сделанный макет на данный момент проходит лабораторные тесты, а потом начнутся и полевые, в которых планируется передавать ток мощностью до 2 кВт.
Заявлено, что за счёт новейших радиопоглощающих материалов КПД приёмной (выпрямляющей) антенны доведён до 100%, а КПД передающей системы приближается к 70%.
И тут-то они попались: ничто не может иметь КПД в 100%.
Законы сохранения энергии и принцип причинности никто не отменял: передающаяся волна не может на сто процентов преобразовываться в нужный тип энергии.
В случае с электричеством и настоящими инженерными устройствами все совершенно плохо.
1. Беспроводные зарядки имеют низкое КПД
Сейчас существует три главных варианта мощности беспроводных Qi-зарядок: 5 Вт, 7,5 Вт, 10 Вт.
Для сопоставления, самые всераспространенные проводные — 5 Вт, 10 Вт и 18 Вт.
Коэффициент полезного действия проводных блоков питания, модифицирующих переменный ток в постоянный с данными параметрами, балансирует в границах от 50 до 85%.
Остальное выделяется теплом и выражается нагревом частей электроцепи.
Наименьшим условием для работы Qi хотя бы с 5 Вт — зарядное устройство на 10 Вт.
По другому ничего не выйдет, зарядка не заработает.
При этом для работы Qi с мощностью 10 Вт нужен блок питания с поддержкой QC 3.0 на 18 Вт либо сильнее (чаще предлагается применять PD на 24 Вт).
КПД преобразования составляет всего 55%.
Сама передача от зарядки к устройству тоже является источником утрат: телефон в среднем воспринимает 4,2 Вт из 5Вт (КПД 85%) и 9,1Вт из 10Вт (КПД около 90%).
Из 18 Вт создать 9,1 Вт с КПД 50% — это сейчас именуется «зеленая экономная энергетика»?
Не уж-то нет более успешных технологий?
Есть.
На теоретическом уровне неувязка ординарна: повышаем напряжение, уменьшаем ток, снижаем утраты.
Лишь в электронике аккумулятор на 4,35 В, потому придётся оснащать телефон понижающим преобразователем.
Который должен быть рассчитан
- на определенные характеристики зарядки
- с запасом по напряжению
- и обладать большими потерями из-за преобразования и особенностей использованных для него транзисторов
Высокомощные беспроводные интерфейсы, интенсивно продвигаемые Xiaomi и иными китайскими брендами дают наиболее высочайшие токи.
За счет этого, а так же дорогой электроники (и специфического распределения себестоимости) им удаётся достигнуть КПД до 55–70%.
Но им требуются высокомощные Power Delivery источники тока с мощностью 65 Вт и выше, которые сами по себя имеют довольно высочайшие потери.
Потому почаще всего производители комплектуют Qi-зарядку своим блоком питания.
В итоге общая стоимость гаджет на вольном рынке может достигать 20–40% от цены самого девайса.
Раздельно ничего не приобрести.
Так для чего, если быстрее всего с новеньким телефоном придётся брать более массивное устройство?
2. Термо утраты никто не отменял
2-ой неувязкой являются уже упомянутые выше термо утраты: энергия, которая пропадает в процессе преобразования электронного тока из переменного в постоянный и при передаче его на расстояние, преобразуется в термическую.
Происходит нагрев.
В большей степени самого зарядного устройства, а за счет этого — и заряжаемых девайсов.
Для обыденного LiPo-аккумулятора утраты даже при обыкновенной зарядке составляют не наименее 15–20%.
Добавляем утраты выше, соответствующие для беспроводной передачи — получаем весьма много тепла.
Все это куда-то необходимо вывести и рассеять в пространстве: LiPo батареи весьма боятся хоть какого нагрева — нередко довольно 100 градусов и малеханький пожар вам обеспечен.
Ещё одна неувязка кроется в устройстве беспроводной зарядке.
Что это?
Набор электромагнитных катушек с парой чипов, которые передают поле в такие же катушки заряжаемому девайсу.
Нехорошее размещение и различные размеры катушек наращивают утраты и нагрев, снижая скорость зарядки.
Время от времени это пробуют решать магнитами (MagSafe), время от времени — перемещаемыми катушками либо повышением их числа, время от времени — просто отключая процесс при нагреве.
Результаты хорошие, но лишь для малых токов.
