Ich habe heute über Nikola Tesla gelesen (über Haferflocken ) und über den Wardenclyffe Tower, der (unter anderem) dazu gedacht war, Elektrizität drahtlos zu übertragen. Verzeihen Sie die Naivität der Frage, aber wenn die Technologie, die elektrischen Strom drahtlos übertragen kann, vor über 100 Jahren erfunden wurde, warum nutzen wir heute nicht drahtlosen Strom in unserem Alltag? Mit anderen Worten, warum müssen wir unsere elektrischen Geräte (Telefone / Computer usw.) physisch anschließen, wenn es so etwas wie drahtlosen Strom gibt? Wenn es um Effizienz / Kosten geht, würde ich mir vorstellen, dass es einigen reichen Leuten immer noch nichts ausmacht, im Lichte der Verschwendung extra für den zusätzlichen Komfort zu zahlen.

Erklären Sie dies bitte in Laienbegriffen (obwohl eine einfache Antwort ausreichen würde).

Ich benutze jeden Tag drahtlosen Strom.

In meiner Zahnbürste:

Und in meinem Handy:

Die in meinen Geräten verwendete Methode heißt Induktives Laden . Ich spreche ein bisschen mehr darüber in meiner Antwort auf diese Frage . Dies ist derzeit die gebräuchlichste und praktischste Form der drahtlosen Energieübertragung. Wie in vielen Kommentaren erwähnt, wird dies jedoch als Nahfeldübertragung angesehen. Und mit einer effektiven Reichweite von nur wenigen Millimetern ist es sehr nah am Feld.

Die übertragene Energiemenge und die Effizienz der Übertragung können beträchtlich gesteigert werden (obwohl dies immer noch als Nahfeld betrachtet wird), indem jeder der Induktionsspulen ein Kondensator hinzugefügt wird und die resultierenden RLC-Netzwerke so abgestimmt werden, dass sie einen hohen Q-Faktor haben gleiche (Resonanz-) Frequenz. Ein Team vom MIT forschte an der Verwendung von induktiver Resonanz als drahtloses Energieübertragungssystem.

Die Forscher haben seitdem eine Firma namens WiTricity gegründet , um die Technologie weiterzuentwickeln. Obwohl sie noch kein Produkt auf den kommerziellen Markt gebracht haben, haben sie einige beeindruckende Vorführungen gemacht :

Der Begriff WiTricity wurde für ein Projekt verwendet, das am MIT unter der Leitung von Marin Soljačić im Jahr 2007 stattfand. Die MIT - Forscher demonstrierten erfolgreich die Fähigkeit, eine 60 - Watt - Glühbirne drahtlos mit zwei 5 - Windungen - Kupferspulen von 60 cm Länge zu versorgen ) Durchmesser, der 2 m (7 ft) entfernt war, bei einem Wirkungsgrad von etwa 45%. Die Spulen waren so konstruiert, dass sie bei 9,9 MHz (≈ Wellenlänge 30 m) zusammenschwingen und entlang derselben Achse ausgerichtet waren. Einer war induktiv an eine Stromquelle und der andere an eine Glühbirne angeschlossen. Das Setup schaltete die Glühbirne ein, auch wenn die direkte Sichtlinie mit einer Holztafel blockiert war. Die Forscher waren in der Lage, eine 60-Watt-Glühbirne mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 90% in einer Entfernung von 3 Fuß mit Strom zu versorgen. Das Forschungsprojekt wurde in eine private Firma, auch WiTricity genannt, ausgegliedert.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Abstand zwischen Sender und Empfänger einen entscheidenden Faktor für die zuverlässige Energieübertragung darstellt. Wie in diesem Artikel zu sehen ist , der auf dem MIT-Projekt basiert, ist der Spannungsabfall in Bezug auf den Abstand zwischen den Spulen exponentiell:

