- 17 Kas 2020
- 923
- 510
Sevgili okurlarımız, bu konumuzda kablosuz enerjinin nasıl ortaya çıktığı, nasıl aktarıldığı, günümüzde hangi alanlarda bu konuda imkânlar edinildiği konusunda naçizane bilgiler bulacaksınız.
Kablosuz elektrik bağlantısı ve transferinin fikir babası Nikola Tesla, bu icat için stratejik noktalara asılı balon veya kule sistemleri kullanmakla ilgili teoriler üretmişti. Bu kuleler ve asılı balon sistemleriyle çalışan enerji istasyonları inşa edilmeye çalışıldı. Fakat bu projenin yatırımcılığını üstlenen kişinin, çalışmalara daha fazla fon sağlayamayacağını bildirmesi üzerine proje yarıda kalmıştı.
Tesla, kablosuz enerji transferi konusunda ilk olarak 1891’de – daha sonra kendi adıyla anılan – Tesla Bobini’ni icat etti. Bu tasarım, iletken herhangi bir tele ihtiyaç duymadan elektriği iletebiliyordu. Fakat uzak mesafeler için bu iletimi sağlayamıyordu. Bu yüzden Tesla, yeni çalışmalara geçmişti. Bunun için, konumuzun başında bahsedilen asılı balon ve kule adındaki enerji istasyonlarını inşa etmiş oldu. Yüksek voltajlı elektrik gücünün uzun mesafelerde kablosuz iletimini sağlayabilecek düzeneği ancak bu şekilde oluşturmuş olacaktı. Bu konudaki imkânlar kısıtlı olunca, Tesla çalışmalarını çok fazla ilerletemedi, fakat bu çalışmalar gelecek nesillerle ilham kaynağı oldu.
Bilim, birikerek (kümülatif) ilerler, yeni fikir ve icatlar, bir öncekileri temel alarak ve bu verilerin üzerine inşa edilerek gelişimler sağlanır. Bu kablosuz elektrik enerjisi transferi de bu şekilde ilerledi. Örneğin; kablosuz kulaklıklar, elektrikli otomobiller, kablosuz şarj cihazları vs. için bu sistem günümüzde kullanılmaktadır.
Kablosuz elektrik aktarımı kavramına bir de tanımsal olarak bakalım; WPT (Wireless Power Transmission-Kablosuz Güç Aktarımı), herhangi bir kablolama/iletim hat sistemi ve tesisatı kullanılmadan elektriksel gücün aktarılmasını sağlayan bir sistemdir. Kablosuz iletim için güç, elektrik istasyonlarından kule veya iletim hattı kullanılmadan elektriğe ihtiyaç duyan nesneye aktarılır. Bu da “İletim hattı (kablolama) olmadan nasıl aktarım sağlanır?” sorusunu akıllara getirebilir. Onun da açıklaması şöyle; WPT, güç kaynağından endüksiyon/indüksiyon (elektrikleme) bobinleri aracılığıyla alınan elektriğin hava boşluğu üzerinden elektrik yüküne iletilmesi mümkün olur. Peki hava boşluğunda elektrik akımı nasıl iletiliyor? Bu soruyu bir tanımla cevaplayalım. Elektriksel kırılım, yalıtkan (dielektrik veya elektriksel iletkenliği düşük) gücün aşılmasıyla gaz içerisinde bile sağlanabilir. Örneğin; havayı düşünelim; direnci/yalıtkanlığı sonsuza yakın olarak değerlendirilmekte, fakat dikkat edilirse “sonsuz” ifadesine “yakın” ifadesi de eklenmiştir; o yüzden hava, gerekli şartlar sağlandığında elektriği iletebilecek özellik kazanır. Yani “elektrik alan kırılım değeri”ne yaklaşıldığında “serbest elektronlar”, “elektrik alan” kısmından itibaren ivmelenebilecek duruma gelirler. Elektronlardan bahsedecek olursak biraz daha derine inmek gerekir. Elektronlar, atom çekirdeği etrafında belli bir yörüngede dönen atom parçacıklarıdır. Atomun çekirdeğinde bulunan protonlar pozitif (+) yüklü, elektronlar ise negatif (-) yüklü olduğundan bu çekim kuvveti elektronların hareketini sağlar. Havada bulunan elektronları hareketlendirmek, oradan çok fazla elektrik geçirilmesini gerektirir. Elektriksel direnç azlığı ve çokluğu bununla ilgilidir. Direnç de maddenin elektrik akımına karşı oluşan etki durumu olarak tanımlanabilir. Her şeyin enerjiden oluştuğunu düşünürsek, havadaki gazlarla da elektrik iletiminin mümkün olabileceği mantığına ulaşmak zor olmayacaktır.
