Električno energijo prenaša tok, ki teče po vodnikih. Vodnik ali bolje rečeno prevodnik pa je lahko še kaj drugega kot le kabli. Prevodnik so tudi zemlja, jezera, oceani … Med drugim tudi višje plasti atmosfere, medtem ko spodnje plasti delujejo kot izolator. Zato se pojavi vprašanje, zakaj ne bi energije nekako skladiščili v zgornjih plasteh atmosfere. Ta namreč postane prevodna, ko napetost preseže mejno vrednost, plini v plasti pa ionizirajo. Prav to je hotel narediti Tesla, ki je hkrati tudi pionir tako imenovane resonančne indukcije. Po njegovem bi lahko vsi obrati za proizvodnjo električne energije to pošiljale v skladiščno plast (ionosfero), od koder bi jo nato porabniki »vzeli«. Predlagani prenosni sistem ima manj izgub, da ne govorimo o tem, da je do »skladišča« nekaj kilometrov, do najbližje elektrarne pa lahko tudi nekaj sto kilometrov. Prvo, kar so vprašali Teslini dobrotniki, vsi po vrsti iz industrije proizvodnje energije, je bilo, »kako pa bomo elektriko zaračunali«. Tesla odgovora ni imel, drugo pa je zgodovina. Tesla je umrl zamorjen in tudi brez Nobelove nagrade, ki bi jo po prepričanju mnogih moral dobiti.

Ta del Tesline zgodbe je na žal še danes aktualen. Marsikaj, kar bi nam, uporabnikom, bilo v korist, bi že imeli, če to ne bi bilo neposredno povezano z manj zaslužka za tiste, ki imajo v rokah škarje in platno.

»ČUDEŽNI« UNIVERZALNI POLNILNIK

Pred kratkim sem po naključju potegnil iz omare škatlo, v katero mečem stvari, ki jih ne potrebujem, in tam je ležalo vsaj deset polnilnikov. Vsi so bili še delujoči, a naprav, s katerimi sem jih dobil, nimam več ali pa ne delujejo več. Naprave, ki jih trenutno uporabljam, pa imajo spet svoje polnilnike. Znano je, da je Evropska unija postavila proizvajalce mobilnih telefonov pred dejstvo, da morajo leta 2010 uvesti univerzalni polnilnik in priključek zanj. A Evropa je le manjši del sveta. Kaj pa milijarde Kitajcev in Indijcev? Vsakomur je jasno, da je poleg telefona, prenosnika in podobnih naprav tudi polnilnik. Nekdo ga izdela, dobi plačilo, strošek oziroma zaslužek za vse vpletene pa se na koncu prenese na kupca. Ne vem, koliko je zaslužka pri enem polnilniku, vem pa, da je znesek za vse, ki jih letno prodajo po svetu, velik.

INDUKCIJA IN RESONANCA

Za brezžični prenos energije na krajše razdalje sta primerni indukcija in resonančna indukcija. Transformator je najosnovnejša naprava, ki temelji na indukciji. Vsebuje dve, med seboj s plastjo izolatorja ločeni bakreni navitji (tuljavi). Do prenosa energije pride zaradi elektromagnetne indukcije. Ko je na prvo navitje doveden tok, to povzroči nastanek magnetnega polja, ki povzroči, da tok steče tudi na drugem navitju, ki je prav tako v polju. Zaradi teh lastnosti je indukcija najprimernejša za oblikovanje »kontaktnih« brezžičnih napajalnikov, saj je razdalja brezžičnega prenosa majhna (zgolj nekajkratnik premera tuljave).