Увеличиваем мощность передачи — получаем кратное повышение утрат.
Практически, даже 65 Вт без четкого позиционирования можно разглядывать в виде маленького пожара.
Стоит ли рисковать либо бросить технологию в виде макета на тот момент, когда люди привыкнут применять беспроводные зарядки?
3. Беспроводное электричество ведет взаимодействие с сплавом
На самом деле имеющиеся зарядки чуть труднее, чем просто набор катушек: есть ещё несколько уровней защиты на уровне протокола (да-да, зарядник и девайс разговаривают меж собой) и схемотехники.
Один из уровней перекрывает включение зарядки при попадании железного предмета на электромагнитный передатчик.
Оказавшись над передающей индукционной катушкой, сплав безизбежно начнёт греться.
К примеру, нескольких минут хватит, чтобы та же скрепка раскалилась и начала плавить пластик.
В MagSafe и авто держателях магниты и их ответные железные части лежат в стороне от катушки, потому взаимодействия нет.
В более сложных системах поначалу необходимо отладить весьма четкое размещение.
Для кара, дрона либо розетки такое маловероятно.
На теоретическом уровне, можно подобрать частоту передачи, при которой взаимодействие будет наименьшим (потребуются хитрые катушки).
Макет решения существует и много лет тестируется.
Но до серии ещё не дошёл, и вряд ли это произойдёт в обозримом будущем: стоимость высочайшая, сложность производства и работы повышена.
Ко всему иному, процесс зарядки более нестабилен.
4. Вред электромагнитного излучения не подтвержден. И не опровергнут
Это самый увлекательный вопрос, на который есть определенный ответ лишь с определенными устройствами и границами.
Непременно, Qi-зарядки для девайсов совсем неопасны.
Даже самые массивные экземпляры, доступные для покупки в рознице, работоспособны лишь на малом расстоянии: мощность излучения не обязана превосходить 50 мВт/см2 на расстоянии 20 см от зарядки.
Правда, есть тонкость: расстояние и мощность на нём лимитировано правилами Комиссий по связи (различных государств).
Так как догадки о вероятном вреде есть, но совершенно точно не установлены.
Далее излучение фактически не просачивается ввиду собственных параметров: электромагнитное излучение катушки с током распространяется кольцеобразно, образуя замкнутый контур.
Направленное излучение просит остальных частот, остальных мощностей, остальных типов излучения.
Вред которых, к слову, чуток наиболее исследован.
Маломощные радиопередающие устройства, в частности, мобильники, не оказывают воздействия на организм человек: опыты демонстрируют отсутствие негативного воздействия на человеческий организм.
Облучение высокомощных станций, к примеру, радиолокаторов и базисных станций, на определенных частотах вредоносно в конкретной близости от источника и может вызывать недомогания.
В остальном подтвержденной инфы нет.
Что будет, если существенно прирастить мощность Qi-подобной зарядки?
Разумеется, все зависит от определенных характеристик тока: силы, напряжения и частоты.
И верный подбор выполнить можно, но из-за людской глупости постоянно можно получить внештатную ситуацию.
А вот любимый гиками «способ передачи тока Теслы» отлично выбивает автоматы, портит технику: резонанс частоты неизбежен.
Вообщем, и здесь необходимо лишь верно подобрать характеристики для исключения взаимодействия.
И возлагать, что неподходящая под новейший эталон техника не окажется меж зарядкой и заряжаемым устройством.
5. Чем больше источников тока, тем менее прогнозируемы последствия
В конце концов, ещё одна нерешенная физическая неувязка: суперпозиция электромагнитных полей.
Чем больше зарядных устройств и их мощность, тем далее и больше распространяются их волны.
В некий момент они начнут вести взаимодействие.
Это не кажется неувязкой, на 1-ый взор.
Ровно до того времени, пока кто-либо не решит поставить пару зарядок рядом, сместив вектор распространения на что-то чувствительное к электромагнитному полю.
Этим «кое-чем» быть может устройство связи, кардиостимулятор, станция связи и хоть какое другое электрическое устройство.
Неувязка не в том, что оно попадёт под действие 1-го источника — на теоретическом уровне, даже массивные беспроводные зарядки можно спроектировать так, чтоб не мешать электронике.
Но при наложении волн друг на друга получится неведомая величина, которую трудно предсказать.
Нужен ли такой риск?