Kablosuz Elektrik Aktarımı Kullanılan Bazı Alanlar:
Bazı elektrikli otomobillerde,
Kalp pillerinin şarjı için,
Telefon ve akıllı saatler için kullanılan kablosuz şarj pedleriyle elektrik iletimi sağlanabilir.
Bilindiği üzere, günümüzde kablosuz enerji iletimi kısa mesafelerde ve çok sınırlı alanlarda kullanılmaktadır. Mesafe arttıkça enerji kayıplarının oluşmasına bağlı olarak gerçekleşen verimliliğin azalması durumu sebebiyle, Tesla’nın hayal ettiği kadar elektriğin bütün şehre ulaştırılması imkânı şu an için yoktur. Bu konunun engelleriyle ilgili bazı teoriler vardır, fakat o konu daha da derin ve birçok kesim tarafından inanılması güç olduğu veya yok sayıldığı için Türk Hack Team hocalarımız için sakıncası olmazsa ve siz de dilerseniz Off Topic kategorimizde buna değinebiliriz. (Bu konunun işlenmesini isteyenler yoruma belirtebilirler.)
Tesla’nın hayallerindeki şekilde kablosuz elektrik iletimi sağlanabilseydi, şarj edilebilen cihazlarınızın siz daha yolda yürürken bile bataryalarının dolması sağlanabilirdi. Bu da elektrik masraflarının sıfır veya sıfıra yakın olacağı anlamına gelirdi.
Gelelim tekrar genel anlamda bilinenlere; manyetik alanlar oluşturularak elektrik enerjisinin havadaki gazlar (azot, oksijen ve diğer gazlar) vasıtasıyla dolaşması, çoğunlukla yakın mesafelerde mümkün olmaktadır. Ayrıca ışık dalgalarıyla da oluşan güç aktarımı uzak mesafeler için belirli bir noktaya kadar yapılabilmektedir, ama verimliliği düşük seviyededir.
Kablosuz teknolojinin Wi-Fİ ve bluetooth gibi standartlarla anılması, “kablosuz” terimi “veri aktarımı” anlayışıyla da ifade edilebilmektedir. Bunun haricinde sadece kablosuz elektrik aktarımı olarak düşünüldüğünde bir vericiden alıcıya güç aktarılması için elektromanyetik alanların kullanılmasını ifade eder. Yani kablosuz elektrik aktarımında “manyetik rezonans” temel oluşturur.
Kablosuz Güç Transferi Yöntemleri:
Endüktif Kuplajlı Aktarım: Bu yöntemle güç, manyetik bir alan aracılığıyla tel bobinlerle aktarılır. Verici ve alıcı bobinlerle bir transformatör oluşmaktadır. Transformatör, yapısal olarak iki bobin ve nüveden oluşur. Nüve de çekirdek/bir maddenin özü olarak tanımlanabilir. Verici bobinden geçen alternatif akım (AC) da manyetik alan oluşturur. Manyetik alan da alıcı bobinden geçer. İndüklenen alternatif akımsa yükü çalıştırabilir, yükü etkileyen alıcıdaki doğrultucu ile doğru akıma dönüştürür. Bu yöntem, ticari alanda en çok kullanılan kablosuz güç teknolojisidir. Bu konuya verilebilecek örnekler şöyledir: Elektrikli diş fırçaları, insan vücuduna implante edilen biyomedikal implantlar (kalp pilleri, insülin pompaları), mobil cihaz (telefon, diz üstü veya tablet bilgisayarlar, video oyun cihazları vb.) adaptörleri, elektrikli otomobil şarj sistemleri.
