Wireless Power
เทคโนโลยีไร้สายถูกพัฒนาขึ้นมาหลายทศวรรษ โดยเริ่มขึ้นมาจากระบบการส่งคลื่นเสียงไร้สายในวิทยุ จากนั้นก็ได้พัฒนาขึ้นมาเป็นแสงหรือภาพที่ใช้ในโทรทัศน์ และปัจจุบันการส่งข้อมูลแบบไร้สายก็มีการใช้งานอย่างแพร่หลายเป็นอย่างมากไม่ว่าจะเป็นการส่งข้อมูลผ่านดาวเทียม หรือ Wi-fi เป็นต้น ซึ่งเทคโนโลยีไร้สายเหล่านี้ได้พัฒนาสภาพความเป็นอยู่และองค์ความรู้ใหม่ผ่านการแพร่กระจายข้อมูลข่าวสารที่รวดเร็วยิ่งขึ้น
ปัจจุบันเทคโนโลยีไร้สายหรือ Wireless ได้พัฒนามากขึ้นจนเข้าสู่ยุคของ Wireless power หรือที่เรียกอีกชื่อว่า Wireless energy transfer คือ การส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงาน (power source) ไปยังแหล่งเก็บไฟฟ้า (electrical load) ไปยังแหล่งเก็บไฟฟ้าโดยไม่ผ่านสายไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสะดวกสบายในชวิตประจำวันมากขึ้น และยังสามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายมากขึ้นในภาพอุตสาหกรรมที่ต้องใช้พลังงานจากแหล่งต้นกำเนิดที่ห่างไกลได้ เช่น ภาคการบินหรืออวกาศ เป็นต้น
การกำเนิดของ Wireless power
แนวคิดการส่งพลังงานไร้สายเริ่มขึ้นตั้งแต่ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ภายหลังจากที่ Edison สามารถผลิตหลอดไฟได้ Nikola Tesla เสนอทฤษฎีในการส่งพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สายโดยเขาวางแผนสร้างเสาส่งพลังงาน เพื่อส่งพลังงานไฟฟ้าออกไปยังเครื่องรับที่อยู่ไกลออกไปโดยมีการพัฒนาที่ห้องทดลองของที่ Colorado Springs แต่ขณะกำลังดำเนินการพัฒนาอยู่นั้น อุตสาหกรรมไฟฟ้าของอเมริกาก็สามารถสร้างวิธีในการส่งพลังงานไฟฟ้าผ่านสายไฟได้ ทำให้แนวคิดของ Tesla ถูกละเลยและไม่ได้รับการพัฒนาต่อยอดออกไป
ในปัจจุบันแนวคิดการส่งพลังงานไร้สายของ Tesla ถูกให้ความสนใจอีกครั้ง ซึ่งแต่เดิมเทคโนโลยีนี้ถูกใช้เพียงกับแปรงสีฟันไฟฟ้าเท่านั้น โดยเป็นการนำด้ามแปรงสีฟันวางลงไปบนแท่นชาร์จซึ่งจะสามารถชาร์จพลังงานได้โดยไม่ไม่มีขั้วไฟฟ้าสัมผัสกันระหว่างแปรงสีฟันและแท่นชาร์จ
ประเภทของ Wireless Power ในปัจจุบัน
1. Electromagnetic induction
เป็นวิธีการส่งผ่านพลังงานโดยไร้สายผ่านสนามแม่เหล็กที่เกิดจากไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวด ในระยะสั้น (Near Field) ซึ่งจะมีเพียงอุปกรณ์คู่ที่รับสัญญาณเท่านั้นจึงจะสามารถรับพลังงานที่ส่งออกมาได้ โดยจะแบ่งประเภท ดังนี้
1.1.Induction
เป็น Wireless energy ในรูปแบบที่วงจร primary และ secondary ของตัวส่งสัญญาณ แยกออกมาในอุปกรณ์ให้พลังงานและรัยพลังงานแต่ละอัน การเคลื่อนย้ายพลังงานเกิดขึ้นโดยอุปกรณ์จ่ายพลังงานได้รับพลังงานไฟฟ้าปกติเข้าสู่ ขดลวด(coil) ทำให้เกิดสภาพสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเข้าเหนี่ยวนำ coil ที่อยู่ภายในอุปกรณ์อุปกรณ์รับพลังงานเกิดเป็นพลังงานไฟฟ้า การเหนี่ยวนำของอุปกรณ์ทั้งคู่ทำให้ทั้งสามารถโอนถ่ายพลังงานโดยไร้สายได้ ตัวอย่างเช่น แปรงสีฟันไฟฟ้า แต่ข้อเสียของระบบinduction คือ ความสามารถในการทำงานมีในระยะสั้นมาก เพราะตัวรับสัญญาณต้องอยู่ใกล้กับตัวส่งสัญญาณเพื่อให้การเหนี่ยวนำเกิดขึ้นได้
1.2. Resonant induction
