انتقال توان لیزری - فناوری تامین انرژی در آینده

از زمان اختراع الکتریسیته و به طور گسترده برای تولید کاربردهای حیاتی، چگونگی یافتن یک روش انتقال بسیار کارآمد، تا آنجا که ممکن است برای کاهش تلفات انتقال از راه دور، یکی از کانون توجه بخش برق و انرژی است. محققین فناوری انتقال ولتاژ فوق العاده بالا چین در جهان نسبتاً پیشرو است، با این حال، هنوز نرخ تلفات 2%-7% (بسته به مسافت) در فرآیند انتقال وجود دارد، که این تلفات است که نباید باشد. نادیده گرفته شده است.
ایده انتقال بی سیم انرژی برای اولین بار توسط دانشمند صربستانی نیکولا تسلا 100 سال پیش مطرح شد و لیزرها توانایی حمل انرژی بسیار بالایی را در یک جهت دارند که از نظر تئوری نیازهای انتقال از راه دور را برآورده می کند. همانطور که نور خورشید می تواند یک برد مدار را شارژ کند، لیزر نیز به عنوان وسیله ای برای انتقال از راه دور نه تنها توان خروجی بالایی دارد، بلکه می تواند در هر زمان و مکان بدون محدودیت کابل های شارژ انجام شود که مزایای بی نظیری دارد.
در سال 1992، شرکت ABB ایالات متحده رهبری تحقیقات مربوط به فناوری منبع تغذیه لیزری، تحقق نظارت بر مدار خط ولتاژ بالا را بر عهده گرفت و به تدریج ترانسفورماتور فعلی نقطه مصرف CT را جایگزین کرد. وزارت دفاع ایالات متحده و اداره ملی هوانوردی و فضایی آمریکا نیز متوجه شدند که اگر ماهواره و هواپیمای بدون سرنشین از طریق منبع تغذیه لیزری استفاده کنند، می توان به مدت زمان طولانی تری برای انجام وظایف بیشتر دست یافت، به عبارت دیگر لیزر در ارتش. و هوافضا دارای امکانات بی سابقه ای است، بنابراین تعدادی از ماهواره های لیزری تابع تحقیقات فنی مربوطه در این راه انجام شده است.
در سال 1997، ژاپن N. Kawashima و دیگران از انتقال انرژی لیزری به آزمایش تامین انرژی ربات کاوشگر پایین آتشفشان قمری (ROVER) استفاده کردند. از آنجا که هیچ نور خورشید در داخل آتشفشان وجود ندارد، فقط در دهانه آتشفشان برای دریافت نور خورشید به لیزر، به پایین آتشفشان منتقل می شود تا منبع انرژی مریخ نورد. قدرت خروجی لیزر سیستم انتقال 60 وات، فاصله انتقال 1000 متر، عملکرد ربات 10 واتی با موفقیت راندن، راندمان تبدیل فوتوالکتریک حدود 20٪ است.
در سال 2005، مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا، برای اولین بار با قدرت 500 وات، طول موج لیزر 940 نانومتری در فاصله 15 متری از میکرو وسیله نقلیه برای تامین برق 6 وات، برای اولین بار پیشرفت کرد، به طوری که وسیله نقلیه به مدت 15 دقیقه کار کرد. در سال 2013، آزمایشگاه نیروی دریایی ایالات متحده با موفقیت از لیزر 2 کیلوواتی تا فاصله 40 متری منبع تغذیه از راه دور پهپاد استفاده کرد.