Rezonans Endüktif Kuplajlı Güç Aktarımı: Endüktif kuplaj ve rezonans birleşiminden oluşur. Rezonans’ın sağladığı şey şudur; verici ve alıcının güçlü bir etkileşime girmesi. Gücün hem vericide hem alıcıda olmasıyla iki rezonans devresi arasındaki manyetik alanda aktarılan endüktif kuplaj türüdür. Rezonans devreleri, bir kapasitöre bağlı tel bobinden veya iç kapasitörlü bir rezonatörden oluşur. Bu yöntem, en çok modern endüktif şarj teknolojisinde kullanılır. Yani elektriğin manyetik alanla iletilmesini sağlayarak mobil cihazların kablosuz şekilde şarj edilmesi olanağı doğar.
Kapasitif Kuplajlı Güç Aktarımı: Bu yöntemin başka bir adı da elektrikli kuplaj’dır. Gücün aktarılmasında iki elektrot arasındaki güç iletimi için elektrik alanları kullanılır. Alıcı ve verici elektrotlar aralarındaki elektriksel alanla birlikte kondansatör oluşur ve güç, elektrik alan üzerinde gerçekleşir. Bu yöntemle olan aktarım sırasında elektrik gücü iletim modülü yoluyla alternatif akıma dönüştürülür. Alıcı ve verici elektrotlarıyla oluşturulan kapasitörle alıcıya güç iletilir. Alıcı da doğrultucu ve voltaj düşürücü devrelerle akülere sabit akım ulaşmasını sağlar.
Mikrodalga Güç Aktarımı: Burada alternatif akım doğru akıma dönüştürülür. Bu dönüştürülen akım da mikrodalga jeneratörünü besler. Jeneratörde akımın geçtiği ve mikrodalga elektromanyetik radyasyon ile oluşan rezonans boşlukları bulunur. Verici ve alıcı antenlerle dalgalar aktarılır ve doğru akıma çevrilip dağıtılır. Başka bir şekilde açıklarsak verici, bir priz veya sabit bir güç kaynağından güç çeker, ardından da bu AC (doğru akım) gücü seviyesini ayarlar. Daha sonra iletilen güç düzenlenmiş güç kaynağını kullanarak mikrodalgalar üretir. Bu dalgalar, hava yoluyla alıcıya veya yüke ulaşır. Alıcı, mikrodalga ışınımlarını alarak elektrik enerjisine dönüştürür ve dönüştürülen bu elektrik gücü ve alıcıya ulaşabilen mikrodalga radyasyon miktarıyla doğru orantılıdır. Bu sayede mikrodalga radyasyon kullanılarak kablosuz güç aktarımı gerçekleştirilir. Bu yöntem maliyeti yüksek olduğu ve insan sağlığına olumsuz etkileri fazla olduğu için pek tercih edilmemektedir.
Lazer Işık Dalgalarıyla Güç Aktarımı: Bu yöntem, güneş enerjisi üretimi kavramıyla açıklanabilir. Güneşin Elektromanyetik Radyasyon (EMR) ile elektrik üretimi sağlanır. Güneşten alınan enerji yerine de küçük bir EMR jeneratörü veya küçük bir ışık kaynağı düşünülürse üretilen radyasyon, ışık kaynağından yüzlerce metre uzak olan yüke odaklanabilir. Odaklanan bu ışık, alıcı modül veya yükün güneş paneline ulaşmasından sonra ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.
