Збирання енергії РФ

Чому енергію, вкладену в радіаційне випромінювання, можна не отримати повністю? Які основні фактори впливають на це? Чи є нині значні дослідження, які б повністю описали цей процес? Я стою на висновку: "Енергія переходить від однієї форми до іншої.", Але в цьому випадку, чому не можна збирати її в такій кількості, щоб використовувати її для живлення приладів малої потужності або зберігати її у значних кількостях в деяких батареях для подальшого використовувати? Чому це сьогодні не вигідно і чому воно не використовується сьогодні, як енергія з води, вітру та інших джерел енергії?

Розглянемо антену, яка перетворює всю електричну енергію з генератора енергії в електромагнітну радіопередачу. Скажімо, 1 ват подається на антену, а 1 Вт - потужність радіохвилі.

Ця потужність викидається в більшості напрямків; так само, як лампочка випромінює енергію світла (практично) у всіх напрямках. Лампочка не просто подібний приклад, це точно такий же приклад - випромінюване світло - це електромагнітна хвиля.

А тепер уявіть, що ви знаходитесь за метр від цієї лампочки зі 100% ефективною сонячною панеллю. Тоді уявіть, що ви будуєте кілька сонячних панелей, які точно і повністю оповите лампочку. Ви підключаєте сонячні батареї послідовно і бачите, скільки енергії ви можете витягти. Що ж, для цього продуманого експерименту ви можете фактично отримати 100% цієї потужності.

Тоді ви стоїте 10 м і робите те саме. Очевидно, що вам потрібно набагато більше сонячних панелей, але, якщо випромінювати світло повністю вражає панелі і немає витоку світла за ці панелі, ви отримаєте 100% енергію.

Так це можна зробити, але за великі витрати і незручності. Але не так вже й багато проблем із гострим олівцем лазерним променем та 100% ефективною сонячною панеллю. Якщо ви можете сфокусувати світло достатньо, ви зможете зібрати ВСЕ енергію, пам’ятайте, що це лише продумана вправа, і сонячні панелі та лампи / лазери далеко не на 100% ефективні.

Повернувшись до переданої радіохвилі, ви могли побудувати параболічну тарілку і передавати на досить високій частоті, щоб можна було зосередити більшу частину потужності на приймальній антені (інший посуд). Це робиться по всій країні військовими та телекомунікаційними людьми для отримання даних прямого зору та голосових коміксів, які "значною мірою" є приватними, тому що важко "вкрасти" слухати, що передається, якщо ви не знаходитесь поруч. антени і збираючи невелику бічну частку енергії.

Для решти всіх радіопередавачів вони, як правило, є диполями і поширюють свою енергію, випромінювану в усіх напрямках, принаймні в одній площині. Це дозволяє підбирати музичні станції досить легко, і це, звичайно, мета.

Чи можете ви легко заробити цю енергію? Не дуже добре, оскільки влада значною мірою відлітає у космос, і лише слухачі отримують лише частину.

Кожна антена кожного слухача фактично є мережею (тобто вона має справжню "площу", незважаючи на довгу тонку форму), яка фіксує потужність, що надсилається від цього передавача, і кількість, яку він захоплює, зазвичай становить фемто ват. Зазвичай радіочастотний приймач (ризикуючи бути занадто загальним) може працювати з приблизно 10 мікро вольт, отриманими від антени, і, усереднюючи широкий зразок типів антен, ця напруга матиме джерельний опір близько 50 Ом.

Отже, вивільнена потужність становить 5 UV в квадраті / 50 = 5 фемто Вт.

Очевидно, що чим ближче ви знаходитесь до передавача, тим більша потужність, яка може бути звільнена, але якщо все, що вас цікавить, отримує корисну потужність, тоді використовуйте дроти.

Якби ви зробили математику на загальну суму енергії, яку можна зібрати в будь-якій точці землі, ви не знайдете багато місць, де можна збирати більше ніж пару міліграм ват.

Збирання сонячної енергії та радіочастотної енергії - це в основному обидві форми одного і того ж - збирання електромагнітних хвиль.

Навіть коли ми стоїмо за маршрутизатором? Я читав, що деякі маршрутизатори дають до 80 мВт

Маршрутизатори, як правило, використовують чверть хвильові антени, а для збору енергії ви також можете використовувати антену чверть хвилі. Реалістична відстань, яку ви можете наблизити близько до лямбда (1 довжина хвилі), перш ніж ви почнете викликати дивні ефекти навантаження на антену. Це відстань приблизно 0,1 метра, тому, використовуючи рівняння передачі Фріса, перетворене в дБ: -

$log_{10}$$log_{10}$

Де f - у МГц, а d - у кілометрах. Це рівняння говорить про те, скільки дБ втрат потужності можна очікувати на заданій відстані із заданою частотою несучої.