Es gibt jedoch viele andere Methoden wie Mikrowellen und Laser, die viel größere Entfernungen bewältigen können. Diese Methoden sind jedoch sehr direktional und können daher auf einer viel kleineren Fläche angewendet werden als der von Tesla vorgeschlagene Wardenclyffe-Turm, der omnidirektional wäre. Bei der Implementierung einer dieser Methoden sind noch viele andere Faktoren zu berücksichtigen:

Mikrowelle:

Die Energieübertragung über Funkwellen kann gerichteter gestaltet werden, wodurch eine Energieübertragung über größere Entfernungen mit kürzeren Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung, typischerweise im Mikrowellenbereich, ermöglicht wird. Eine Rectenna kann verwendet werden, um die Mikrowellenenergie wieder in Elektrizität umzuwandeln. Wirkungsgrade der Antennenkonvertierung von mehr als 95% wurden erreicht. Für die Übertragung von Energie von umlaufenden Sonnenenergiesatelliten auf die Erde wurde ein Leistungsstrahlen unter Verwendung von Mikrowellen vorgeschlagen, und das Strahlen von Leistung auf Raumfahrzeuge, die die Umlaufbahn verlassen, wurde in Betracht gezogen.
...
Für erdgebundene Anwendungen ermöglicht ein Empfangsarray mit einem großen Bereich von 10 km Durchmesser, dass große Gesamtleistungspegel verwendet werden können, während mit der geringen Leistungsdichte gearbeitet wird, die für die Sicherheit der elektromagnetischen Exposition von Menschen empfohlen wird. Eine menschliche sichere Leistungsdichte von 1 mW / cm2, die über einen Bereich von 10 km Durchmesser verteilt ist, entspricht einer Gesamtleistung von 750 Megawatt. Dies ist die Leistungsstufe, die in vielen modernen Elektrizitätswerken zu finden ist.
... Die
drahtlose Hochleistungsübertragung mit Mikrowellen hat sich bewährt. 1975 wurden in Goldstone in Kalifornien Experimente mit einer Leistung von mehreren zehn Kilowatt durchgeführt, und in jüngerer Zeit (1997) in Grand Bassin auf Reunion Island. Diese Verfahren erreichen Entfernungen in der Größenordnung von einem Kilometer.

Laser

Vorteile der laserbasierten Energieübertragung im Vergleich zu anderen drahtlosen Methoden sind:

1. Die kollimierte monochromatische Wellenfrontausbreitung ermöglicht eine enge Strahlquerschnittsfläche für die Energieübertragung über große Entfernungen.
2. Festkörperlaser-Photovoltaik-Halbleiterdioden von kompakter Größe passen in kleine Produkte.
3. Keine Hochfrequenzstörung der vorhandenen Funkkommunikation wie WLAN und Mobiltelefone.
4. Zugangskontrolle; Nur die vom Laser beleuchteten Empfänger werden mit Strom versorgt.

Ihre Nachteile sind:

1. Laserstrahlung ist gefährlich, selbst bei geringer Leistung kann sie Menschen und Tiere blenden, und bei hoher Leistung kann sie durch örtlich begrenzte Punkterwärmung tödlich sein
2. Die Umwandlung in Licht, beispielsweise mit einem Laser, ist ineffizient
3. Die Rückwandlung in Elektrizität ist ineffizient, da Photovoltaikzellen einen Wirkungsgrad von 40% bis 50% erreichen. (Beachten Sie, dass die Umwandlungseffizienz bei monochromatischem Licht höher ist als bei Sonneneinstrahlung von Sonnenkollektoren.)
4. Atmosphärische Absorption und Absorption und Streuung durch Wolken, Nebel, Regen usw. verursachen Verluste, die bis zu 100% betragen können
5. Wie bei der Mikrowellenstrahlung erfordert diese Methode eine direkte Sichtverbindung zum Ziel.

