W ramach eksperymentu przeprowadzonego w Japonii udało się przesłać wiązką lasera energię na odległość jednego kilometra, osiągając przy tym rekordową wydajność.
Przy mocy optycznej lasera 1 kW zarejestrowano 152 W energii elektrycznej na odbiorniku. To obecnie najwyższa na świecie sprawność optycznej transmisji energii bezprzewodowej. Do tego w warunkach silnych zakłóceń atmosferycznych.
W eksperymencie NTT odpowiadało za system nadawczy i technologię kształtowania wiązki, natomiast Mitsubishi Heavy Industries (MHI) – za odbiorniki i układy stabilizujące.
Energia dla wysp i terenów po katastrofach
Nowa technologia otwiera drogę do dostarczania prądu tam, gdzie budowa tradycyjnych sieci energetycznych jest niemożliwa – na odległe wyspy, w rejony górskie czy do obszarów dotkniętych klęskami żywiołowymi.
W przyszłości może też wspierać rozwój infrastruktury komunikacyjnej oraz umożliwiać precyzyjne zasilanie ruchomych maszyn – takich jak drony czy morskie instalacje badawcze.
Laser kontra mikrofale – różne podejścia do przesyłu energii
Bezprzewodowe przesyłanie energii to technologia, która już dziś wspiera smartfony, urządzenia ubieralne czy pojazdy elektryczne. Najczęściej stosuje się mikrofale, jednak eksperyment NTT i MHI pokazuje potencjał laserów.
Dzięki wysokiej kierunkowości wiązki laserowej można efektywnie przesyłać energię na odległości liczone w kilometrach, a przy tym korzystać z lżejszych i bardziej kompaktowych odbiorników.
Wyzwania technologiczne i rozwiązania badaczy
Dotychczas problemem laserowej transmisji była niska sprawność – wiązka w atmosferze traci równomierność, a konwersja na prąd staje się nieefektywna.
Naukowcy zastosowali jednak dwa innowacyjne rozwiązania. Po pierwsze tzw. technologię płaskiego kształtowania wiązki (Flat Beam Shaping) pozwalającą utrzymać stałą intensywność promienia lasera. Po drugie, odpowiednia budowa obwodów nadajnika i odbiornika pozwoliła ustabilizować natężenie prądu mimo zakłóceń atmosferycznych.
W efekcie udało się utrzymać ciągłe przesyłanie energii przez 30 minut w warunkach silnych turbulencji powietrza.
Eksperyment na lotnisku i bezpieczeństwo
Test odbył się na pasie startowym lotniska Nanki-Shirahama w prefekturze Wakayama. Laser ustawiono zaledwie metr nad ziemią, gdzie wiązka była szczególnie podatna na zawirowania powietrza.
Dla bezpieczeństwa zarówno nadajnik, jak i odbiornik umieszczono w specjalnych kabinach, aby uniknąć przypadkowego kontaktu z potężną wiązką laserową.
Zastosowania: od dronów po kosmos
Przełomowa technologia może znaleźć zastosowanie w wielu obszarach:
- drony – zasilanie w locie bez potrzeby lądowania na wymianę baterii,
- infrastruktura awaryjna – szybkie dostarczenie energii w czasie klęsk żywiołowych,
- telekomunikacja – zasilanie platform unoszących nadajniki,
- kosmos – przesył prądu do łazików księżycowych czy satelitów, a w przyszłości nawet z kosmicznych elektrowni słonecznych na Ziemię.
Podsumowanie
Laserowa transmisja energii bezprzewodowej w wykonaniu NTT i Mitsubishi to milowy krok ku przyszłości, w której prąd dostarczany będzie na żądanie – bez kabli i bez ograniczeń. Jeśli technologia zostanie rozwinięta, może zmienić nie tylko sposób reagowania na katastrofy, ale i otworzyć drogę do zupełnie nowej epoki energetyki kosmicznej.
Foto: MHI.