Transmission de puissance laser - Technologie d'approvisionnement en énergie pour l'avenir

Depuis l'invention de l'électricité et largement poussée vers la production d'applications de la vie quotidienne, la manière de trouver une méthode de transmission hautement efficace, dans la mesure du possible pour réduire la perte de transmission longue distance, est l'un des centres d'attention du secteur de l'électricité et des chercheurs. La technologie chinoise de transmission à ultra haute tension est relativement leader dans le monde, cependant, il existe toujours un taux de perte de 2 %-7 % (en fonction de la distance) dans le processus de transmission, ce qui constitue une perte qui ne devrait pas être prise en compte. ignoré.
L'idée de la transmission d'énergie sans fil a été proposée pour la première fois par le scientifique serbe Nikola Tesla il y a 100 ans, et les lasers ont la capacité de transporter une énergie très élevée dans une seule direction, ce qui répond théoriquement aux besoins de transmission à longue distance. Tout comme la lumière du soleil peut charger un circuit imprimé, le laser, en tant que moyen de transmission longue distance, a non seulement une puissance de sortie élevée, mais peut également être effectué à tout moment et en tout lieu sans les contraintes des câbles de charge, ce qui présente des avantages sans précédent.
En 1992, la société américaine ABB a pris la tête de la recherche relative à la technologie d'alimentation laser, à la réalisation de la surveillance des circuits de ligne haute tension et a progressivement remplacé le transformateur de courant de point de prise CT traditionnel. Le ministère américain de la Défense et la National Aeronautics and Space Administration ont également réalisé que si le satellite et les avions sans pilote via l'alimentation laser, vous pouvez obtenir une période de temps plus longue pour effectuer plus de tâches, en d'autres termes, le laser dans l'armée et l'aérospatiale a des possibilités sans précédent, de sorte qu'un certain nombre de satellites laser fonctionnent comme des recherches techniques pertinentes menées de cette manière.
En 1997, le Japon N. Kawashima et d'autres ont utilisé la transmission d'énergie laser pour l'expérience d'approvisionnement en énergie du robot sonde de fond du volcan lunaire (ROVER). Parce qu'il n'y a pas de lumière solaire à l'intérieur du volcan, seulement dans le cratère pour recevoir la lumière solaire dans le laser, transmise au fond du volcan pour fournir de l'énergie au Rover. La puissance de sortie laser du système de transmission de 60 W, la distance de transmission de 1 000 m, entraînent avec succès le fonctionnement du robot 10 W, l'efficacité de conversion photoélectrique d'environ 20 %.
En 2005, le Marshall Space Flight Center de la NASA a fait une percée, pour la première fois avec une puissance de 500 W, une longueur d'onde de 940 nm, un laser à 15 m du micro-véhicule pour fournir 6 W d'électricité, de sorte que le véhicule fonctionne pendant 15 minutes. En 2013, le laboratoire naval américain a utilisé avec succès un laser de 2 kW à 40 m de l'alimentation à distance du drone.
Un système complet de fourniture d'énergie laser se compose de trois modules, à savoir le module émetteur laser, le module de transmission laser et le module de conversion laser-électricité. Parmi eux, l'efficacité du laser et de la cellule photovoltaïque est au cœur de l'ensemble du système d'énergie laser, comment produire de l'énergie laser par la conversion de l'électricité - lumière - électricité, dans la mesure du possible pour minimiser l'atténuation atmosphérique, l'atténuation de la conversion photovoltaïque, est l’indice clé de ce système. L'Université nationale chinoise de technologie de la défense, l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Nanjing, l'Université de Wuhan, l'Institut de technologie électronique aérospatiale du Shandong et d'autres instituts de recherche ont également mené des recherches pertinentes sur l'arséniure de gallium, le silicium monocristallin et d'autres cellules photovoltaïques pour obtenir différentes longueurs d'onde et distances de rayonnement. l'alimentation du laser.
Ces dernières années, le Japon, la Russie et d’autres pays se sont également concentrés sur les applications technologiques liées à la transmission de puissance laser.
La Russie se concentre sur l’application de la transmission de puissance laser dans l’espace. En 2021, la société russe « énergie » de fusée spatiale prévoit d'utiliser le laser pour des expériences de transmission d'énergie sans fil, pour l'avenir de la transmission d'énergie dans l'espace afin de fournir des tests de faisabilité. L'expérience spatiale, dont le nom de code "Pelican", fait référence à l'utilisation de lasers pour la transmission de puissance entre les vaisseaux spatiaux, et l'expérience a été incluse dans le programme d'expérimentation scientifique à long terme de la section russe de la Station spatiale internationale. À l'heure actuelle, l'efficacité des convertisseurs photoélectriques a atteint 60 %, l'utilisation de lasers pour transmettre l'électricité d'un vaisseau spatial à un autre sera donc très efficace. Les scientifiques russes sont optimistes quant à l’utilisation de la technologie de transmission d’énergie laser sans fil pour charger les satellites en orbite spatiale.
Le Japon, en revanche, concentre principalement sa vision sur ses applications dans le domaine de la vie. L'Institut de technologie de Tokyo et d'autres institutions se sont engagés à développer la civilisation de la technologie de « recharge légère sans fil ». L'utilisation de l'énergie électrique pour émettre un laser, des objets irradiés par le laser, puis via la carte de production d'énergie sera convertie en énergie électrique, de sorte que non seulement puisse économiser les téléphones portables, les problèmes de ligne de charge de configuration des appareils ménagers, mais également pour résoudre les nouveaux véhicules énergétiques. Il faut s'arrêter régulièrement en chemin pour trouver les problèmes de charge de la pile de chargement.
La technologie de transmission de puissance laser présente de nombreux avantages, mais présente également certains problèmes à résoudre. Par exemple, les lignes à ultra haute tension actuellement utilisées pour la transmission de puissance ne sont pas faciles à entrer en contact avec le corps humain, et les lasers à ultra haute puissance reposant sur la propagation dans l'air, faciles à affecter par une variété de réflexions, une fois irradiés vers le le corps humain peut présenter un grave danger. Un autre exemple, comment garantir que le laser dans différentes conditions climatiques pour assurer une efficacité de transmission stable et fiable, réduire l'atténuation, tout en étant transmis avec précision au besoin de récepteurs d'équipement, mais aussi en attendant les percées technologiques de suivi et de focalisation. En conclusion, la technologie de transmission de puissance laser représente l’orientation future du développement de l’approvisionnement énergétique et dispose d’un large espace d’application.