Und natürlich gibt es die von Tesla angewandte Methode der "gestörten Aufladung von Boden und Luft". Was das Tesla-System angeht, wurde es eingestellt, weil die Finanzierung knapp wurde und die Börse abstürzte . Warum es seitdem nicht mehr ausprobiert wurde, liegt hauptsächlich daran, dass ein solches System nicht genau gemessen werden konnte. Daher konnten die Energieversorger keine Gebühren pro Nutzung erheben und viel Geld verdienen. Ohne die Möglichkeit, die Technologie zu monetarisieren, werden niemals Investitionen in Forschung und Entwicklung getätigt. Das ist jedenfalls die (Verschwörungs-) Theorie. Obwohl es viele andere Gründe gibt, warum diese Methode entweder nicht durchführbar ist oder einfach nicht funktioniert.

Ich konnte keinen Artikel mit eindeutigen Zahlen zur Effizienz finden. Aber ich vermute, dass Effizienz der Hauptgrund dafür ist, dass Sie diese Technologie nicht in einem weiter verbreiteten Einsatz sehen. Es existiert jedoch, Leute wie ich (sprich: nicht reich) haben Zugang dazu und es funktioniert ganz gut.

Bearbeiten:

Ich fand eine Fallstudie des Wireless Power Consortium, Hersteller von Qi-Ladegeräten für mein Telefon, in der es heißt (Schwerpunkt meins):

In diesem Abschnitt vergleichen wir den Gesamtstromverbrauch in einem Zeitraum von 5 Jahren

Fallstudie:

Durchschnittliche Systemeffizienz des drahtlosen Ladegeräts N sys-wireless = 0,50 (50%)

Durchschnittliche Systemeffizienz des kabelgebundenen Netzteils N sys-wired = 0,72 (72%) Angenommen, die durchschnittliche Ladeleistung beträgt 2 W.

Der kabelgebundene Teil ihres Systems hat also einen Wirkungsgrad von 72% und der kabellose Teil einen Wirkungsgrad von 50%. Das ist ein induktives Verfahren, bei dem die Spulen einige Millimeter voneinander entfernt sind. Vergleichen Sie das mit der WiTricity von Joel, die einen Wirkungsgrad von 40% über 2 Meter angibt.

Berücksichtigen Sie die zusätzlichen Kosten, die mit der zusätzlichen Schaltung und den zusätzlichen Komponenten für ein Funksystem im Vergleich zu den Kosten für eine Kupferdrahtlänge verbunden sind, und Sie können sehen, warum die drahtlose Energieübertragung über große Entfernungen für den Massenmarkt immer noch als unpraktisch angesehen wird.

Wenn Sie die Leistung sphärisch abstrahlen (in alle Richtungen gleich), ist die am anderen Ende empfangene Leistung proportional zum Prozentsatz der vom Empfänger abgedeckten Kugel. Je weiter Sie davon entfernt sind, desto weniger Energie nehmen Sie für eine Antenne der gleichen Größe auf, proportional zu 1 / r ^ 2. Der Rest der Energie wird in den freien Raum verschwendet. Dies ist natürlich ein stark vereinfachtes Modell. Wenn Sie wissen, wo sich der Empfänger befindet, können Sie den Sender richten, Resonanz usw. verwenden, aber Sie haben die Idee. Drahtlose Energie gelangt nicht auf magische Weise mit 100% Effizienz zu Ihrem Empfänger. Darüber hinaus verfügen Sie über Stromumwandlungsschaltungen, die ebenfalls nicht zu 100% effizient sind.

Wenn der Abstand zwischen Senden und Empfangen Millimeter beträgt und die Leistung niedrig ist, wie bei einer Zahnbürste oder einem Telefondock, ist die Effizienz erträglich und der Stromausfall kostet nicht viel. Eine Zahnbürste kostet nur ein paar Cent pro Jahr, weshalb es sich lohnt, die zusätzlichen Energiekosten gegen die Wasserdichtigkeit des Produkts für ein Badezimmer einzutauschen. Ein Pad unter Ihrem Elektroauto, das Tausende von Watt über einen Meter Bodenfreiheit überträgt, würde im Vergleich zum Anschließen zig Dollar pro Monat an Energiekosten verschwenden. Der Versuch, einen Wäschetrockner direkt von einem Turm einer Elektrofirma auf einem kilometerweit entfernten Hügel aus zu betreiben würde einfach nicht funktionieren.

