Kablosuz Güç Aktarımı (WPT) fikri yeni bir kavram değildir. 19. yüzyılın sonundan itibaren Nikola Tesla, kablosuz güç aktarımı olasılıkları denemeye başlamış, son yıllarda ise artan bir popülarite kazanmıştır. Son yirmi yılda kablosuz veri aktarımındaki önemli ilerlemeler sayesinde ise hayatın vazgeçilmez ve bir o kadar kolaylaştıran bir parçası olmayı başarmıştır.
Kablosuz Güç Aktarım Teknolojileri Tarihi
Fikir, Heinrich Hertz’in bir çalışmasında 1888’e dayanmaktadır. Sistemin hem verici hem de alıcı uçlarında bir kıvılcım aralığı ve parabolik reflektörler kullanarak yüksek frekanslı güç aktarımını gösterebilmektedir. Daha ünlü kablosuz güç aktarımı deneyi daha sonra 1893’te Nikola Tesla tarafından gerçekleştirildi. Binlerce dolar harcadı ve ona çılgın bir bilim adamı unvanını kazandıran kablosuz güç aktarımının halka açık gösterilerini yapmıştır.
Kablosuz Güç Aktarım Teknolojilerinde Motivasyon
WPT sayesinde mümkün olan teknolojik atılımlar, artan bir araştırma faaliyetini ve ayrıca bu kavramlara dayalı çok sayıda tüketici ürününün ticarileştirilmesini teşvik etmektedir. Araştırma ve geliştirme perspektifinden bakıldığında, WPT’de iki temel araştırma alanı vardır. İlk yaklaşım, özellikle enerjiyi uzayda bir noktadan diğerine kablosuz olarak iletmek için olası bilimsel yöntemler hakkında bilgi arayarak, güç aktarımının altında yatan mekanizmaları içerir.
İkinci yaklaşım, işlevsel bir kablosuz güç iletim sisteminde gerekli olan bireysel devre modüllerinin geliştirilmesini içerir. Bu, modülün o güç dağıtım mekanizması için uygun özelliklere sahip olmasını sağlayan belirli bir WPT mekanizmasının özelliklerini dikkate alan devre tasarımını içerir.
Kablosuz Güç Aktarım Teknolojileri Sistemine Genel Bakış
Elektromanyetik, elektrostatik, elektromekanik vb. gibi birçok farklı WPT türü vardır. Elektromanyetik kablosuz güç aktarımı durumunda, sistemler genellikle uzak alan ve yakın alan güç aktarımı olmak üzere iki kategoriye ayrılır. Bu tür sistemlerde, enerji aktarımı, çok yönlü yayılma senaryosu için düşük verimle sonuçlanan elektromanyetik radyasyon yoluyla gerçekleştirilir. Bir vericinin uzak alan bölgesi olan menzil, çalışma frekansına bağlıdır.
WPT’nin arkasındaki fikir basittir. Faraday’ın indüksiyon yasasına göre, değişen bir manyetik alan bir döngüden geçtiğinde, döngü boyunca potansiyel bir fark üretecektir. Başka bir deyişle, bir döngü, daha sonra dönüştürülebilen ve elektrostatik enerji olarak depolanabilen alternatif bir manyetik alan toplayabilir. Amper kanunu ile gerekli manyetik alan oluşturulabilir. Amper yasası, bir elektrik akımı bir döngüden geçtiğinde, buna verici döngüsü diyelim, çevresinde bir manyetik alan oluşturduğunu belirtir. Şimdi, ikinci bir döngü yerleştirilip, buna alıcı döngüsü denildiğinde, vericinin yakınında, alıcı döngüsü boyunca alternatif bir voltaj görünecektir. Bu nedenle, gücü elektromanyetik dalgalar yoluyla etkili bir şekilde iletir.
Kablosuz Güç Aktarım Teknolojileri Yöntemler
Radyo Frekansı (RF)
RF tabanlı WPT, onlarca metre mertebesinde güç aktarımı için bir teknoloji olarak kurulmuştur, ancak bu tür sistemlerin verimliliği diğer WPT yöntemlerine göre çok daha düşüktür.
Endüktif Güç Transferi (IPT)
Bu yöntem, üretilen manyetik akı sayesinde bir bobin üzerinden sürülen bir elektrik akımının bitişik bir bobinde bir elektromotor kuvveti indüklediği kavramını kullanır.
Manyetik Rezonans Bağlantısı (MRC)
Manyetik rezonans kuplaj, WPT yöntemlerinde potansiyel atılım olarak kabul edilir. Temel konsept, aynı rezonans frekansında ayarlanmış iki rezonatör devresinin, geleneksel IPT sistemleriyle karşılaştırıldığında, daha yüksek mesafelerde daha yüksek verimlilikte güç aktarımı yaşayabilmesidir.
Yarı iletken entegre devreler ve fonksiyonel malzeme teknolojilerindeki son gelişmeler, nesnelerin interneti (IoT) ve giyilebilir sensörler gibi düşük güç tüketimine, minyatür boyuta ve yüksek veri aktarım verimliliğine sahip elektronik cihazlara olan talebi hızlandırmıştır. Kablosuz güç aktarımı, güç ve enerji sağlamak için hacimli pillere dayanan mevcut elektronik cihazlara alternatif bir çözüm haline gelmiştir.
Kablosuz Güç Aktarımı (WPT) teknolojisi, elektrik enerjisini bir vericiden alıcıya kablosuz olarak aktarabilir. WPT teknolojisi, sahip olduğu birçok avantaj nedeniyle, kablolarla güç aktarımına kıyasla birçok endüstriyel uygulama için daha yeterli ve uygun bir çözümdür. WPT teknolojisini kullanmak, kabloların rahatsızlığını azaltacak, güç aktarım mekanizmalarını iyileştirecektir. Son zamanlarda, WPT, Elektrikli Aracın (EV) yerleşik akülerini şarj etmeye büyük ilgi göstermektedir. Birkaç tanınmış otomobil imalat şirketi, WPT teknolojisini benimseme ve özelliklerini geliştirme çabalarına başlar. Bu nedenle, WPT, verici ve alıcı bobin olarak adlandırılan iki bobin arasındaki ekonomik endüktif kuplaj yoluyla elde edilebilir.
Ev şarj uygulamalarında, verici bobinler yolun altına yerleştirilir ve EV’ye alıcı bobinler kurulur. Rezonans tipi endüktif WPT, daha iyi enerji verimliliği sağladığı için genellikle EV şarjı gibi orta-yüksek güç aktarım uygulamalarına uygulanır. Bu bölümde, EV kablosuz şarj uygulamalarında çeşitli WPT teknolojileri tartışılmakta ve test edilmektedir. Ayrıca, maksimum verim elde ederek maksimum gücü aktarabilen gelişmiş bir WPT teknolojisinin geliştirilmesine yönelik kapsamlı bilgiler verilmektedir.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/wireless-power-transfer
https://circuitdigest.com/tutorial/different-types-of-wireless-power-transmission-technologies-and-their-working
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu