การส่งกำลังด้วยเลเซอร์ - เทคโนโลยีการจัดหาพลังงานสู่อนาคต

นับตั้งแต่การประดิษฐ์ไฟฟ้าและผลักดันอย่างกว้างขวางไปสู่การผลิตการใช้งานในชีวิต วิธีการหาวิธีการส่งผ่านที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อลดการสูญเสียการส่งผ่านทางไกล ถือเป็นจุดสนใจประการหนึ่งของภาคส่วนพลังงานและ นักวิจัย เทคโนโลยีการส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษของจีนค่อนข้างเป็นผู้นำในโลก อย่างไรก็ตาม ยังมีอัตราการสูญเสีย 2%-7% (ขึ้นอยู่กับระยะทาง) ในกระบวนการส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นการสูญเสียที่ไม่ควรเกิดขึ้น ละเลย
แนวคิดเรื่องการส่งพลังงานแบบไร้สายได้รับการเสนอครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเซอร์เบีย นิโคลา เทสลา เมื่อ 100 ปีที่แล้ว และเลเซอร์มีความสามารถในการส่งพลังงานที่สูงมากในทิศทางเดียว ซึ่งในทางทฤษฎีสนองความต้องการในการส่งสัญญาณระยะไกล เช่นเดียวกับที่แสงแดดสามารถชาร์จแผงวงจรได้ เลเซอร์ซึ่งเป็นวิธีการส่งสัญญาณระยะไกลไม่เพียงแต่มีกำลังขับสูงเท่านั้น แต่ยังสามารถทำได้ทุกที่ทุกเวลาโดยไม่มีข้อจำกัดในการชาร์จสายเคเบิล ซึ่งมีข้อได้เปรียบที่ไม่มีใครเทียบได้
ในปี 1992 บริษัท ABB ของสหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำในการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีแหล่งจ่ายไฟเลเซอร์ การดำเนินการตรวจสอบวงจรสายไฟฟ้าแรงสูง และค่อยๆ เปลี่ยนหม้อแปลงกระแส CT Take Point แบบดั้งเดิม กระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาและองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติยังตระหนักด้วยว่าหากดาวเทียมและเครื่องบินไร้คนขับผ่านแหล่งจ่ายไฟเลเซอร์ คุณสามารถบรรลุระยะเวลาที่นานขึ้นในการดำเนินงานได้มากขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเลเซอร์ในกองทัพ และการบินและอวกาศมีความเป็นไปได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ดังนั้นฟังก์ชันดาวเทียมเลเซอร์จำนวนหนึ่งของการวิจัยทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องจึงดำเนินการในลักษณะนี้
ในปี 1997 N. Kawashima ของญี่ปุ่นและบริษัทอื่นๆ ได้ทำการทดลองส่งพลังงานด้วยเลเซอร์ไปยังหุ่นยนต์สำรวจก้นภูเขาไฟ (ROVER) ของภูเขาไฟดวงจันทร์ เนื่องจากไม่มีแสงแดดภายในภูเขาไฟ มีเพียงในปล่องภูเขาไฟเท่านั้นที่จะรับแสงแดดเป็นเลเซอร์ แล้วส่งไปยังด้านล่างของภูเขาไฟเพื่อจ่ายพลังงานให้กับโรเวอร์ กำลังขับเลเซอร์ของระบบส่งกำลัง 60W ระยะการส่ง 1,000 ม. ขับเคลื่อนการทำงานของหุ่นยนต์ 10W ได้สำเร็จ ประสิทธิภาพการแปลงตาแมวประมาณ 20%
ในปี 2005 ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลของ NASA ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกด้วยกำลัง 500 วัตต์ ความยาวคลื่นเลเซอร์ 940 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ห่างจากไมโครยานพาหนะ 15 เมตร เพื่อผลิตไฟฟ้า 6 วัตต์ เพื่อให้ยานพาหนะทำงานเป็นเวลา 15 นาที ในปี 2013 ห้องปฏิบัติการกองทัพเรือสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการใช้เลเซอร์ 2kW ห่างจากแหล่งจ่ายไฟระยะไกล UAV 40 เมตร