Möglicherweise wird Drahtlos- oder Umgebungsstrom für winzige eingebettete Geräte, wie z. B. einen stromsparenden Mikrocontroller, der etwas überwacht, immer beliebter. Wenn der Stromverbrauch eines Mikrocontrollers niedrig genug ist, kann er kontinuierlich von einem winzigen Solarmodul, einer Drahtspule wie einem RFID-Ausweis, einem piezoelektrischen Gerät usw. ablaufen. Energie könnte aus WiFi-Signalen, Wärme, mechanischen Bewegungen oder anderen Möglichkeiten gewonnen werden, die heute nicht genutzt werden, da die Leistungspegel zu niedrig sind, um nützlich zu sein. Das Übertragen gesammelter Daten über beispielsweise Bluetooth LE erfordert viel mehr Energie als das einfache Betreiben des Mikrocontrollers. Daher müssen die Übertragungsbursts kurz und selten sein und einige Energiespeicher (Kondensatoren) müssen sich langsam dazwischen füllen. Dies ist der Bereich der Mikrowatt- oder Nanowatt-Technologie. Vergessen Sie also, Ihr Mobiltelefon während des Gehens ständig aufladen zu lassen.

Der Grund, warum wir keine Macht verteilen, wie Tesla es versucht hat, ist, dass es nicht funktioniert. Es ist im Grunde eine blöde Idee, weil:

1. Die Leistung, die in einem festen Volumen verfügbar ist, nimmt mit dem Kubus der Entfernung vom Sender ab. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie könnten 100 kW aus einem Kubikmeter entnehmen, der 10 Meter vom Sender entfernt ist. Bei 100 Metern wären das 100 W. Bei 200 Metern 12,5 Watt ist das kaum genug, um ein Licht anzutreiben.

2. Es gibt keine Möglichkeit, die individuelle Nutzung zu messen. Wie berechnen Sie Personen? Sie können nicht erwarten, dass ich bezahle, nur weil Sie einen Turm errichtet haben. Ich kann behaupten, ich habe nie etwas von der Macht gebraucht, und Sie können nichts anderes beweisen.

3. Wir wissen nicht genau, welche gesundheitlichen Auswirkungen eine langfristige Exposition gegenüber stark elektrischen Feldern hat. Denk darüber nach. Wenn eine Glühbirne die Energie von diesem Feld abfangen soll, um sich selbst zu beleuchten, wie genau soll Ihr Körper dann keine Energie abfangen?

4. Wie verhindert man, dass gewöhnliche Objekte mit den richtigen elektrischen Eigenschaften den Strom abfangen und sich aufheizen? Sie müssen sehr vorsichtig sein, wenn Sie Material verwenden, das kein guter Isolator ist. Sie müssten Größe, Ausrichtung und Impedanz sorgfältig berücksichtigen, um zu vermeiden, dass er die Energie aus dem E-Feld um sich herum aufnimmt. Denken Sie an alle Metallgegenstände, die Sie für selbstverständlich halten. Sogar eine Aluminiumdose Soda könnte ein Problem sein.

5. Es ist schrecklich ineffizient, auch wenn es funktioniert hat. Es wird viele gewöhnliche Objekte wie in # 4 oben geben. Ganz zu schweigen davon, was mit diesen Objekten passiert, wenn sie diese Energie abfangen, aber denken Sie an die enorme Energieverschwendung seitens des Produzenten. Jeder nasse Ast, der Boden und alle möglichen Dinge werden Energie von diesem E-Feld aufnehmen.

Wie ich schon sagte, es ist eine blöde Idee, und es war eine blöde Idee, als Tesla es auch versuchte, wie einige seiner eigenen Gleichungen es ihm hätten sagen sollen.

Rat:

Mal sehen, ob ich das richtig verstehe. Wenn von Ihrem System Strahlung oder elektromagnetische Wellen ausgehen, wird die Energie verschwendet?

