Jak działa bezprzewodowe ładowanie?

Gdyby Nikola Tesla wciąż żył, zapewne polubiłby na Facebooku profile Samsunga, Apple czy WiTricity. Marzenie wielkiego konstruktora i wizjonera spełnia się na naszych oczach – przewody przestają być potrzebne do przesyłania energii. Jak to działa?

Gdyby wierzyć zapewnieniom marketingowców, od dawna żyjemy w bezprzewodowym świecie. Wszystko komunikuje się ze wszystkim falami radiowymi, a jedynym kablem, który jest jeszcze potrzebny, to ten od zasilania.

Niestety, marketingowe zaklęcia nijak mają się do plątaniny kabli w naszych szufladach czy pod biurkami – w wielu przypadkach przewód wciąż pozostaje najwygodniejszym sposobem transferu danych i energii. Na szczęście zmiana powoli, ale jednak następuje – coraz wydajniejsze standardy komunikacyjne ograniczają konieczność stosowania przewodów, a coraz większą popularnością cieszy się "bezprzewodowe" ładowanie różnych urządzeń.

Skąd cudzysłów? Powód jest prosty – zyskujące na popularności tzw. bezprzewodowe ładowarki wciąż wymagają kabla. Różnica polega na tym, że zamiast do ładowanego urządzenia, przewód dostarcza prąd do ładowarki, a ta przekazuje energię bezprzewodowo. Jak działa takie rozwiązanie?

Teoretyczne podstawy działania współczesnych ładowarek mają już prawie 200 lat. W 1831 roku angielski uczony, Michael Faraday, odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej – przepływający przez jedną cewkę prąd indukuje napięcie w drugiej, dzięki czemu można ładować różne urządzenia mimo braku fizycznego połączenia ze źródłem prądu.

Od lat wykorzystujemy to w różnych specjalistyczny zastosowaniach, m.in. do zasilania rozruszników serca. Z naszego – konsumenckiego – punktu widzenia ważnym wydarzeniem było powstanie w 2008 roku Wireless Power Consortium, w skład którego weszło 100 kluczowych producentów elektroniki (m.in. Apple, Asus, HTC, Huawei, LG, Nokia, Samsung).

Efektem porozumienia jest standard Qi, nazwany od chińskiego słowa oznaczającego przepływ energii. Dzięki niemu od 2010 roku na rynku dostępne są moduły, pozwalające na bezprzewodowe ładowanie.

Rzecz jasna istnienie jednego, wspólnego standardu dla wszystkich byłoby zbyt piękne, więc obok Qi rozwijany jest konkurencyjny standard Rezence, promowany przez A4WP - Alliance for Wireless Power (m.in. Broadcom, Intel, Qualcomm, Samsung, WiTricity).

W przypadku smartfonów bezprzewodowe ładowanie oznacza skorzystania z jednego z trzech rozwiązań: podłączanej do gniazda ładowania (np. microUSB) nakładki na obudowę z wbudowaną cewką, samodzielnego montażu cewki wewnątrz telefonu albo po prostu zakup urządzenia, fabrycznie zaopatrzonego w niezbędne do bezprzewodowego ładowania komponenty.

Oznacza to nie tylko umieszczenie przez producenta modułu ładującego, ale również zastosowanie odpowiednich materiałów obudowy, które nie będą zakłócały ładowania. Stąd popularność różnych – dziwnych z punktu widzenia logiki – rozwiązań, jak np. szklane plecy niektórych smartfonów.

Co istotne, ładowarka bezprzewodowa może mieć zróżnicowany wygląd. Obok dedykowanych do konkretnych modeli ładowarek i popularnych, kosztujących kilkadziesiąt złotych podkładek, stojaków czy mat ładujących, niektórzy producenci umieszczają ładowarki w otaczających nas urządzeniach.