Для 2,45 ГГц і 0,1 метра (0,0001 км) втрати становлять 32,45 + 67,6 - 80 = 20 дБ.

Але антени tx і rx мають між собою посилення приблизно 4 дБ (оскільки вони є напівнаправленими), і тому втрати становлять лише близько 16 дБ.

80 мВт в (теоретично) стає 12,7 мВт.

Якщо ми трохи узагальнимо ваше запитання, яке стосуватиметься не лише збирання РЧ енергії, а загального збирання електромагнітної енергії, ми робимо це постійно.

Сонце - це по суті електромагнітний передавач з потужністю приблизно 4 × 10 ²⁶ Вт. Дуже велика сонячна ферма має (пікову) потужність 6 × 10 ⁸ Вт.

Якщо говорити про це, якщо у вас було 8 кілограмів золота, і ви видалили один атом , це приблизно така ж частка, як і потужність, отримана від сонця.

Це $ 287 000 золота, і ви зможете зібрати половину однієї трильйонної частини цента .

Якби ви взяли всіх людей у ​​світі, ви б зібрали приблизно обрізку нігтів на людину.

Причина, звичайно, полягає в тому, що більшість сонячної енергії навіть не потрапляє на Землю.

Проблема майже однакова з збиранням РЧ енергії. З усієї радіочастотної енергії, що передається всіма передавачами світу, лише незначна частка її потрапить на вашу антену.

Пов’язано: я чув, що фермери з довгими дротяними огорожами, що проходять паралельно ліній електропередач, можуть "вкрасти" сполучені 50/60 Гц змінного струму. Не впевнений, це правда чи скільки енергії буде доступно, але я здогадуюсь про невелику суму, але достатню, щоб енергетичні компанії помітили втрату і пішли її шукати. Після того, як ви витратили гроші на придбання всього цього дроту за вашою схемою, ви могли б краще придбати сонячну панель, вітряний або водяний млин. Ніхто не буде звинувачувати вас у крадіжці у них у такому випадку.

Може, ви могли б спробувати зайняти енергію гравітації від падіння дощу тощо?

Є дослідницькі групи, які роблять це: Папір IEEE Є ще декілька, але мені набридло гуляти. Я пам'ятаю одну статтю \ групу, яка фіксувала бездротову енергію для живлення мікроконтролера. Деякі з MSP430 від TI можуть працювати з дуже низькими потужностями (uAmps) TI MSP430 App Note і використовувати для запуску дуже маленьку сонячну батарею або антену.

Проблема пов'язана з фізикою та ефективністю перетворення енергії. Підсумок роботи над частотою знаходиться у наступному сюжеті від [hemour2014towards] нижче:

Коротка відповідь полягає в тому, що вам потрібно керувати пристроєм, щоб забирати енергію, і у вас є втрати в цілому через реальність виготовлення, наприклад, невідповідність пристрою. Ви можете знайти все, що вам потрібно для аварійного курсу щодо питань збору енергії РЧ, прочитавши:

@article{hemour2014towards,
title={Towards low-power high-efficiency RF and microwave energy harvesting},
author={Hemour, Simon and Zhao, Yangping and Lorenz, Carlos Henrique Petzl and Houssameddine, Dimitri and Gui, Yongsheng and Hu, Can-Ming and Wu, Ke},
journal={Microwave theory and techniques, IEEE transactions on},
volume={62},
number={4},
pages={965--976},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

@article{hemour2014radio,
title={Radio-frequency rectifier for electromagnetic energy harvesting:    Development path and future outlook},
author={Hemour, Simon and Wu, Ke},
journal={Proceedings of the IEEE},
volume={102},
number={11},
pages={1667--1691},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

Я міг би зробити всі виводи для вас, але просто прочитайте ці два документи, коли вони є в наявності.

Мені кілька разів задавали подібні запитання. Це виглядає як абсолютно жодна ціннісна ідея.

Усі вищезазначені коментарі вірні. Я хочу додати, що більшість радіаційних випромінювань, які виробляє наша технологія, або поглинаються землею, стінами, людськими тілами тощо або залишають у Космосі. У першому випадку це спричиняє граничне нагрівання деяких предметів. У другому випадку вона втрачається назавжди.

Єдиним винятком є ​​радіочастотні системи, розроблені спеціально для передачі електроенергії або пам'ятаючи про цю функціональність. Однак їх не можна використовувати для мовлення чи зв’язку.

Можна побачити явне протиріччя: радіомовлення передбачає, що радіочастотна енергія вільно тече по всіх напрямках. "Збирання радіочастотної енергії" передбачає, що деяка система збирає всю цю енергію, тому остання втрачається для мовлення (або комунікацій, підключення WiFi тощо).