Truyền tải điện không cần dây dẫn: Một xu hướng công nghệ tất yếu

Trong tương lai, vấn đề truyền tải điện năng tới các thiết bị điện sẽ không cần dây dẫn sẽ trở nên phổ biến. Các nghiên cứu khoa học đang chứng minh xu hướng tất yếu này.

Lịch sử và khoa học truyền tải điện không dây 

Năm 1899, kỹ sư người Serbia tên là Nikola Tesla xây dựng một cuộn dây điện cao 50m, mang dòng điện 12 triệu volt ở Colorado Springs (Mỹ) và ông truyền điện không dây qua không khí làm phát sáng 200 bóng đèn. Sau khi bật công tắc, tia chớp xuất hiện khỏi cuộn dây nhưng không ai bị tổn thương.

Nikola Tesla trong phòng thí nghiệm với các cuộn dây truyền tải điện hàng triệu volt qua không khí (ảnh minh họa).

Đây là một thiết bị độc đáo hoạt động trên nguyên tắc cộng hưởng điện và có thể truyền điện mà không cần dây dẫn. Tuy nhiên, ở thời điểm đó do tiềm năng công nghệ còn hạn chế cuộn dây chỉ có thể dẫn điện không dây trong khoảng cách ngắn, bởi vậy nó đã chưa trở thành một ứng dụng thực tế để truyền điện không dây.  

Tesla luôn bị ám ảnh bởi ý tưởng về năng lượng không dây của mình, vì vậy trong những năm sau đó, ông đã nghiên cứu xây dựng một trạm năng lượng có thể truyền tải điện không dây điện áp cao - Wireless Power Transfer - (WPT). Thông qua thử nghiệm này, Tesla nhằm mục đích gửi thông điệp truyền tải điện không dây ở khoảng cách xa, bằng cách sử dụng một loạt các tháp có vị trí cố định hoặc hệ thống bóng bay lơ lửng.

Ông đã xây dựng một trạm truyền tải không dây ở Long Island (được gọi là Tesla hoặc Tháp Wardenclyffe) mà ông tin rằng có thể chứng minh rằng khả năng truyền tải điện không dây tầm xa. Thật không may, nhà đầu tư JP Morgan đã từ chối cung cấp thêm vốn cho các thí nghiệm của ông và dự án đã bị đóng cửa vào năm 1906 và sau đó bị phá bỏ.

Nikola Tesla qua đời vào năm 1943 với ước mơ về điện không dây vẫn còn dang dở, nhưng trong 100 năm qua, một số  thí nghiệm và nghiên cứu đã chứng minh rằng nhà phát minh thiên tài có thể đã đi đúng hướng trong nghiên cứu truyền tải điện không dây.

Truyền vệ tinh năng lượng mặt trời

Đây là một phương pháp đầy hứa hẹn liên quan đến việc sử dụng các vệ tinh năng lượng mặt trời được đặt trên quỹ đạo trái đất. Vệ tinh sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng, năng lượng này bao gồm vi sóng. Các tín hiệu vi ba này sau đó sẽ được truyền tới một ăng-ten trên mặt đất hoặc đến một trạm lưới chính.

Từ đó, các tín hiệu sẽ được chuyển tiếp đến một trạm lưới cơ sở, trạm này sẽ chuyển vi sóng thành điện một chiều. Tại trạm điện lưới, điện năng cũng sẽ được chuyển đổi thành các gói năng lượng, tương tự như các gói dữ liệu internet, sẽ được truyền đến các nhà riêng lẻ và được lưu trữ trong một bộ thu năng lượng. 

Truyền điện vi sóng

Trong phương pháp này, bức xạ vi ba được biến thành năng lượng điện một chiều với sự trợ giúp của bộ thu vi sóng và bộ chỉnh lưu một chiều. Hiệu suất cao nhất đạt được khi truyền điện bằng vi sóng là 84%. Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là đạt được hiệu suất cao truyền năng lượng không dây trên một khoảng cách dài.

