Laserkrachttransmissie - Energievoorzieningstechnologie voor de toekomst

Sinds de uitvinding van elektriciteit en de productie van levenstoepassingen op grote schaal is doorgedrongen, is het vinden van een zeer efficiënte transmissiemethode, waarbij het verlies aan transmissie over lange afstanden zoveel mogelijk wordt beperkt, een van de aandachtspunten van de energiesector en onderzoekers. China's ultrahoogspanningstransmissietechnologie is relatief toonaangevend in de wereld, maar er is nog steeds een verliespercentage van 2%-7% (afhankelijk van de afstand) in het transmissieproces, wat een verlies is dat niet mag worden gecompenseerd. buiten beschouwing gelaten.
Het idee van draadloze transmissie van energie werd 100 jaar geleden voor het eerst voorgesteld door de Servische wetenschapper Nikola Tesla, en lasers hebben het vermogen om zeer hoge energie in één richting te transporteren, wat theoretisch voldoet aan de behoeften van transmissie over lange afstanden. Net zoals zonlicht een printplaat kan opladen, heeft laser als middel voor transmissie over lange afstanden niet alleen een hoog uitgangsvermogen, maar kan het ook op elk moment en op elke plaats worden uitgevoerd zonder de beperkingen van oplaadkabels, wat ongeëvenaarde voordelen heeft.
In 1992 nam het Amerikaanse ABB-bedrijf het voortouw op het gebied van onderzoek naar laservoedingstechnologie, de realisatie van hoogspanningslijncircuitmonitoring en geleidelijke vervanging van de traditionele CT-stroomtransformator. Het Amerikaanse ministerie van Defensie en de National Aeronautics and Space Administration realiseerden zich ook dat als de satelliet en onbemande vliegtuigen via de laservoeding worden geleverd, je een langere periode kunt bereiken om meer taken uit te voeren, met andere woorden, de laser in het leger en ruimtevaart heeft ongekende mogelijkheden, dus een aantal lasersatellietfuncties van het relevante technische onderzoek worden op deze manier uitgevoerd.
In 1997 voerden Japan N. Kawashima en anderen het gebruik van laserenergietransmissie uit naar het energievoorzieningsexperiment van de maanvulkaanbodemsonderobot (ROVER). Omdat er geen zonlicht in de vulkaan is, wordt het zonlicht alleen in de krater in een laser ontvangen, die naar de bodem van de vulkaan wordt gestuurd om de energievoorziening van Rover te garanderen. Het laseruitgangsvermogen van het transmissiesysteem is 60 W, de transmissieafstand is 1000 m, de aandrijving van de robot is met succes 10 W, de foto-elektrische conversie-efficiëntie is ongeveer 20%.
In 2005 zorgde NASA Marshall Space Flight Center voor de eerste keer voor een doorbraak met een vermogen van 500 W, een golflengte van 940 nm, een laser op 15 meter afstand van het microvoertuig om 6 W elektriciteit te leveren, zodat het voertuig 15 minuten kon werken. In 2013 gebruikte het US Naval Laboratory met succes een laser van 2 kW tot op 40 meter afstand van de externe voeding van de UAV.
Een compleet laserenergieafgiftesysteem bestaat uit drie modules, namelijk de laserzendermodule, de lasertransmissiemodule en de laser-naar-elektriciteitsconversiemodule. Onder hen is de efficiëntie van laser- en fotovoltaïsche cellen de kern van het hele laserenergiesysteem, hoe laserenergie te maken door de omzetting van elektriciteit - licht - elektriciteit, voor zover mogelijk om de atmosferische verzwakking, fotovoltaïsche omzettingsverzwakking te minimaliseren, is de belangrijkste index van dit systeem. De Chinese Nationale Universiteit voor Defensietechnologie, de Nanjing Universiteit voor Luchtvaart en Ruimtevaart, de Universiteit van Wuhan, het Shandong Instituut voor Lucht- en Ruimtevaartelektronica en andere onderzoeksinstituten hebben ook relevant onderzoek uitgevoerd naar galliumarsenide, monokristallijn silicium en andere fotovoltaïsche cellen om verschillende golflengten en afstanden van zonnestraling te bereiken. de laservoeding.
De afgelopen jaren hebben Japan, Rusland en andere landen zich ook geconcentreerd op technologietoepassingen die verband houden met laserkrachttransmissie.
Rusland richt zich op de toepassing van laserkrachtoverdracht in de ruimte. In 2021 is het Russische 'energie'-raketruimtebedrijf van plan de laser te gebruiken voor experimenten met draadloze energietransmissie, voor de toekomst van energietransmissie in de ruimte om haalbaarheidstests te bieden. Het ruimte-experiment, met de codenaam "Pelican", verwijst naar het gebruik van lasers voor krachtoverbrenging tussen ruimtevaartuigen, en het experiment is opgenomen in het langetermijnexperimentprogramma van de Russische afdeling van het Internationale Ruimtestation. Momenteel heeft de efficiëntie van foto-elektrische omzetters 60% bereikt, dus het gebruik van lasers om elektriciteit van het ene ruimtevaartuig naar het andere over te brengen zal zeer effectief zijn. Russische wetenschappers zijn optimistisch over het gebruik van draadloze laserkrachttransmissietechnologie voor het opladen van satellieten in een baan om de aarde.
Japan daarentegen werpt zijn visie vooral op zijn levenstoepassingen. Het Tokyo Institute of Technology en andere instellingen zetten zich in voor de ontwikkeling van de civilisatie van de technologie voor 'licht draadloos opladen'. Het gebruik van elektrische energie om laser uit te zenden, laserbestraalde objecten en vervolgens via het stroomopwekkingsbord zal worden omgezet in elektrische energie, zodat niet alleen mobiele telefoons en huishoudelijke apparaten configuratie-laadlijnproblemen kunnen worden bespaard, maar ook om de nieuwe energievoertuigen op te lossen moet onderweg regelmatig stoppen om de oplaadproblemen van de laadstapel te vinden.
Laserkrachttransmissietechnologie heeft veel voordelen, maar er moeten ook enkele problemen worden opgelost. Nu bijvoorbeeld gebruikt voor krachtoverbrenging van ultrahoogspanningslijnen zijn niet gemakkelijk in contact te komen met het menselijk lichaam, en laser met ultrahoog vermogen die afhankelijk is van luchtvoortplanting, gemakkelijk te worden beïnvloed door een verscheidenheid aan reflecties, eenmaal bestraald naar de menselijk lichaam kan ernstig gevaar met zich meebrengen. Een ander voorbeeld, hoe ervoor te zorgen dat de laser in verschillende klimatologische omstandigheden een stabiele en betrouwbare transmissie-efficiëntie garandeert, de verzwakking vermindert, terwijl deze nauwkeurig wordt doorgegeven aan de behoefte aan apparatuurontvangers, maar ook in afwachting van doorbraken op het gebied van tracking en focustechnologie. Concluderend vertegenwoordigt laserkrachttransmissietechnologie de toekomstige richting van de ontwikkeling van de energievoorziening en heeft deze een brede toepassingsruimte.