Konumuzu sorgulanmaya değer bir ifadeyle bitirelim, “insan bedeninin enerji toplayan ve dağıtan antenler gibi kullanılmak istenmesi”, bu meselenin en uç noktası olabilir mi?
Kablosuz elektrik bağlantısı ve transferinin fikir babası Nikola Tesla, bu icat için stratejik noktalara asılı balon veya kule sistemleri kullanmakla ilgili teoriler üretmişti. Bu kuleler ve asılı balon sistemleriyle çalışan enerji istasyonları inşa edilmeye çalışıldı. Fakat bu projenin yatırımcılığını üstlenen kişinin, çalışmalara daha fazla fon sağlayamayacağını bildirmesi üzerine proje yarıda kalmıştı.
Tesla, kablosuz enerji transferi konusunda ilk olarak 1891’de – daha sonra kendi adıyla anılan – Tesla Bobini’ni icat etti. Bu tasarım, iletken herhangi bir tele ihtiyaç duymadan elektriği iletebiliyordu. Fakat uzak mesafeler için bu iletimi sağlayamıyordu. Bu yüzden Tesla, yeni çalışmalara geçmişti. Bunun için, konumuzun başında bahsedilen asılı balon ve kule adındaki enerji istasyonlarını inşa etmiş oldu. Yüksek voltajlı elektrik gücünün uzun mesafelerde kablosuz iletimini sağlayabilecek düzeneği ancak bu şekilde oluşturmuş olacaktı. Bu konudaki imkânlar kısıtlı olunca, Tesla çalışmalarını çok fazla ilerletemedi, fakat bu çalışmalar gelecek nesillerle ilham kaynağı oldu.
Bilim, birikerek (kümülatif) ilerler, yeni fikir ve icatlar, bir öncekileri temel alarak ve bu verilerin üzerine inşa edilerek gelişimler sağlanır. Bu kablosuz elektrik enerjisi transferi de bu şekilde ilerledi. Örneğin; kablosuz kulaklıklar, elektrikli otomobiller, kablosuz şarj cihazları vs. için bu sistem günümüzde kullanılmaktadır.
Kablosuz elektrik aktarımı kavramına bir de tanımsal olarak bakalım; WPT (Wireless Power Transmission-Kablosuz Güç Aktarımı), herhangi bir kablolama/iletim hat sistemi ve tesisatı kullanılmadan elektriksel gücün aktarılmasını sağlayan bir sistemdir. Kablosuz iletim için güç, elektrik istasyonlarından kule veya iletim hattı kullanılmadan elektriğe ihtiyaç duyan nesneye aktarılır. Bu da “İletim hattı (kablolama) olmadan nasıl aktarım sağlanır?” sorusunu akıllara getirebilir. Onun da açıklaması şöyle; WPT, güç kaynağından endüksiyon/indüksiyon (elektrikleme) bobinleri aracılığıyla alınan elektriğin hava boşluğu üzerinden elektrik yüküne iletilmesi mümkün olur. Peki hava boşluğunda elektrik akımı nasıl iletiliyor? Bu soruyu bir tanımla cevaplayalım. Elektriksel kırılım, yalıtkan (dielektrik veya elektriksel iletkenliği düşük) gücün aşılmasıyla gaz içerisinde bile sağlanabilir. Örneğin; havayı düşünelim; direnci/yalıtkanlığı sonsuza yakın olarak değerlendirilmekte, fakat dikkat edilirse “sonsuz” ifadesine “yakın” ifadesi de eklenmiştir; o yüzden hava, gerekli şartlar sağlandığında elektriği iletebilecek özellik kazanır. Yani “elektrik alan kırılım değeri”ne yaklaşıldığında “serbest elektronlar”, “elektrik alan” kısmından itibaren ivmelenebilecek duruma gelirler. Elektronlardan bahsedecek olursak biraz daha derine inmek gerekir. Elektronlar, atom çekirdeği etrafında belli bir yörüngede dönen atom parçacıklarıdır. Atomun çekirdeğinde bulunan protonlar pozitif (+) yüklü, elektronlar ise negatif (-) yüklü olduğundan bu çekim kuvveti elektronların hareketini sağlar. Havada bulunan elektronları hareketlendirmek, oradan çok fazla elektrik geçirilmesini gerektirir. Elektriksel direnç azlığı ve çokluğu bununla ilgilidir. Direnç de maddenin elektrik akımına karşı oluşan etki durumu olarak tanımlanabilir. Her şeyin enerjiden oluştuğunu düşünürsek, havadaki gazlarla da elektrik iletiminin mümkün olabileceği mantığına ulaşmak zor olmayacaktır.