Tesla:

Absolut verschwendet. Von meiner Schaltung können Sie entweder elektromagnetische Wellen, 90 Prozent der elektromagnetischen Wellen, wenn Sie möchten, und 10 Prozent der aktuellen Energie, die durch die Erde fließt, erhalten. Oder Sie können den Prozess umkehren und 10 Prozent der Energie in elektromagnetischen Wellen und 90 Prozent der Energie des Stroms erhalten, der durch die Erde fließt.

Es ist einfach so: Ich habe ein Messer erfunden. Das Messer kann mit der scharfen Kante schneiden. Ich sage dem Mann, der meine Erfindung anwendet, Sie müssen mit der scharfen Kante schneiden. Ich weiß genau, dass Sie Butter mit der stumpfen Kante schneiden können, aber mein Messer ist nicht dafür vorgesehen. Sie dürfen nicht zulassen, dass die Antenne bei elektromagnetischen Wellen 90 Prozent und bei Stromwellen 10 Prozent abgibt, da die elektromagnetischen Wellen verloren gehen, wenn Sie sich ein paar Bögen um den Planeten befinden, während der Strom sich bis zur äußersten Entfernung des Globus ausbreitet und kann wiederhergestellt werden.

Diese Ansicht wird übrigens jetzt bestätigt. Beachten Sie zum Beispiel die mathematische Abhandlung von Sommerfeld [*], die zeigt, dass meine Theorie richtig ist, dass ich bei der Erklärung der Phänomene Recht hatte und dass der Beruf völlig in die Irre geführt wurde. Dies ist der Grund, warum diese Anhänger von mir in hochfrequenten Strömen einen Fehler gemacht haben. Sie wollten Hochfrequenzgeneratoren mit 200.000 Zyklen herstellen, mit der Idee, dass sie elektromagnetische Wellen erzeugen würden, 90 Prozent in elektromagnetischen Wellen und der Rest in aktueller Energie. Ich habe nur geringe Wechselströme verwendet und 90 Prozent der aktuellen Energie und nur 10 Prozent der elektromagnetischen Wellen erzeugt, die verschwendet werden. Deshalb habe ich meine Ergebnisse erhalten. . . .

Sie sehen, das Gerät, das ich mir ausgedacht habe, war ein Gerät, das es einem ermöglicht, enorme Potential- und Stromunterschiede in einem Antennenkreis zu erzeugen. Diese Anforderungen müssen erfüllt sein, unabhängig davon, ob Sie durch Leitungsströme oder durch elektromagnetische Wellen senden. Sie wollen hohe potentielle Ströme, Sie wollen eine große Menge an Schwingungsenergie; aber Sie können diese Schwingungsenergie graduieren. Durch die richtige Auslegung und Auswahl der Wellenlängen können Sie diese so einstellen, dass Sie beispielsweise 5 Prozent dieser elektromagnetischen Wellen und 95 Prozent des Stroms erhalten, der durch die Erde fließt. Das ist was ich tue Oder man kann, wie diese Funkmänner, 95 Prozent an der Energie elektromagnetischer Wellen und nur 5 Prozent an der Energie der Strömung erhalten. . . . Die Vorrichtung ist für das eine oder andere Verfahren geeignet. Ich produziere keine Strahlung mit meinem System; Ich unterdrücke elektromagnetische Wellen. . . . In meinem System sollten Sie sich von der Vorstellung befreien, dass es Strahlung gibt, dass die Energie abgestrahlt wird. Es wird nicht ausgestrahlt; es ist konserviert. . . .

Tesla war nicht dumm!

:)

Ich habe irgendwo gelesen, dass er es gestoppt hat, weil er befürchtet, das System könnte physische Auswirkungen auf uns haben. Am Ende denke ich, wenn er sagt, dass es funktionieren würde, dann wird es funktionieren ... muss er mit dem Typen gehen, der den Strom erfunden hat, wie wir ihn bis heute benutzen ... und das Radio ... und Röntgen. Schade, dass er noch nicht da ist, die Fortschritte, die er heute machen würde!