W rezultacie powstają takie sprzęty, jak monitor Samsung S27E370DS z ładowarką umieszczoną w podstawie. Wystarczy siadając przy biurku położyć na niej telefon, by wstając od komputera mieć w smartfonie naładowaną baterię.

Innym przykładem takiego rozwiązania są m.in. oferowane przez IKEA lampki Hektar (naprawdę tak je nazwali!) z ładowarkami wbudowanymi w podstawę. Powstają biurka, na których wystarczy położyć telefon by rozpocząć ładowanie albo fotele z ładowarkami ukrytymi w oparciu, a nawet takie cuda, jak lampka z lewitującą żarówką.

Wszystko to jest jednak półśrodkiem. Choć standard Qi nazywamy bezprzewodowym, to w praktyce do każdej z ładowarek musi być doprowadzony przewód, a ładowane urządzenia muszą mieć z ładowarką bezpośredni kontakt. Wystarczy podnieść telefon – np. aby porozmawiać – by przerwać dostarczanie energii do akumulatora.

Co więcej, ładowanie jest zazwyczaj wyraźnie wolniejsze (ten mankament udaje się ograniczać), niż w przypadku połączenia przewodowego, a straty energii wyższe. Dotyczy to również ładowarek działających w większej skali – np. tworzonych z myślą o ładowaniu samochodów elektrycznych podczas postoju, albo nawet pasów drogowych, zasilających samochody podczas jazdy.

Nikola Tesla, snujący na początku XX wieku wizje bezprzewodowego przesyłania energii, mógłby zatem poczuć się rozczarowany. Mógłby, gdyby nie najnowsze badania i eksperymenty, prowadzone nie z indukcją, ale z rezonansem magnetycznym, pozwalającym na przesyłanie energii nie na kilkanaście milimetrów, ale na dystans – na razie – kilkumetrowy.

Przoduje w tym stworzony przez naukowców z MIT zespół, odpowiedzialny za powstanie standardu WiTricity, a także Intel (technologia WREL - Wireless Resonant Energy Link), który już przed laty w czasie efektownej prezentacji zasilił na odległość 60-watową żarówkę.

Promowane przez WiTricity rozwiązanie wydaje się właściwym kierunkiem – swoje siły w promowaniu i rozwoju takiego sposobu zasilania połączyły niedawno nie tylko firmy, kojarzone z konsumencką elektroniką, ale także tacy giganci, jak AT&T czy Procter&Gamble.

Nie ma w tym nic dziwnego – już w 2016 roku podczas targów CES w Las Vegas zupełnie serio prezentowano dom niedalekiej przyszłości, w którym wszystkie urządzania AGD są zasilane bezprzewodowo. Żegnajcie przewody w ścianach i gniazda elektryczne? Dzisiaj brzmi to jak SF, ale to przyszłościowy kierunek rozwoju domowego sprzętu.

Bezprzewodowa transmisja energii znajduje również zastosowanie w większej skali, znacznie wykraczającej poza nasze gospodarstwa domowe, czego przykładem są eksperymenty, prowadzone przez japońska agencję kosmiczną JAXA.

W ramach projektu Space Solar Power Systems (SSPS) Japończycy, wykorzystując mikrofale, przetransferowali 1,8 kilowata na odległość 50 metrów. Docelowo transmisja energii za pomocą mikrofal ma znaleźć zastosowanie w orbitalnych elektrowniach słonecznych, produkujących na orbicie prąd na potrzeby Ziemian.

Nikola Tesla – mimo wielu zastrzeżeń – miałby powody do zadowolenia. Projekty, z których ponad wiek temu szydzono, uznając ich pomysłodawcę za hochsztaplera albo wariata, powoli stają się rzeczywistością. I choć na razie najbardziej obiecujące technologie są dalekie od popularności albo nawet komercyjnego wdrożenia, to serbski geniusz mógłby w końcu, uśmiechając się z wyższością do Edisona, stwierdzić: „A nie mówiłem?”.