Kablosuz Elektrik Aktarımı Kullanılan Bazı Alanlar:
Bazı elektrikli otomobillerde,
Kalp pillerinin şarjı için,
Telefon ve akıllı saatler için kullanılan kablosuz şarj pedleriyle elektrik iletimi sağlanabilir.
Bilindiği üzere, günümüzde kablosuz enerji iletimi kısa mesafelerde ve çok sınırlı alanlarda kullanılmaktadır. Mesafe arttıkça enerji kayıplarının oluşmasına bağlı olarak gerçekleşen verimliliğin azalması durumu sebebiyle, Tesla’nın hayal ettiği kadar elektriğin bütün şehre ulaştırılması imkânı şu an için yoktur. Bu konunun engelleriyle ilgili bazı teoriler vardır, fakat o konu daha da derin ve birçok kesim tarafından inanılması güç olduğu veya yok sayıldığı için Türk Hack Team hocalarımız için sakıncası olmazsa ve siz de dilerseniz Off Topic kategorimizde buna değinebiliriz. (Bu konunun işlenmesini isteyenler yoruma belirtebilirler.)
Tesla’nın hayallerindeki şekilde kablosuz elektrik iletimi sağlanabilseydi, şarj edilebilen cihazlarınızın siz daha yolda yürürken bile bataryalarının dolması sağlanabilirdi. Bu da elektrik masraflarının sıfır veya sıfıra yakın olacağı anlamına gelirdi.
Gelelim tekrar genel anlamda bilinenlere; manyetik alanlar oluşturularak elektrik enerjisinin havadaki gazlar (azot, oksijen ve diğer gazlar) vasıtasıyla dolaşması, çoğunlukla yakın mesafelerde mümkün olmaktadır. Ayrıca ışık dalgalarıyla da oluşan güç aktarımı uzak mesafeler için belirli bir noktaya kadar yapılabilmektedir, ama verimliliği düşük seviyededir.
Kablosuz teknolojinin Wi-Fİ ve bluetooth gibi standartlarla anılması, “kablosuz” terimi “veri aktarımı” anlayışıyla da ifade edilebilmektedir. Bunun haricinde sadece kablosuz elektrik aktarımı olarak düşünüldüğünde bir vericiden alıcıya güç aktarılması için elektromanyetik alanların kullanılmasını ifade eder. Yani kablosuz elektrik aktarımında “manyetik rezonans” temel oluşturur.
Kablosuz Güç Transferi Yöntemleri:
Endüktif Kuplajlı Aktarım: Bu yöntemle güç, manyetik bir alan aracılığıyla tel bobinlerle aktarılır. Verici ve alıcı bobinlerle bir transformatör oluşmaktadır. Transformatör, yapısal olarak iki bobin ve nüveden oluşur. Nüve de çekirdek/bir maddenin özü olarak tanımlanabilir. Verici bobinden geçen alternatif akım (AC) da manyetik alan oluşturur. Manyetik alan da alıcı bobinden geçer. İndüklenen alternatif akımsa yükü çalıştırabilir, yükü etkileyen alıcıdaki doğrultucu ile doğru akıma dönüştürür. Bu yöntem, ticari alanda en çok kullanılan kablosuz güç teknolojisidir. Bu konuya verilebilecek örnekler şöyledir: Elektrikli diş fırçaları, insan vücuduna implante edilen biyomedikal implantlar (kalp pilleri, insülin pompaları), mobil cihaz (telefon, diz üstü veya tablet bilgisayarlar, video oyun cihazları vb.) adaptörleri, elektrikli otomobil şarj sistemleri.