ระบบส่งพลังงานเลเซอร์ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยสามโมดูล ได้แก่ โมดูลตัวส่งเลเซอร์ โมดูลส่งผ่านเลเซอร์ และโมดูลแปลงเลเซอร์เป็นไฟฟ้า ในหมู่พวกเขา ประสิทธิภาพของเลเซอร์และเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นหลักของระบบพลังงานเลเซอร์ทั้งหมด วิธีสร้างพลังงานเลเซอร์ผ่านการแปลงไฟฟ้า - แสง - ไฟฟ้า เท่าที่เป็นไปได้เพื่อลดการลดทอนของชั้นบรรยากาศ การลดทอนการแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ เป็นดัชนีสำคัญของระบบนี้ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีการป้องกันแห่งชาติของจีน มหาวิทยาลัยการบินและอวกาศหนานจิง มหาวิทยาลัยหวู่ฮั่น สถาบันเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศซานตง และสถาบันวิจัยอื่นๆ ยังได้ดำเนินการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับแกลเลียมอาร์เซไนด์ ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ และเซลล์แสงอาทิตย์อื่นๆ เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นและระยะทางที่แตกต่างกัน แหล่งจ่ายไฟเลเซอร์
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ญี่ปุ่น รัสเซีย และประเทศอื่นๆ ต่างก็มุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการส่งพลังงานเลเซอร์
รัสเซียมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้การส่งพลังงานเลเซอร์ในอวกาศ ในปี 2021 บริษัทจรวดอวกาศ "พลังงาน" ของรัสเซียวางแผนที่จะใช้เลเซอร์สำหรับการทดลองการส่งพลังงานแบบไร้สาย สำหรับอนาคตของการส่งพลังงานในอวกาศเพื่อให้การทดสอบความเป็นไปได้ การทดลองอวกาศซึ่งมีชื่อรหัสว่า "เพลิแกน" หมายถึงการใช้เลเซอร์ในการส่งพลังงานระหว่างยานอวกาศ และการทดลองดังกล่าวได้รวมอยู่ในโปรแกรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์ระยะยาวของสถานีอวกาศนานาชาติในส่วนรัสเซีย ปัจจุบันประสิทธิภาพของโฟโตอิเล็กทริคคอนเวอร์เตอร์สูงถึง 60% ดังนั้นการใช้เลเซอร์เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าจากยานอวกาศหนึ่งไปยังอีกลำหนึ่งจะมีประสิทธิภาพมาก นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียมีทัศนคติเชิงบวกเกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีการส่งพลังงานเลเซอร์ไร้สายเพื่อชาร์จดาวเทียมในวงโคจรอวกาศ
ในทางกลับกัน ญี่ปุ่นให้ความสำคัญกับการประยุกต์ใช้ชีวิตเป็นหลัก สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวและสถาบันอื่นๆ มุ่งมั่นที่จะพัฒนาเทคโนโลยี "การชาร์จไร้สายแบบเบา" ให้มีอารยธรรม การใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อปล่อยเลเซอร์ วัตถุที่ถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ จากนั้นผ่านบอร์ดสร้างพลังงานจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อที่ไม่เพียงแต่สามารถประหยัดโทรศัพท์มือถือ ปัญหาการกำหนดค่าเครื่องใช้ในบ้านในสายชาร์จ แต่ยังช่วยแก้ปัญหายานพาหนะพลังงานใหม่ด้วย ต้องหยุดระหว่างทางเป็นประจำเพื่อค้นหาปัญหาการชาร์จกองชาร์จ
เทคโนโลยีการส่งกำลังด้วยเลเซอร์มีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีปัญหาที่ต้องแก้ไขเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ตอนนี้ใช้สำหรับการส่งพลังงานของสายไฟฟ้าแรงสูงพิเศษนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะติดต่อกับร่างกายมนุษย์ และเลเซอร์กำลังสูงพิเศษอาศัยการแพร่กระจายของอากาศ ง่ายต่อการได้รับผลกระทบจากการสะท้อนที่หลากหลาย เมื่อฉายรังสีไปที่ ร่างกายมนุษย์อาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงได้ อีกตัวอย่างหนึ่ง วิธีการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเลเซอร์ในสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกันเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการส่งผ่านที่เสถียรและเชื่อถือได้ ลดการลดทอน ในขณะที่ส่งอย่างแม่นยำไปยังความต้องการตัวรับอุปกรณ์ แต่ยังอยู่ระหว่างการติดตามและมุ่งเน้นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โดยสรุป เทคโนโลยีการส่งกำลังด้วยเลเซอร์แสดงถึงทิศทางในอนาคตของการพัฒนาแหล่งพลังงานและมีพื้นที่การใช้งานที่กว้างขวาง