Za brezžični prenos energije do nekaj metrov daje boljše rezultate resonančna indukcija. Delujoč prototip so leta 2006 naredili v MIT-u, ko so na razdalji dveh metrov brezžično dovedli energijo na 60 W žarnico. Omejitev pri elektromagnetni indukciji je, da prva tuljava ustvarja magnetno polje, ki se širi v vse smeri, tudi v smeri, kjer ni druge tuljave, v kateri se inducira tok. To pa pomeni, da pri tem prihaja do izgub, kar je še posebej očitno, če bi radi nekoliko povečali razdaljo. To je možno zgolj s povečevanjem energije, a na večjih razdaljah je tudi ta metoda neučinkovita. Drugače pa je z resonančno indukcijo oziroma resonančnim transformatorjem, kjer imate tuljavi enako resonančno frekvenco. Za razumevanje tega učinka si lahko pomagamo z mehanično resonanco. Mehanični resonator je struna, uglašena na določen ton, nekoliko stran pa je postavljen generator zvoka. Če generator oddaja ton s frekvenco, ki je enaka resonančni frekvenci strune, ta začne nihati (vibrirati). Pri tem načelu magnetno polje potuje od prve tuljave skozi »predor« do druge. V primerjavi z večslojnimi tuljavami navadnih transformatorjev ima sprejemna resonančna tuljava en sloj z ozko razmaknjenimi kondenzatorskimi ploščami na vsakem koncu, ki omogoča, da je tuljava uglašena z oddajno.
Resonančna indukcija poveča razdaljo, na kateri je brezžični prenos energije možen – to pomeni, da izgube niso prevelike in je izkoristek med energijo, ki jo dovajajo v oddajni del in tisto, ki jo sprejme sprejemno del, v razumnih okvirih.

Indukcija in resonančna indukcija sta v osnovi zelo podobni. Električni tok na eni strani ustvari magnetno polje, ki na drugi strani povzroči nastanek toka. Bistvo je torej, kolikšne so izgube in kolikšna je razdalja, na kateri je brezžični prenos možen.

NEKAJ IZDELKOV S POLIC

Prednost induktivnega brezžičnega polnjenja v primerjavi s klasičnem polnjenjem (žična povezava med baterijo in polnilnikom) je v tem, da uporabnik ne more priti v neposredni stik z elektriko (ne pride do električnega udara). Zato je primerno pri napravah v vlažnih ali mokrih okoljih, kot je na primer električna zobna ščetka, ali pa pri umetnih napravah, vgrajenih v človeško telo.

Prvi indukcijski polnilniki so uporabljali nizke frekvence, zato je bil čas polnjenja daljši v primerjavi s klasičnim polnjenjem, hkrati pa je v procesu prihajalo tudi do pretiranega segrevanja. Novejši polnilniki s tankimi tuljavami in višjo frekvenco imajo skoraj enake zmogljivosti kot klasično ožičeni. Indukcijski polnilniki so vgrajeni v naprave, kjer je pomembno, da so vsi električni deli popolnoma ločeni od okolice (voda …), v kateri je naprava. Polnjenje je preprostejše, saj napravo odložite na temu namenjeno mesto polnilne plošče in ni potrebe po iskanju polnilnika, ki je lasten napravi. Če imate doma več takih naprav, veste, o čem govorim.

Dellov prenosnik
Prva naprava, ki vsebuje lasten brezžični polnilnik, je bil Palm Pre, druga, morda nekoliko bolj zanimiva, pa Dellov prenosnik družine Latitude Z. Vanj so vgradili tako imenovano tehnologijo prilagodljivega induktivnega polnjenja podjetja eCoupled (http://ecoupled.com). Je v obliki podstavka, ki je priključen v električno vtičnico, nanj pa postavite prenosnik. V prenosnik in v podstavek sta vgrajeni tuljavi premera med 35 in 45 milimetrov. Razdalja med obema tuljavama mora biti majhna, oba dela »polnilnika« pa se med seboj sporazumevata tako, da prenosnik podstavku »pove«, koliko energije potrebuje. Baterija naj bi se napolnila v času 3 do 4 ur, potem pa se proces polnjenja prekine.

Energetska plošča
www.powermat.com
Pri tem izdelku gre za dve različici polnilne plošče: ena je celovita in namenjena statični domači uporabi, druga pa zložljiva in namenjena prenosu. Cena obeh je okoli 100 dolarjev, v kompletu pa je univerzalni »sprejemnik« s priključkom USB in z osmimi vmesniki (adapterji) za priklop naprav, ki jih želite napolniti. Na voljo so tudi dodatki za preprostejše polnjenje, na primer ohišje za iPhone, zadnje plošča konzole Nintendo DS in baterijska plošča za telefon BlackBerry. Vendar je te treba posebej plačati, stanejo pa med 30 in 40 dolarjev.