К слову, судя по слухам конкретно это «уничтожило» беспроводную зарядку AirPower от Apple, которая могла нести 32 катушки (слаботочных!).
«Со временем эти гармоники суммируются и в воздухе возникают весьма массивные сигналы, — объясняет — А это может представлять сложность — к примеру, такое излучение может приостановить чей-нибудь кардиостимулятор, если будет довольно массивным.
Либо замкнуть чей-нибудь слуховой аппарат».
Уильям Лампкинс, технический вице-президент O & S Services
Если от аппарата Apple гармоники разлетались во все стороны, может быть, AirPower не сумел пройти испытания регуляторов США либо ЕС.
6. Для всякого устройства нужна своя зарядка
Та же неувязка с позиционированием электромагнитных катушек в итоге ведёт к последующей — отсутствие одного эталона в отрасли.
Компании условились применять слаботочную Qi-технологию и унифицировали устройства.
Но то Самсунг, то Xiaomi выпускают модели, которые не работают с чужими зарядками на полной скорости.
Высокомощная беспроводная зарядка Xiaomi, представленная пару месяцев назад, работает лишь при четком попадании на базу.
И заряжает стремительно батарею лишь до 50%, снижая мощность в последствии с 80 до 20 Вт.
При этом, даже на наибольшей «скорости» эффективность составляет лишь 65 Вт.
Эта зарядка не работает «на пониженных оборотах» с иными телефонами — катушки имеют иной размер.
По той же причине обычные Qi-зарядки «раскачиваются» с подходящим Mi 11 Ultra лишь до 10 Вт.
Нужен единый эталон процесса, по другому инфраструктура будет работать лишь для 1-го производителя.
Даже в отношении телефонов юзеру это не прибыльно.
А что гласить о карах?
В особенности когда имеющиеся макеты от Momentum Dynamic обещают неописуемые неосуществимые 100% КПД?
7. Придётся модернизировать энергоснабжение всего мира
В конце концов, существует ещё одна причина, о которой обожают вспоминать лишь противники электромобилей.
Имеющийся мир уже опутан проводами определенного сечения, разработанными электросетями и обустроенными электростанциями.
Хоть какое резкое увеличение употребления электроэнергии просит суровой модернизации.
В русских новостройках промышленных городов это практически не приметно.
Но представьте: в Лондоне ещё есть дома с «пробками», запитанные от тонких линий столетний давности.
Сохранились целые улицы, запитанные при личном участии Вестингауза в начале прошедшего века.
А здесь предлагается не просто применять везде электричество, но создать это с низким КПД, большими термическими потерями.
Большая часть городов к этому не готово.
Поэтому что беспроводную зарядку все равно необходимо кое-чем питать — и эту линию придётся создать ОЧЕНЬ толстой, увеличив и выработку энергии.
То есть будет нужно на 50% больше ветряков, солнечных панелей — либо ещё одна ТЭЦ, так как они плохо масштабируются.
Но ведь макеты уже есть? Прогресс не приостановить!
Как ни удивительно, в странах, где животрепещущ научный подход и правит сухой математический анализ, отношение к «зеленоватому электричеству» и его беспроводной передаче типичное.
Так, министерство индустрии и информационных технологий Китая вынесло некое время назад на обсуждение «Временное постановление о радиоуправлении устройств беспроводной зарядки (передачи энергии)».
В нем предлагается с 1 января 2022 года запретить создание, импорт, продажу и внедрение беспроводных зарядных устройств мощностью более 50 Вт.
Возможно, документ уже вступил в силу.
Невзирая на богатство стартапов, обещающих дешёвую технологию передачи электро энергии без проводов на расстоянии, настоящий продукт не выпускает никто.
Стоит задуматься, ведь 1-ые рабочие макеты беспилотников, снабжаемых питанием с земли лазерным лучом были удачно испытаны в 2007–2009 годах.
Относительно успешными оказываются лишь стартапы, предлагающие поменять всю инфраструктуру.
Как думаете, много государств сумеет приобрести дорогу с беспроводной зарядкой от Electreon?
Тем наиболее, что вопросцев к эксплуатации данной нам технологии не меньше, чем к Николе Тесла.
Одно пока можно сказать с уверенностью: когда отважутся все имеющиеся, НО, мир ждёт новая техно революция.
И это будет совершенно иной мир.