เป็นการพัฒนาต่อยอดจากแนวคิด Induction โดยเมื่ออุปกรณ์รับส่งสัญญาณทั้งคู่ถูกปรับให้สนามแม่เหล็กมีความสั่นพ้อง(resonance) ควบคู่กับการปรับคลื่นที่ส่งสัญญาณออกมาให้เป็นสภาพ nonsinusoidal wave (คลื่นที่ไม่ใช่รูปไซน์) จะทำให้พลังงานจากสนามแม่เหล็กเกิดการส่งสัญญาณได้ในระยะทางที่ไกลขึ้น ซึ่งอุปกรณ์รับสัญญาณ Resonance จะมีอุปกรณ์ปรับความถี่ในสัญญาณที่จะรับได้ และโดยแนวคิดนี้มีข้อดีคือการสร้างเงื่อนไขการสั่นพ้องขึ้นทำให้ข่วยส่งสัญญาณได้ไกลขึ้นกว่าแนวคิด Induction ที่จะเกิดการเหนี่ยวนำเฉพาะระยะใกล้มากๆเท่านั้น นอกจากนี้ยังสามารถเลือกส่งพลังงานไปให้กับอุปกรณ์รับที่มี coil ที่เลือกรับเฉพาะความถี่ที่ตั้งไว้ได้หลายอุปกรณ์พร้อมกัน
2..Electromagnetic radiation
เป็นวิธีการส่งผ่านพลังงาน ระยะไกล (Far Field) ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นเพราะการส่งผ่านคลื่นวิทยุหรือคลื่นแสงระยะไกลนี้ถูกพัฒนาขึ้นเนื่องจากสามารถปรับให้ส่งเข้าสู่พื้นที่รับที่ต้องการได้สะดวก
2.1 Microwave Method
เป็นวิธีการส่งพลังงานด้วยคลื่นวิทยุรูปแบบหนึ่ง ที่สามารถกำหนดทิศทางได้ในระยะไกลโดยการทำให้ช่วงความยาวคลื่นลดขนาดลงจนถึงระดับของ microwave จากเสาส่ง(antenna) และอุปกรณ์รับสัญญาณแบบพิเศษชื่อ rectenna จะแปรคลื่น microwaveที่รับได้ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่ง คลื่นไมโครเวฟสามารถผ่านชั้นบรรยากาศได้ง่าย โดยปัจจุบันอุปกรณ์นี้สามารถแปรเปลี่ยนพลังงานจาก input ไป output ได้ถึง 95%
แนวคิดในวิธีการนี้ถูกนำไปใช้กับโครงการสร้างพลังงานในอวกาศ เช่น การสร้างแผง solar cells ขึ้จำนวนมากในอวกาศเพื่อให้สามารถรับพลังงานได้เต็มที่ดดยไม่ผ่านชั้นบรรยากาศโลก จากนั้นจึงส่งพลังงานกลับมาในรูปแบบ microwaveในปี 1978 หรือช่วงแรกที่นาซ่าเริ่มทำการค้นคว้า ได้คาดการณ์ว่าจะต้องใช้อุปกรณ์ส่งเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 กม. และ rectenna ที่ใช้รับถึง 10 กม. แต่ภายหลังสามารถปรับลดขนาดลงมาได้มากผ่านการปรับความยาวคลื่นให้สั้นลงถึงแม้จะมีโอกาสถูกรบกวนการชั้นบรรยากาศและสภาพอากาศที่เดินทางผ่านได้ ซึ่งแนวคิดนี้ปัจจุบันก็กำลังกำลังถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยในปี 1997 สามารถส่งพลังงานได้ในระดับ กิโลเมตรแล้ว
ทั้งนี้แนวคิดการใช้คลื่น microwave มีจุดด้อยอยู่คือการใช้งานจำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาอย่างใกล้ชิด ทำให้ต้องมีคนประจำสถานีอวกาศหรือดาวเทียมที่ใช้สร้างพลังงานตลอดเวลา อีกทั้งการส่งสัญญาณกลับสู่พื้นโลกนั้นดาวเทียม 1 ดวงมีพื้นที่จำกัดในการส่งสัญญาณ จึงจำเป็นต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงในการสะท้อนคลื่นเพื่อให้สามารถรับสัญญาณได้ทั่วโลก
2.2 Laser method
เป็นวิธีการส่งพลังงานผ่านช่วงคลื่นที่สายตามองเห็น หรือ ระบบแสง พลังงานฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นลำแสงเลเซอร์ จากนั้นจึงชี้เข้าสู่แผง solar cell ที่เป็นเครื่องรับเพื่อแปรพลังงานแสงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้า กระบวนการนี้เรียกว่า “powerbeaming”