Truyền tia laser

Các bộ chuyển đổi DC-to-laser hiệu quả nhất đã được chứng minh là các điốt laser ở trạng thái rắn giống như các bộ chuyển đổi được sử dụng thương mại trong truyền thông laser sợi quang và không gian tự do. Quá trình truyền tia laser cho phép một máy thu quang điện nhận chùm tia laser và tạo ra năng lượng điện từ. Ưu điểm của truyền điện dựa trên laser là các chùm tia laser có thể được điều khiển dễ dàng hơn để truyền điện không dây tầm xa.

Nguồn điện không dây không còn là giấc mơ đối với New Zealand

Công ty năng lượng Emrod sẽ sớm thử nghiệm thiết lập cơ sở hạ tầng truyền tải năng lương không dây ở New Zealand. Nếu thử nghiệm thành công, đây sẽ là một động lực lớn thúc đẩy kế hoạch của chính phủ New Zealand trong việc thiết lập hệ thống truyền tải năng lượng không dây trên khắp đất nước.   

Emrod đã thiết kế một công nghệ năng lượng từ xa độc đáo sử dụng một mạng lưới không dây gồm các ăng-ten và trạm (ăng-ten chỉnh lưu) mang năng lượng dưới dạng sóng điện từ tầm xa từ điểm này đến điểm khác. Lúc đầu, dòng điện được dẫn qua anten dưới dạng chùm tia không ion hóa, có tần số tương đương với sóng vô tuyến. Theo nghiên cứu ‘Năng lượng điện từ bằng laser công suất thấp đảm bảo rằng chùm năng lượng này sẽ tắt ngay lập tức khi có bất kỳ vật thể nào thoáng qua, chẳng hạn như chim hoặc các phương tiện máy bay, qua thực nghiệm thực tế chùm tia chính đảm bảo nó không bao giờ va chạm vào bất cứ thứ gì ngoại trừ không khí’.

Emrod tuyên bố rằng công nghệ này rất phù hợp với địa hình miền núi của New Zealand và có thể chịu được các điều kiện thời tiết khác nhau của khu vực. Công nghệ truyền điện không dây dựa trên các trạm ăng ten chỉnh lưu cũng được coi là một lợi ích cho những khu vực không thể lắp đặt lưới điện truyền thống do hạn chế về tài chính hoặc địa hình.

Giám đốc điều hành Emrod, Greg Kushnir dự đoán rằng mọi người có thể phản đối điện không dây giống như cách họ hoài nghi về công nghệ 5G. Nhưng ông tin rằng thách thức thực sự liên quan đến dự án này là đảm bảo với mọi người rằng điện không dây từ Emrod không gây ra bất kỳ bức xạ điện từ có hại nào đối với sức khỏe con người.

Một số sáng kiến ​​đột phá khác về truyền tải điện không dây

Thập kỷ mới của thế kỷ 21 nhu cầu về các giải pháp năng lượng sạch và vô hạn. Điện không dây được coi là một giải pháp thay thế tuyệt vời cho các nguồn điện truyền thống có tiềm năng cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng sạch. 

WAVE, một công ty công nghệ của Mỹ chuyên sản xuất các giải pháp năng lượng không dây cho xe điện công suất trung bình và công suất lớn. Hệ thống sạc do Wave cung cấp có thể được lắp đặt dưới lòng đất, bên dưới đường hoặc trong khu vực đỗ xe và có thể cung cấp nguồn điện không dây lên đến 1 Mega Watts. 

Các báo cáo gần đây cho thấy những chiếc xe  điện sắp ra mắt của Tesla có thể sử dụng công nghệ sạc không dây cảm ứng từ, dựa trên công nghệ của Wave để đáp ứng nhu cầu điện năng. 

WiTricity, một công ty có trụ sở tại Mỹ cũng đang nghiên cứu công nghệ sạc và đỗ xe nhằm mục đích sạc xe điện thông qua bộ cộng hưởng từ khi xe đang đỗ. 

Cùng với IoT và AI, truyền tải điện không dây cũng là một sự phát triển công nghệ tất yếu mà nhân loại sẽ trải qua ở một cấp độ hoàn toàn mới trong những năm tới. 

Theo Tạp chí Điện tử