یک سیستم کامل تحویل انرژی لیزری از سه ماژول، یعنی ماژول فرستنده لیزر، ماژول انتقال لیزر و ماژول تبدیل لیزر به برق تشکیل شده است. در میان آنها، راندمان لیزر و سلول فتوولتائیک، هسته کل سیستم انرژی لیزر است، چگونگی ساخت انرژی لیزر از طریق تبدیل الکتریسیته - نور - الکتریسیته، تا آنجا که ممکن است برای به حداقل رساندن تضعیف اتمسفر، تضعیف تبدیل فتوولتائیک، شاخص کلیدی این سیستم است. دانشگاه ملی فناوری دفاعی چین، دانشگاه هوانوردی و فضانوردی نانجینگ، دانشگاه ووهان، مؤسسه فناوری الکترونیک هوافضا شاندونگ و سایر مؤسسات تحقیقاتی نیز تحقیقات مرتبطی را در زمینه آرسنید گالیم، سیلیکون تک کریستالی و سایر سلول‌های فتوولتائیک برای دستیابی به طول موج‌ها و فواصل مختلف انجام داده‌اند. منبع تغذیه لیزر
در سال‌های اخیر، ژاپن، روسیه و سایر کشورها نیز بر کاربردهای فناوری مرتبط با انتقال انرژی لیزری تمرکز کرده‌اند.
روسیه بر روی استفاده از انتقال نیروی لیزری در فضا تمرکز دارد. در سال 2021، شرکت فضایی موشک "انرژی" روسیه قصد دارد از لیزر برای آزمایش‌های انتقال انرژی بی‌سیم، برای آینده انتقال انرژی در فضا برای ارائه آزمایش‌های امکان‌سنجی استفاده کند. آزمایش فضایی با نام رمز «پلیکان» به استفاده از لیزر برای انتقال نیرو بین فضاپیماها اشاره دارد و این آزمایش در برنامه آزمایش علمی بلندمدت بخش روسی ایستگاه فضایی بین‌المللی گنجانده شده است. در حال حاضر راندمان مبدل های فوتوالکتریک به 60 درصد رسیده است، بنابراین استفاده از لیزر برای انتقال الکتریسیته از یک فضاپیما به فضاپیمای دیگر بسیار موثر خواهد بود. دانشمندان روسی در مورد استفاده از فناوری انتقال انرژی بی سیم لیزری برای شارژ ماهواره ها در مدار فضا خوش بین هستند.
از سوی دیگر، ژاپن به طور عمده چشم انداز خود را بر روی برنامه های زندگی خود قرار داده است. موسسه فناوری توکیو و سایر موسسات متعهد به توسعه غیرنظامی شدن فناوری "شارژ بی سیم سبک" هستند. استفاده از انرژی الکتریکی برای انتشار لیزر، اشیاء تابش شده با لیزر و سپس از طریق برد تولید برق به انرژی الکتریکی تبدیل می شود، به طوری که نه تنها می تواند تلفن های همراه، پیکربندی لوازم خانگی مشکل خط شارژ را نجات دهد، بلکه برای حل وسایل نقلیه جدید انرژی باید به طور مرتب در راه توقف کنید تا مشکلات شارژ شمع شارژ را پیدا کنید.
فناوری انتقال توان لیزری مزایای زیادی دارد، اما مشکلاتی نیز دارد که باید حل شوند. به عنوان مثال، در حال حاضر برای انتقال برق از خطوط ولتاژ فوق العاده استفاده می شود که به راحتی با بدن انسان تماس پیدا نمی کند و لیزر فوق العاده با قدرت با تکیه بر انتشار هوا، به راحتی تحت تأثیر بازتاب های مختلف قرار می گیرد، پس از تابش به بدن انسان ممکن است خطر جدی ایجاد کند. مثال دیگر، چگونه می توان اطمینان حاصل کرد که لیزر در شرایط مختلف آب و هوایی برای اطمینان از راندمان انتقال پایدار و قابل اعتماد، کاهش تضعیف، در حالی که با دقت به نیاز به گیرنده تجهیزات منتقل می شود، بلکه در انتظار ردیابی و تمرکز پیشرفت های فناوری است. در نتیجه، فناوری انتقال توان لیزری جهت آینده توسعه تامین انرژی را نشان می‌دهد و فضای کاربردی گسترده‌ای دارد.