Če nimate katerega od posebnih dodatkov, lahko uporabite univerzalnega. Pomembno je, da tega postavite na pravo (označeno) mesto plošče. Na plošči so tri oznake, zato lahko na njej hkrati polnite do tri naprave. Sprejemnik na mestu drži magnet, plošča pa z nežno belo svetlobo in značilnim zvokom sporoči, da ste ga postavili na pravo mesto.

Polnjenje poteka po načelu elektromagnetne indukcije. Pred začetkom polnjenja se polnilnik in sprejemnik sporazumeta prek vgrajenega čipa RFID. Tako plošča ve, katero napravo bo polnila, koliko moči je potrebno, ve pa tudi, kdaj je baterija naprave polna, da lahko prekine postopek polnjenja. V spletu smo našli komentarje posameznikov, ki so to napravo kupili. Trdijo, da je čas polnjenja enak času polnjenja prek klasičnega polnilca.

Duracellova mreža
www.duracell.com/us/mygrid/default.asp

Druga sorodna naprava, Duracellov myGrid, je na prvi pogled manj impresivna. Zanjo boste morali odšteti okoli 80 dolarjev, gre pa za izdelek podjetja WildCharge, ki so ga napovedovali že leta 2007. Na površini plošče so kovinski trakovi, v kompletu pa naj bi bilo pet sprejemnikov. Univerzalnost je pri tej napravi vprašljiva, saj na spletni strani piše, da je združljiva z nekaj modeli telefonov proizvajalcev Nokia, Apple, Motorola in BlackBerry. V spletu smo tudi našli zapise, da je čas polnjenja pri tej napravi daljši od polnjenja s klasičnim polnilnikom, naenkrat pa lahko polni največ štiri telefone.

Omenjeni sprejemnik (mini USB) vstavite v priključek telefona za polnjenje baterij, nato pa na zadnjo stran nalepite magnetno ploščico, ki hkrati drži sprejemnik, da ne pade s svojega mesta, in telefon na plošči med polnjenjem. Če polnjenje poteka tako, kot mora, sveti modra lučka, če pa na ploščo položite kovinske predmete, se proces polnjenja v trenutku prekine. Na voljo so oziroma bodo tudi drugačni sprejemniki, na primer dodatno ohišje za iPhone in telefone BlackBerry. Načelo delovanj pri tej plošči je drugačno od prve omenjene, saj se morajo sprejemniki dotikati kovinskih trakov na plošči.

TEŽAVNO ŽIVLJENJE S POLNILNIKI

Doma imam več kot zgolj eno mobilno napravo, katere baterije moram polniti. Več mobilnih telefonov, po možnosti različnih znamk, en prenosnik, kak predvajalnik glasbe, da ne pozabim navigacijske naprave. Vsaka od teh naprav ima lasten polnilnik, ki ga pogosto založim in ga nikakor ne morem najti, ko je baterija skoraj že na koncu. Pomagalo bi mi, če bi imel en sam univerzalni polnilnik za vse naprave, a kaj, ko imajo obstoječi polnilniki različne priključke pa tudi različne zahtevane moči. Kaos je skoraj popoln in hkrati popolnoma nepotreben. Če ne zaradi svobode, bi en polnilnik morali imeti zaradi ekologije. Proizvodnja enega polnilnika za vse naprave bi porabila manj naravnih virov, po koncu njegove življenjske dobe pa en zavrženi polnilnik zagotovo manj obremeni okolje kot več pomnilnikov! Nižja bi bila lahko tudi cena mobilnih naprav, saj v kompletu ne bi bilo polnilnika.

In prav v tem tiči glavni razlog, zakaj še ni »pravih« brezžičnih polnilnikov. Kot je razvidno iz osnov, mora biti en del polnilnika vgrajen v napravo, drugi pa v polnilnik sam. Ker tega proizvajalci še niso naredili, sta oba omenjena polnilnika, ki sta v prodaji v Ameriki, v bistvu kompromis, kako napravo, ki za to ni oblikovana, vseeno polniti brezžično oziroma pri drugem izdelku vsaj univerzalno. Do pravega razmaha te tehnike polnjenja pa lahko pride šele takrat, ko bodo vsi sprejeli enoten standard, nato pa vgrajevali potrebne dele za brezžično polnjenje neposredno v naprave! A saj veste, kako je s standardi – vsak bi rad bil tisti, ki ga postavi in si potem jemlje zasluge (in dobiček) zanj.

Moj mikro, november 2009 | Marjan Kodelja |