Lazerinis energijos perdavimas – energijos tiekimo technologija į ateitį

Nuo tada, kai buvo išrasta elektra ir ji buvo plačiai nustumta į gyvybiškai svarbių įrenginių gamybą, vienas iš energetikos sektoriaus dėmesio centre yra, kaip rasti labai efektyvų perdavimo būdą, kuris kiek įmanoma sumažintų perdavimo nuostolius dideliais atstumais. tyrinėtojai. Kinijos itin aukštos įtampos perdavimo technologija yra santykinai pirmaujanti pasaulyje, tačiau perdavimo procese vis dar yra 2 %-7 % nuostolių lygis (priklausomai nuo atstumo), o tai neturėtų būti nuostoliai. ignoruojamas.
Belaidžio energijos perdavimo idėją prieš 100 metų pirmą kartą pasiūlė serbų mokslininkas Nikola Tesla, o lazeriai turi galimybę viena kryptimi nešti labai didelę energiją, kuri teoriškai atitinka tolimojo perdavimo poreikius. Kaip saulės spinduliai gali įkrauti plokštę, taip ir lazeris kaip tolimojo perdavimo priemonė turi ne tik didelę išėjimo galią, bet ir gali būti atliekama bet kuriuo metu ir bet kurioje vietoje be įkrovimo laidų suvaržymų, o tai turi neprilygstamų pranašumų.
1992 m. JAV ABB kompanija ėmėsi lyderio vaidmens atliekant lazerinio maitinimo technologija susijusius tyrimus, įgyvendinant aukštos įtampos linijos grandinės stebėjimą ir palaipsniui pakeitė tradicinį CT imtuvo srovės transformatorių. JAV gynybos departamentas ir Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija taip pat suprato, kad jei palydovas ir nepilotuojamas orlaivis per lazerio maitinimo šaltinį, galite pasiekti ilgesnį laiką, kad atliktumėte daugiau užduočių, kitaip tariant, lazeris kariuomenėje. ir aviacija turi precedento neturinčias galimybes, todėl nemažai lazerinių palydovų funkcija atlieka atitinkamus techninius tyrimus tokiu būdu.
1997 metais Japonija N. Kawashima ir kiti atliko lazerio energijos perdavimo Mėnulio ugnikalnio dugno zondo roboto (ROVER) energijos tiekimo eksperimentą. Kadangi ugnikalnio viduje nėra saulės šviesos, tik krateryje saulės šviesa gaunama į lazerį, perduodama į ugnikalnio dugną Rover energijos tiekimui. Perdavimo sistemos lazerio išėjimo galia 60W, perdavimo atstumas 1000m, sėkmingai valdo 10W robotą, fotoelektrinės konversijos efektyvumas apie 20%.
2005 m. NASA Maršalo kosminių skrydžių centras pirmą kartą padarė 500 W galios, 940 nm bangos ilgio lazerio bangos ilgį 15 m atstumu nuo mikroautomobilio, kad suteiktų 6 W elektros energijos, todėl transporto priemonė veikė 15 min. 2013 m. JAV karinio jūrų laivyno laboratorija sėkmingai panaudojo 2 kW lazerį 40 m atstumu nuo UAV nuotolinio maitinimo šaltinio.
Visą lazerio energijos tiekimo sistemą sudaro trys moduliai, būtent lazerio siųstuvo modulis, lazerio perdavimo modulis ir lazerio konvertavimo į elektrą modulis. Tarp jų lazerio ir fotovoltinių elementų efektyvumas yra visos lazerinės energijos sistemos pagrindas, kaip gaminti lazerio energiją konvertuojant elektrą - šviesą - elektrą, kiek įmanoma sumažinti atmosferos slopinimą, fotovoltinės konversijos slopinimą, yra pagrindinis šios sistemos indeksas. Kinijos nacionalinis gynybos technologijos universitetas, Nankingo aeronautikos ir astronautikos universitetas, Uhano universitetas, Šandongo aeronautikos ir kosmoso elektronikos technologijos institutas ir kiti tyrimų institutai taip pat atliko atitinkamus galio arsenido, monokristalinio silicio ir kitų fotovoltinių elementų tyrimus, kad pasiektų skirtingus bangos ilgius ir atstumus. lazerio maitinimo šaltinis.
Pastaraisiais metais Japonija, Rusija ir kitos šalys taip pat daug dėmesio skiria lazerio energijos perdavimo technologijų taikymui.
Rusija daugiausia dėmesio skiria lazerio energijos perdavimo taikymui kosmose. 2021 m. Rusijos „energijos“ raketų kosmoso kompanija planuoja naudoti lazerį belaidžio energijos perdavimo eksperimentams, energijos perdavimo kosmose ateities bandymams atlikti. Kosminis eksperimentas, kodiniu pavadinimu „Pelican“, reiškia lazerių naudojimą energijos perdavimui tarp erdvėlaivių, o eksperimentas buvo įtrauktas į Tarptautinės kosminės stoties Rusijos skyriaus ilgalaikių mokslinių eksperimentų programą. Šiuo metu fotoelektrinių keitiklių efektyvumas yra pasiekęs 60 proc., todėl lazerių panaudojimas perduodant elektros energiją iš vieno erdvėlaivio į kitą bus labai efektyvus. Rusijos mokslininkai optimistiškai vertina lazerinės belaidžio energijos perdavimo technologijos panaudojimą palydovams įkrauti kosminėje orbitoje.
Kita vertus, Japonija savo viziją daugiausia remiasi savo gyvenimo programomis. Tokijo technologijos institutas ir kitos institucijos yra įsipareigojusios plėtoti „lengvo belaidžio įkrovimo“ technologijos civilizaciją. Elektros energijos naudojimas lazeriu, lazeriu apšvitintiems objektams ir tada per elektros generavimo plokštę bus paverčiamas elektros energija, kad būtų galima ne tik sutaupyti mobiliųjų telefonų, buitinės technikos konfigūracijos įkrovimo linijos problemų, bet ir išspręsti naujų energijos transporto priemonių problemas. reikia reguliariai sustoti pakeliui, kad surastumėte įkrovimo krūvos įkrovimo problemas.
Lazerinė energijos perdavimo technologija turi daug privalumų, tačiau taip pat turi išspręsti keletą problemų. Pavyzdžiui, dabar naudojamos itin aukštos įtampos linijos galiai perduoti, nesunkiai prisiliečia prie žmogaus kūno, o itin didelės galios lazeris, veikiantis oro sklidimu, gali būti lengvai paveiktas įvairių atspindžių, kai apšvitintas žmogaus kūnas gali sukelti rimtą pavojų. Kitas pavyzdys, kaip užtikrinti, kad lazeris skirtingomis klimato sąlygomis, siekiant užtikrinti stabilų ir patikimą perdavimo efektyvumą, sumažinti slopinimą, o tiksliai perduodamas į įrangos imtuvų poreikį, bet taip pat laukia sekimo ir fokusavimo technologijos proveržių. Apibendrinant galima pasakyti, kad lazerio energijos perdavimo technologija atspindi būsimą energijos tiekimo plėtros kryptį ir turi plačią taikymo sritį.