Беспроводная передача энергии: возможен ли дом будущего без розеток

Беспроводная передача энергии уже используется для зарядки смартфонов, умных часов и наушников. Устройство достаточно положить на специальную поверхность, после чего аккумулятор начинает заряжаться без подключения кабеля.

Следующим этапом могут стать столы, стены и другие предметы интерьера со встроенными передатчиками. Датчики умного дома смогут получать небольшое количество энергии без постоянной замены батареек, а электромобили — автоматически заряжаться на парковке.

Однако выражение «дом без розеток» пока остаётся скорее образом будущего. Современные технологии имеют ограничения по расстоянию, мощности и эффективности. Кроме того, сама передающая система всё равно должна быть подключена к электрической сети.

Что такое беспроводная передача энергии

Беспроводной называют передачу электрической энергии без металлического кабеля между источником и питаемым устройством.

Электричество не исчезает и не перемещается неизвестным способом. Передатчик преобразует его в магнитное поле, радиоволны или свет. Приёмник улавливает эту энергию и снова превращает её в электрический ток.

Для передачи могут использоваться разные методы:

• электромагнитная индукция;
• магнитный резонанс;
• радиочастотные волны;
• направленное микроволновое излучение;
• инфракрасный свет;
• лазерное излучение.

Каждый способ рассчитан на определённую мощность и расстояние. Технология, подходящая для зарядки телефона, не обязательно сможет безопасно и эффективно питать холодильник или электрический чайник.

Как работает обычная беспроводная зарядка

В большинстве зарядных устройств для смартфонов применяется электромагнитная индукция. В зарядной площадке находится передающая катушка, а внутри телефона — приёмная.

Переменный электрический ток проходит через катушку передатчика и создаёт изменяющееся магнитное поле. Это поле воздействует на катушку внутри смартфона и вызывает в ней электрическое напряжение.

Полученный ток выпрямляется, регулируется и используется для зарядки аккумулятора.

Чтобы система работала эффективно, катушки должны находиться близко друг к другу и быть правильно расположены. Именно поэтому телефон необходимо положить на определённую область зарядной площадки.

Магнитное крепление в современных системах помогает точнее совместить катушки. Это уменьшает потери энергии и снижает вероятность чрезмерного нагревания.

Почему зарядка называется беспроводной

Название иногда вводит в заблуждение. Между зарядной площадкой и смартфоном действительно нет провода, но сама площадка подключается кабелем к розетке.

Поэтому современная беспроводная зарядка не устраняет электропроводку. Она лишь заменяет последний участок кабеля между источником питания и устройством.

Главное преимущество заключается в удобстве. Пользователю не нужно каждый раз искать провод и вставлять штекер в разъём. Достаточно положить устройство на зарядную поверхность.

Отсутствие постоянного подключения кабеля также уменьшает механический износ разъёма смартфона. Но зарядная площадка занимает место, может нагреваться и обычно теряет больше энергии, чем хорошее проводное зарядное устройство.

Чем магнитный резонанс отличается от индукции

Резонансная передача также использует катушки и магнитное поле. Однако передатчик и приёмник настраиваются на одинаковую резонансную частоту.

Это позволяет немного увеличить расстояние между ними и уменьшить требования к точному расположению устройства. На одной поверхности можно одновременно заряжать несколько совместимых гаджетов.

Речь всё равно не идёт о свободной передаче большой мощности через всю комнату. В практических системах расстояние обычно измеряется сантиметрами, а не метрами.

Резонансная технология может применяться в столах, рабочих поверхностях, автомобильных консолях и других предметах, на которые пользователь кладёт устройство.

Можно ли заряжать устройства на расстоянии

Для передачи энергии на большее расстояние можно использовать радиочастотные волны. Приёмная антенна улавливает часть сигнала и преобразует его в постоянный ток.

Но количество получаемой энергии обычно невелико. Радиочастотное питание больше подходит для датчиков, электронных меток, маломощных устройств интернета вещей и оборудования, которое большую часть времени находится в режиме ожидания.

Чем дальше приёмник от передатчика, тем больше энергии рассеивается в пространстве. Для увеличения эффективности сигнал можно направлять в сторону конкретного устройства, но такая система требует обнаружения цели и управления излучением.

Передача большой мощности радиоволнами внутри жилого помещения создаёт дополнительные требования к безопасности и контролю воздействия электромагнитного поля.

Энергия с помощью света

Ещё один способ — передача энергии инфракрасным или лазерным лучом. Фотоэлектрический приёмник преобразует падающий свет в электричество.

Направленный луч способен передавать энергию дальше, чем обычная индукционная площадка. Однако между передатчиком и приёмником должна сохраняться линия видимости.

Если человек или предмет перекрывает луч, передача прекращается. Системе также необходимо постоянно следить за положением устройства и немедленно отключаться при возникновении опасной ситуации.

Поэтому подобные решения пока используются в специальных проектах и экспериментах, а не как универсальная замена домашней проводке.

Какие устройства смогут получать питание без проводов

В первую очередь технология подходит для небольших гаджетов:

• смартфонов;
• беспроводных наушников;
• умных часов;
• медицинских датчиков;
• электронных замков;
• пультов и контроллеров;
• датчиков температуры и движения;
• устройств умного дома.

Некоторым датчикам требуется совсем небольшая мощность. Они могут накапливать энергию радиосигналов, света, тепла или вибраций и работать без частой замены батареек.

Для ноутбуков и бытовой техники требуется значительно больше энергии. Здесь необходимы крупные катушки, точное расположение и эффективное охлаждение.

Чем выше передаваемая мощность, тем сложнее обеспечить безопасность и уменьшить потери.

Кухня без проводов

Одно из перспективных направлений — кухонные поверхности, способные беспроводным способом питать совместимую технику.

Под столешницей размещается передатчик, а в чайник, блендер или другую технику встраивается приёмная катушка. Прибор получает энергию, когда его ставят на определённую область.

Такой подход позволяет убрать часть проводов и освободить рабочую поверхность. Система может автоматически определять совместимое устройство и подавать только необходимую мощность.

Но для массового распространения требуется единый стандарт. Техника разных производителей должна безопасно работать с одной поверхностью.

Необходимо также обеспечить защиту от нагревания металлических предметов, попадания воды и случайного включения неподходящего устройства.

Беспроводная зарядка электромобилей

Для электромобилей создаются более мощные индукционные системы. Передающая катушка устанавливается в дорожном покрытии или на парковочном месте, а приёмная — под днищем автомобиля.

После правильной парковки зарядка начинается автоматически. Водителю не нужно доставать тяжёлый кабель и подключать его к машине.

Для эффективной передачи катушки должны быть достаточно точно совмещены. Автомобиль может показывать водителю направление или самостоятельно занимать необходимое положение.

Стандарты беспроводной зарядки электромобилей определяют мощность, совместимость, безопасность и допустимое расположение катушек.

Существуют и проекты дорог, заряжающих транспорт во время движения. Однако динамическая зарядка требует размещения большого количества оборудования под дорожным покрытием и пока остаётся значительно сложнее обычной парковочной системы.

Почему часть энергии теряется

При любой передаче энергии возникают потери. Часть электричества превращается в тепло в катушках, электронных компонентах и корпусе устройства.

Потери увеличиваются, если катушки плохо совмещены, между ними находится слишком большое расстояние или рядом расположен посторонний металлический предмет.

Проводное соединение обычно остаётся более простым и эффективным способом передачи большой мощности. Поэтому полностью заменять все кабели беспроводными системами не всегда разумно.

Для смартфона небольшая потеря может быть приемлемой платой за удобство. Но при постоянном питании мощной бытовой техники даже несколько процентов потерь способны заметно увеличить расход электроэнергии и нагрев оборудования.

Может ли беспроводная зарядка повредить аккумулятор

Само отсутствие провода не является причиной ускоренного износа батареи. На срок службы аккумулятора сильнее влияют температура, уровень заряда и количество циклов.

Однако неправильно расположенные катушки могут вызвать дополнительный нагрев. Электроника должна уменьшить мощность или остановить зарядку, если температура становится слишком высокой.

Качественная система также обнаруживает посторонние металлические предметы. Если между телефоном и площадкой окажется монета или ключ, передатчик должен ограничить мощность либо отключиться.

Для продления срока службы аккумулятора важно избегать перегрева независимо от того, заряжается устройство по кабелю или беспроводным способом.

Безопасно ли передавать энергию без проводов

Беспроводные системы создают электромагнитные поля, поэтому должны соответствовать установленным ограничениям воздействия на человека.

Устройства контролируют мощность, температуру, положение приёмника и присутствие посторонних объектов. Передача может автоматически прекращаться, если система обнаруживает нарушение условий работы.

Особое внимание требуется при создании мощных установок для автомобилей и бытовой техники. Их необходимо проверять на электромагнитную совместимость, чтобы они не мешали работе другой электроники и медицинских устройств.

Наличие международных рекомендаций и технических стандартов не отменяет необходимости сертификации каждой конкретной системы.

Исчезнут ли розетки из домов

В ближайшем будущем розетки полностью не исчезнут. Холодильникам, кондиционерам, духовкам, стиральным машинам и другой мощной технике по-прежнему требуется стабильное проводное питание.

Беспроводные технологии сначала будут распространяться там, где удобство особенно важно: в мебели, автомобилях, общественных местах и системах умного дома.

Вероятнее всего, дом будущего получит не одну универсальную «энергетическую зону», а несколько специализированных решений. В столах появятся зарядные поверхности, маломощные датчики научатся получать энергию из окружающей среды, а автомобиль будет заряжаться на парковочном месте.

Беспроводная передача энергии не уничтожит электрические провода, но сделает многие из них незаметными для пользователя. Розетки останутся в стенах, хотя подключать к ним каждый отдельный гаджет придётся значительно реже.