วิธีการนี้มีข้อดีที่แตกต่างจากวิธีอื่นคือ ขนาดของอุปกรณ์ที่ใช้สร้างลำแสงนั้นมีขนาดเล็กจึงติดตั้งและพกพาได้สะดวก อีกทั้งยังไม่ถูกรบกวนจากคลื่นวิทยุเหมือนวิธีการส่งแบบ microwave ที่อาจถูกรบกวนจากช่วงคลื่นของ Wi-fi และ โทรศัพท์ได้ อีกทั้งยังสามารถควบคุมผู้รับได้อย่างแม่นยำเนื่องจากจะต้องเป็นจุดที่แสงเลเซอร์ส่องไปเท่านั้นจึงจะสามารถแปลงเป็นพลังงานได้
วิธีนี้มีข้อเสียในด้านที่ปัจจุบันศักยภาพในการแปลงพลังงานยังน้อยเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นเนื่องจาก การเปลี่ยนแปลง พลังงานทั้งจากไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงเช่นเลเซอร์ และการเปลี่ยนพลังงานแสงกลับเป็นไฟฟ้ายังขาดประสิทธิภาพอยู่มาก โดยสุทธิแล้วแปลงพลังงานได้เพียง 40-50% อีกทั้งหากตั้งอยู่ในระดับสูงจากพื้นโลกมากก็อาจถูกชั้นบรรยากาศซึมซับพลังงานแสงไว้อีกส่วนหนึ่งเช่นกัน และวิธีการส่งพลังงานด้วยเลเซอร์ก็ยังจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ช่วยสะท้อนสัญญาณ เช่น ดาวเทียม เนื่องจากยังคงต้องส่งสัญญาณในทิศทางตรงกับอุปกรณ์รับสัญญาณเช่นเดียวกับ ระบบ microwave ทำให้พลังงานนี้ยังอยู่ในช่วงค้นคว้าต่อไป
1.eCoupled eCoupled คือ ระบบการชาร์ทไฟไร้สายซึ่งเป็นเทคโนโลนีของบริษัท Fulton Innovations eCoupled Technology สามารถนำไปใช้งานได้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการพลังงานต่ำ ปานกลาง ไปจนถึงสูง หรือตั้งแต่พวกเครื่องโทรศัพท์มือถือ ไปจนถึงคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ค เครื่องมือช่างที่ใช้ไฟฟ้า ตลอดจนเครื่องใช้ไฟฟ้าที่สามารถชาร์จหรือประจุไฟใหม่ได้โดยใช้ profiling protocol ที่ทันสมัยอย่างหนึ่ง ซึ่งสามารถแยกแยะอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ที่ใช้งานกับอีคัพเปิลเพื่อจ่ายกำลังให้ได้ ในขณะเดียวกัน profiling protocol ยังประเมินความต้องการใช้พลังงานและอายุใช้งานของแบตเตอรี่แต่ละชุดเพื่อจะจ่ายพลังงานที่เหมาะสมกับเครื่องอุปกรณ์แต่ละประเภทได้อีกด้วย ทำให้สามารถพัฒนาแหล่งจ่ายกำลังแบบอเนกประสงค์ที่จะจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ประเภทต่างๆได้หลากหลายพร้อมๆกัน รวมถึงอุปกรณ์ที่ต้องการแรงดันในการชาร์จแตกต่างกันอีกด้วย
2. WildCharge pad
WildCharge pad เป็นแผ่นบางเรียบที่มีพื้นผิวที่สามารถเหนี่ยวนำได้ เมื่อวางมือถือหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เทคโนโลยี WildCharge ได้ลงบนแผ่นในทิศทางใดก็ได้ อุปกรณ์นั้นๆจะได้รับพลังงานจากแผ่นด้วยความเร็วเดียวกับการเสียบปลั๊ก
1.eCoupled eCoupled คือ ระบบการชาร์ทไฟไร้สายซึ่งเป็นเทคโนโลนีของบริษัท Fulton Innovations eCoupled Technology สามารถนำไปใช้งานได้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการพลังงานต่ำ ปานกลาง ไปจนถึงสูง หรือตั้งแต่พวกเครื่องโทรศัพท์มือถือ ไปจนถึงคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ค เครื่องมือช่างที่ใช้ไฟฟ้า ตลอดจนเครื่องใช้ไฟฟ้าที่สามารถชาร์จหรือประจุไฟใหม่ได้โดยใช้ profiling protocol ที่ทันสมัยอย่างหนึ่ง ซึ่งสามารถแยกแยะอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ที่ใช้งานกับอีคัพเปิลเพื่อจ่ายกำลังให้ได้ ในขณะเดียวกัน profiling protocol ยังประเมินความต้องการใช้พลังงานและอายุใช้งานของแบตเตอรี่แต่ละชุดเพื่อจะจ่ายพลังงานที่เหมาะสมกับเครื่องอุปกรณ์แต่ละประเภทได้อีกด้วย ทำให้สามารถพัฒนาแหล่งจ่ายกำลังแบบอเนกประสงค์ที่จะจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ประเภทต่างๆได้หลากหลายพร้อมๆกัน รวมถึงอุปกรณ์ที่ต้องการแรงดันในการชาร์จแตกต่างกันอีกด้วย
