Trådlös elöverföring når en ny milstolpe: Den längsta sträckan hittills

Överföring av elektricitet utan kablar har varit en dröm för mänskligheten, särskilt efter att Nikola Tesla ägnade sina sista dagar åt att arbeta mot detta mål. Sedan dess har företag också börjat leta efter teknik som möjliggör denna möjlighet.

Den amerikanska militärens Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) uppnådde en milstolpe som positionerar dem som de mest avancerade inom denna forskning. Med hjälp av laserteknik lyckades man sända 800 watt genom 8,6 kilometer under 30 sekunder, vilket motsvarar den energimängd som krävs för att driva en mikrovågsugn eller ett litet kylskåp. Med denna prestation satte DARPA:s program POWER (Persistent Optical Wireless Energy Relay) rekord för det hittills längsta avståndet för trådlös överföring.

Systemet använde en exakt fokuserad infraröd laserstråle som riktades mot en kompakt markbaserad mottagare. Mottagaren använde en parabolisk spegel för att fokusera det inkommande laserljuset på en uppsättning fotovoltaiska celler (PV), som omvandlade laserenergin till elektricitet. Denna design valdes för sin enkelhet, snabba tillverkningsbarhet (byggd på mindre än tre månader) och förmåga att bibehålla strålriktningen över långa avstånd med minimal spridning eller atmosfärisk spridning.

Systemet förlitade sig på adaptiv optik och strålstyrningsmekanismer för att stabilisera lasern över långa avstånd och kompensera för atmosfärisk turbulens, för att säkerställa framgångsrik energifångst. Solcellerna var optimerade för den specifika laservåglängd som användes, vilket möjliggjorde omvandlingseffektivitet på cirka 20%, vilket ärvilket är relativt högt med tanke på överföringsavståndet och lasersäkerhetsbegränsningarna. Trots det långa avståndet behöll strålen tillräckligt med koherens och effekttäthet för att överföra mer än 1 megajoule energi på bara 30 sekunder.

Byrån har uppnått vissa milstolpar i detta avseende, till exempel överförde byrån i slutet av 2024 230 watt över 1,7 kilometer under 20 sekunder och testade ett avstånd på 3,7 kilometer.

Andra företag har dock också uppnått andra milstolpar. PowerLight Technologies har visat en infraröd överföring av 400 watt över 1 kilometer, men som sänder energi i över 12 timmar. På samma sätt har Emrod, som är baserat i Nya Zeeland, överfört cirka 2 kilowatt över några hundra meter, men uppnått en effektivitet på cirka 97% med hjälp av mikrovågsteknik.

Vad kommer härnäst?

Denna demonstration var en del av fas 1 i POWER-projektet, som består av tre faser. Myndigheten arbetar nu med att finslipa strålriktningen, förbättra vågfrontskorrigeringen och minska förlusterna under omvandlingen.

För framtida faser siktar programmet på att skala upp systemet så att det kan leverera upp till 10 kilowatt optisk elektricitet över avstånd på upp till 200 kilometer. Energin motsvarar strömförsörjningen i ett litet till medelstort datacenter med cirka 500 severs, som kan förbruka mellan 150 och 250 kilowatt.