Draadloze elektriciteitstransmissie bereikt een nieuwe mijlpaal: De langste afstand tot nu toe

De transmissie van elektriciteit zonder kabels is een droom voor de mensheid geweest, vooral nadat Nikola Tesla zijn laatste dagen wijdde aan het werken aan dit doel. Sindsdien zijn bedrijven ook op zoek gegaan naar technologieën die deze mogelijkheid mogelijk maken.

Het Amerikaanse militaire Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) bereikte een mijlpaal die het als meest geavanceerd in dit onderzoek positioneert. Het agentschap slaagde erin om met behulp van lasertechnologie gedurende 30 seconden 800 watt door 8,6 kilometer te zenden, wat gelijk staat aan de hoeveelheid energie die nodig is om een magnetron of een kleine koelkast van stroom te voorzien. Met deze prestatie vestigde het Persistent Optical Wireless Energy Relay (POWER) programma van DARPA het record voor de maximale afstand van draadloze transmissie tot nu toe.

Het systeem gebruikte een nauwkeurig gerichte infrarode laserstraal die op een compacte ontvanger op de grond werd gericht. De ontvanger gebruikte een parabolische spiegel om het binnenkomende laserlicht te richten op een set fotovoltaïsche (PV) cellen, die de laserenergie in elektriciteit omzette. Dit ontwerp werd gekozen vanwege de eenvoud, de snelle produceerbaarheid (gebouwd in minder dan drie maanden) en het vermogen om de bundel uitgelijnd te houden over lange afstanden met minimale verstrooiing of atmosferische verstrooiing.

Het systeem vertrouwde op adaptieve optica en straalsturingsmechanismen om de laser over lange afstanden te stabiliseren en atmosferische turbulentie te compenseren, om een succesvolle energieopname te garanderen. De PV-cellen werden geoptimaliseerd voor de specifieke gebruikte lasergolflengte, waardoor omzettingsefficiëntie van ongeveer 20%wat relatief hoog is gezien de transmissieafstand en de veiligheidsbeperkingen van de laser. Ondanks het grote bereik behield de straal voldoende coherentie en vermogensdichtheid om meer dan 1 megajoule energie in slechts 30 seconden over te brengen.

Het agentschap heeft in dit opzicht enkele mijlpalen bereikt. Zo heeft het agentschap eind 2024 gedurende 20 seconden 230 watt over een afstand van 1,7 kilometer overgedragen en een afstand van 3,7 kilometer getest.

Andere bedrijven hebben echter ook andere mijlpalen bereikt. PowerLight Technologies heeft een infrarood transmissie van 400 watt over een afstand van 1 kilometer, maar meer dan 12 uur lang energie versturen. Emrod uit Nieuw-Zeeland zond ongeveer 2 kilowatt uit over een paar honderd meter, maar behaalde een efficiëntie van ongeveer 97% met behulp van microgolftechnologie.

Wat komt hierna?

Deze demonstratie maakte deel uit van Fase 1 van het POWER-project, dat uit drie fasen bestaat. Het agentschap werkt nu aan het perfectioneren van de bundelrichting, het verbeteren van de golffrontcorrectie en het verminderen van de verliezen tijdens de conversie.

Voor toekomstige fasen streeft het programma naar het opschalen van het systeem, zodat het tot 10 kilowatt optische elektriciteit kan leveren en afstanden tot 200 kilometer kan overbruggen. Het energie-equivalent om een klein tot middelgroot datacenter van stroom te voorzien, met ongeveer 500 servers, die tussen de 150 en 250 kilowatt kunnen verbruiken.