Pemanenan Energi RF

Mengapa energi yang diinvestasikan dalam radiasi RF tidak dapat dipanen sepenuhnya? Apa faktor utama yang mempengaruhi ini? Apakah ada penelitian signifikan saat ini yang sepenuhnya menggambarkan proses ini? Saya berdiri pada kesimpulan: "Energi bergerak dari satu bentuk ke bentuk lainnya.", Tetapi dalam kasus ini mengapa tidak dapat dipanen dalam jumlah tersebut untuk menggunakannya untuk memberi daya pada perangkat berdaya rendah atau menyimpannya dalam jumlah yang signifikan di beberapa baterai untuk nanti menggunakan? Mengapa saat ini tidak menguntungkan dan mengapa hari ini tidak digunakan seperti energi dari air, angin dan sumber energi lainnya?

Pertimbangkan antena yang mengubah semua energi listrik dari osilator daya ke transmisi radio elektromagnetik. Katakanlah 1 watt diumpankan ke antena dan 1 watt adalah daya gelombang radio yang dipancarkan.

Kekuatan itu terlempar ke segala arah; seperti bola lampu memancarkan kekuatan cahaya di (hampir) semua arah. Bola lampu bukan hanya contoh serupa, melainkan contoh yang sama persis - cahaya yang dipancarkan adalah gelombang elektromagnetik.

Sekarang bayangkan Anda berada 1 meter dari bola lampu itu dengan panel surya 100% efisien. Lalu bayangkan Anda membuat beberapa panel surya yang persis dan benar-benar menutupi bola lampu. Anda memasang panel surya secara seri dan melihat berapa banyak daya yang dapat Anda ekstrak. Nah, untuk eksperimen pemikiran ini, Anda sebenarnya dapat mengekstraksi 100% dari kekuatan itu.

Kemudian Anda berdiri sejauh 10 m dan melakukan hal yang sama. Jelas Anda membutuhkan lebih banyak panel surya tetapi, dengan asumsi cahaya yang dipancarkan benar-benar mengenai panel dan tidak ada kebocoran cahaya di luar panel itu, Anda akan menerima daya 100%.

Jadi itu bisa dilakukan, tetapi dengan biaya besar dan ketidaknyamanan. Tapi tidak terlalu banyak masalah dengan sinar laser tajam pensil dan panel surya 100% efisien. Jika Anda dapat memfokuskan cahaya secukupnya Anda dapat mengumpulkan SEMUA energi, Ingat ini hanya latihan pikiran dan panel surya dan lampu / laser jauh dari efisien 100%.

Kembali ke gelombang radio yang ditransmisikan, Anda bisa membuat parabola dan mentransmisikan pada frekuensi yang cukup tinggi untuk dapat memfokuskan sebagian besar besar daya ke antena penerima (antena lain). Hal ini dilakukan di seluruh negeri oleh orang-orang militer dan telekomunikasi untuk mendapatkan data line-of-sight dan komunikasi suara yang "sebagian besar" bersifat pribadi karena sulit untuk "mencuri" mendengarkan apa yang sedang dikirim kecuali Anda dekat dengan antena dan mengambil lobus samping kecil energi.

Untuk semua pemancar siaran, mereka umumnya dipol dan menyebarkan energi yang dipancarkan ke segala arah di setidaknya satu pesawat. Hal ini memungkinkan stasiun musik untuk dijemput dengan mudah dan tentu saja itulah tujuannya.

Bisakah Anda dengan mudah memanen energi itu? Tidak terlalu baik karena kekuatannya sebagian besar terbang ke luar angkasa dan hanya sebagian kecil yang diterima oleh "pendengar".

Antena masing-masing pendengar secara efektif adalah jaring (yaitu memiliki "area" nyata meskipun bentuknya tipis dan panjang) yang menangkap daya yang dikirim dari pemancar itu dan jumlah yang ditangkap biasanya femto watt. Biasanya, penerima RF (dengan risiko terlalu umum) dapat bekerja dengan sekitar 10 volt mikro yang diterima dari antena dan, dengan rata-rata sampel sampel tipe antena yang luas, tegangan ini akan memiliki impedansi sumber sekitar 50 ohm.

Karena itu, daya yang dibebaskan adalah 5 uV kuadrat / 50 = 5 femto watt.

Jelas semakin dekat Anda dengan pemancar semakin besar kekuatan yang dapat dibebaskan tetapi, jika semua yang Anda tertarik adalah mendapatkan daya yang dapat digunakan maka gunakan kabel.

Jika Anda melakukan penghitungan total energi yang dapat dipanen pada satu titik di bumi, Anda tidak akan menemukan banyak tempat di mana lebih dari beberapa mili watt dapat diperoleh.

Tenaga surya dan pemanenan energi RF pada dasarnya sama-sama merupakan bentuk dari hal yang sama - pemanenan gelombang elektromagnetik.

Bahkan ketika kita stand by router? Saya membaca bahwa beberapa router memberikan hingga 80mW

Router biasanya menggunakan antena gelombang seperempat dan untuk mengumpulkan energi Anda juga bisa menggunakan antena gelombang seperempat. Jarak realistis yang bisa Anda dapatkan dari dekat adalah tentang lambda (1 panjang gelombang) sebelum Anda mulai menyebabkan efek pemuatan yang aneh pada antena. Ini adalah jarak sekitar 0,1 meter sehingga, menggunakan persamaan transmisi Friis dikonversi ke dB: -

$log_{10}$$log_{10}$ (d)

Di mana f dalam MHz dan d dalam kilometer. Persamaan ini memberi tahu Anda berapa banyak dB kehilangan daya yang dapat Anda harapkan pada jarak tertentu dengan frekuensi pembawa yang diberikan.