2. WildCharge pad
WildCharge pad เป็นแผ่นบางเรียบที่มีพื้นผิวที่สามารถเหนี่ยวนำได้ เมื่อวางมือถือหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เทคโนโลยี WildCharge ได้ลงบนแผ่นในทิศทางใดก็ได้ อุปกรณ์นั้นๆจะได้รับพลังงานจากแผ่นด้วยความเร็วเดียวกับการเสียบปลั๊ก
การทำให้อุปกรณ์ใช้เทคโนโลยีนี้ก็เพียงติด WildCharge adapter ที่ฝาหลังของเครื่อง โดย adapter นี้มี (contact-points) จุดสัมผัสขนาดเล็กมากที่จะสัมผัสกับแผ่นชาร์จ พลังงานจะถูกถ่ายทอดจากพื้นผิวของแผ่น WildCharger pad ไปยัง contact-points ของ WildCharge adapter เกิดวงจารไฟฟ้าระหว่างพื้นผิวกับอุปกรณ์ เนื่องจากเป็นการสัมผัสโดยตรงทำให้ได้พลังงานที่มีประสิทธิภาพเพียงพอและปลอดภัย โดยไม่สร้างรังสีหรือสนามไฟฟ้าที่เป็นอันตราย
3.Wireless LCD Television
Wreless Television เครื่องแรกของโลกถูกพัฒนาโดยบริษัท Haier โดยใช้เทคโนโลยี Wireless Power และ WHDI (Wireless HDMI) เพื่อให้ทีวีเครื่องนี้ เพื่อให้เป็นไปตามแนวคิด “Zero Wire”
4.Solar Power Satellite
เป็นการส่งเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นไปที่วงโคจรรอบโลก เป็นการโคจรแบบเดียวกับดาวเทียมต่างๆ เพียงแต่ว่าจะเป็นการแปลงแสงอาทิตย์ออกมาเป็นคลื่น Microwave แล้วส่งสัญญาณ microwave นั้นกลับมายังโลก ที่สถานีรับคลื่นแล้วแปลงออกมาเป็นพลังงานอีกทีหนึ่ง เหมือนกับการสื่อสารผ่านดาวเทียม ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาเรื่องพื้นที่ไปได้ อีกทั้งที่ตั้งของวงโคจรจะได้รับความเข้มข้นของแสงมากกว่าบนพื้นโลกถึง 8 เท่าเนื่องจากไม่มีการสูญเสียความเข้มข้นของแสงจากชั้นบรรยากาศ
5.Qi
มาตรฐานการชาร์จไร้สายที่ถูกกำหนดโดย Wireless Power Consortium (WPC) เพื่อให้อุปกรณ์ที่ที่ใช้ระบบการชาร์จไฟไร้สานสามารถชาร์จได้กับ charging pad โดยเครื่องชาร์จไร้สายที่ได้รับการรับรองตัวแรกของโลก คือ Energizer Inductive Charger โดย Energize โดยมี Qi sleeve สำหรับ iPhone 3GS/3G และ Qi door สำหรับ BlackBerry Curve 8900WPC คาดหวังว่ามาตรฐาน Qi ดังกล่าวจะช่วยเพิ่มความต้องการการชาร์จแบบไร้สายจาก 1 แสนเครื่องเป็น 1 ร้อยล้านเครื่องตลอดหนึ่งปีข้างหน้า
ประโยชน์
1. ประหยัดค่าใช้จ่ายในการวางระบบสายไฟทั้งในบ้านเรือน ตัวเมือง รวมถึงยานพาหนะ
2. สะดวกในการใช้งาน เพราะสามารถใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าได้โดยไม่จำเป็นต้องอยู่ใกล้แหล่งพลังงาน
3. ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากพลังงานที่ใช้เป็นต้นทางของ microwave เป็นพลังงาน แสงอาทิตย์
Link Power point
นายวรฐ ทรงฤกษ์ 5202112594
นายธารินทร์ ธนเรืองศักดิ์ 5202112867
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น