無線供電

生活科學趣談

在《一根電線就能當收音機》這篇文章中提到可利用線圈來擷取無線電波的能量,而先前這篇《免費能源時代已經來臨?》亦述及可利用周遭無所不在的電磁波當作電池充電的能量來源。譬如DUKE大學開發的電磁能擷取器可將 射頻 轉成直流電流,轉換效率可達37%(現在市售矽晶太陽能電池的轉換效率僅約15%)→《Wireless device converts ‘lost’ microwave energy into electric power

microwave1

microwave2

Georgia理工學院也成功開發出可印在紙上的模組→《Electromagnetic Energy Harveste

microwave3

其實生活周遭中以無線方式來傳遞能量的應用非常多,例如手機的無線充電(110~205kHz)

悠遊卡(13.56MHz)、無線射頻辨識 RFID

RFID的應用:近場通訊NFC(13.56MHz)

RFID的應用:eTag(922.75~934.25MHz)

藍牙(2.402GHz~2.480GHz)

回來看今天的主題「無線供電」,電器透過無線的方式獲取電能的過程就叫無線供電,無線供電裝置就是一套能量轉化為電能的裝置。廣義而言,所有攜帶能量的形式都有可能用來當作無線供電,如電磁感應、電磁共振、風力發電、太陽能發電、潮汐發電、微波供電、激光供電遠紅外供電,甚至是最尖端的光學整流天線Optical rectennas等。這些發電方式有的設備體積龐大,無法直接與終端設備整合成一體,必須通過電線來連接。狹義上則把電磁感應和電磁共振叫作無線供電,簡單的歸類為是一組電與電之間的無線連接裝置,基本上它們都須經過二次轉換,也就是先將發射部分的電能轉換為磁能,然後再由接收端將磁能轉化為電能。電磁感應的距離很短,通常在數公分以內,遊樂設施笑傲飛鷹屬於這種形式。

電磁共振的應用則有工業上使用的 有軌非接觸式無線供電,這種無線供電所傳輸的功率最高甚至可達數十瓩,它是將一個發射線圈做成軌道,用電器沿著軌道運行,一個磁芯騎在軌道上,接收線圈通過磁芯的耦合從軌道上獲取電能。2007年,麻省理工的無線供電實驗也是屬於電磁共振,供電距離可達數公尺。

至於傳遞能量所使用的頻段,由於微波具有直線傳遞而不易繞射的特性,因此傳輸距離較遠,加上它具有很好的穿透性(但在金屬表面可反射而不被吸收),因此無線供電若採用微波形式將具有優勢。不過,由於微波同時也具有熱效應,因此可能會對環境產生衝擊,特別是對人和動物的影響。根據一位曾在軍用微波站服役過的朋友告訴我,當七星山下雪時,他們微波站的天線旁邊不僅不會積雪,人站在旁邊還能取暖呢(驚)~