Untuk 2,45 GHz dan 0,1 meter (0,0001 km) kerugiannya adalah 32,45 + 67,6 - 80 = 20 dB.

Tetapi antena tx dan rx memiliki gain sekitar 4dB (karena semi-directional) sehingga kerugiannya hanya sekitar 16 dB.

80 mW menjadi (secara teoritis) 12,7 mW.

Jika kami menggeneralisasikan pertanyaan Anda sedikit untuk mencakup tidak hanya pemanenan energi RF, tetapi pemanenan energi elektromagnetik secara umum, kami melakukan itu sepanjang waktu.

Matahari pada dasarnya adalah pemancar elektromagnetik dengan output daya sekitar 4 × 10 ²⁶ watt. Pertanian surya yang sangat besar memiliki output (puncak) 6 × 10 ⁸ watt.

Untuk menempatkan ini dalam perspektif, jika Anda memiliki 8 kilogram emas, dan Anda menghapus satu atom , itu hampir sama dengan daya yang diterima dari matahari.

Itu adalah $ 287.000 emas, dan Anda dapat memanen setengah dari satu triliun sen .

Jika Anda mengambil semua orang di dunia, Anda akan memanen sekitar kuku manusia.

Alasannya tentu saja adalah karena sebagian besar output energi matahari bahkan tidak mengenai Bumi.

Masalahnya hampir sama dengan pemanenan energi RF. Dari semua energi RF yang ditransmisikan oleh semua pemancar dunia, hanya sebagian kecil darinya yang akan menghantam antena Anda.

Terkait: Saya mendengar bahwa petani dengan pagar kawat panjang yang berjalan sejajar dengan saluran listrik dapat "mencuri" ditambah 50/60 Hz AC. Tidak yakin apakah ini benar atau berapa banyak daya yang akan tersedia, tetapi saya menduga sejumlah kecil, tetapi cukup bahwa perusahaan listrik memperhatikan kerugian dan pergi mencarinya. Setelah Anda menghabiskan uang untuk membeli semua kawat untuk skema Anda, Anda mungkin lebih baik membeli panel surya atau pembangkit listrik tenaga angin atau air. Tidak ada yang akan menuduh Anda mencuri dari mereka dalam kasus itu.

Mungkin Anda bisa mencoba memanen energi gravitasi dari hujan yang turun, dll.?

Ada kelompok riset yang melakukan ini: Kertas IEEE Ada beberapa lagi tapi saya bosan dengan googling. Saya ingat satu artikel \ grup yang menangkap energi nirkabel untuk memberi daya pada mikrokontroler. Beberapa MSP430 dari TI dapat berjalan dengan kekuatan yang sangat rendah (uAmps) TI MSP430 App Note dan gunakan sel surya atau antena yang sangat kecil untuk menjalankannya.

Masalahnya berkaitan dengan fisika dan efisiensi konversi energi. Ringkasan pekerjaan di frekuensi adalah dalam plot berikut dari [hemour2014towards] di bawah ini:

Jawaban singkatnya adalah bahwa Anda harus menggerakkan perangkat untuk menangkap energi, dan Anda memiliki kerugian di seluruh papan karena realitas manufaktur, seperti ketidakcocokan perangkat. Anda dapat menemukan semua yang Anda butuhkan untuk kursus kilat mengenai masalah pemanenan energi RF dengan membaca:

@article{hemour2014towards,
title={Towards low-power high-efficiency RF and microwave energy harvesting},
author={Hemour, Simon and Zhao, Yangping and Lorenz, Carlos Henrique Petzl and Houssameddine, Dimitri and Gui, Yongsheng and Hu, Can-Ming and Wu, Ke},
journal={Microwave theory and techniques, IEEE transactions on},
volume={62},
number={4},
pages={965--976},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

@article{hemour2014radio,
title={Radio-frequency rectifier for electromagnetic energy harvesting:    Development path and future outlook},
author={Hemour, Simon and Wu, Ke},
journal={Proceedings of the IEEE},
volume={102},
number={11},
pages={1667--1691},
year={2014},
publisher={IEEE}
}

Saya bisa melakukan semua derivasi untuk Anda, tetapi hanya membaca dua dokumen itu saat tersedia.

Saya ditanya beberapa kali pertanyaan serupa. Sepertinya sama sekali tidak ada ide nilai.

Semua komentar di atas benar. Saya ingin menambahkan bahwa sebagian besar radiasi RF yang dihasilkan oleh teknologi kita diserap oleh bumi, dinding, tubuh manusia, dll. Dalam kasus pertama, ini menyebabkan pemanasan marginal dari beberapa objek. Dalam kasus kedua, hilang selamanya.

Satu-satunya pengecualian adalah sistem RF yang dirancang khusus untuk transfer daya atau mengingat fungsi ini dalam pikiran. Namun, mereka tidak dapat digunakan untuk penyiaran atau komunikasi.

Anda dapat melihat kontradiksi yang jelas: penyiaran mengasumsikan bahwa energi RF mengalir ke semua arah dengan bebas. "Pemanenan energi RF" mengasumsikan bahwa beberapa sistem mengumpulkan semua energi ini, sehingga yang terbaru hilang untuk penyiaran (atau komunikasi, koneksi WiFi, dll.).