Rezonans Endüktif Kuplajlı Güç Aktarımı: Endüktif kuplaj ve rezonans birleşiminden oluşur. Rezonans’ın sağladığı şey şudur; verici ve alıcının güçlü bir etkileşime girmesi. Gücün hem vericide hem alıcıda olmasıyla iki rezonans devresi arasındaki manyetik alanda aktarılan endüktif kuplaj türüdür. Rezonans devreleri, bir kapasitöre bağlı tel bobinden veya iç kapasitörlü bir rezonatörden oluşur. Bu yöntem, en çok modern endüktif şarj teknolojisinde kullanılır. Yani elektriğin manyetik alanla iletilmesini sağlayarak mobil cihazların kablosuz şekilde şarj edilmesi olanağı doğar.
Kapasitif Kuplajlı Güç Aktarımı: Bu yöntemin başka bir adı da elektrikli kuplaj’dır. Gücün aktarılmasında iki elektrot arasındaki güç iletimi için elektrik alanları kullanılır. Alıcı ve verici elektrotlar aralarındaki elektriksel alanla birlikte kondansatör oluşur ve güç, elektrik alan üzerinde gerçekleşir. Bu yöntemle olan aktarım sırasında elektrik gücü iletim modülü yoluyla alternatif akıma dönüştürülür. Alıcı ve verici elektrotlarıyla oluşturulan kapasitörle alıcıya güç iletilir. Alıcı da doğrultucu ve voltaj düşürücü devrelerle akülere sabit akım ulaşmasını sağlar.
Mikrodalga Güç Aktarımı: Burada alternatif akım doğru akıma dönüştürülür. Bu dönüştürülen akım da mikrodalga jeneratörünü besler. Jeneratörde akımın geçtiği ve mikrodalga elektromanyetik radyasyon ile oluşan rezonans boşlukları bulunur. Verici ve alıcı antenlerle dalgalar aktarılır ve doğru akıma çevrilip dağıtılır. Başka bir şekilde açıklarsak verici, bir priz veya sabit bir güç kaynağından güç çeker, ardından da bu AC (doğru akım) gücü seviyesini ayarlar. Daha sonra iletilen güç düzenlenmiş güç kaynağını kullanarak mikrodalgalar üretir. Bu dalgalar, hava yoluyla alıcıya veya yüke ulaşır. Alıcı, mikrodalga ışınımlarını alarak elektrik enerjisine dönüştürür ve dönüştürülen bu elektrik gücü ve alıcıya ulaşabilen mikrodalga radyasyon miktarıyla doğru orantılıdır. Bu sayede mikrodalga radyasyon kullanılarak kablosuz güç aktarımı gerçekleştirilir. Bu yöntem maliyeti yüksek olduğu ve insan sağlığına olumsuz etkileri fazla olduğu için pek tercih edilmemektedir.
Lazer Işık Dalgalarıyla Güç Aktarımı: Bu yöntem, güneş enerjisi üretimi kavramıyla açıklanabilir. Güneşin Elektromanyetik Radyasyon (EMR) ile elektrik üretimi sağlanır. Güneşten alınan enerji yerine de küçük bir EMR jeneratörü veya küçük bir ışık kaynağı düşünülürse üretilen radyasyon, ışık kaynağından yüzlerce metre uzak olan yüke odaklanabilir. Odaklanan bu ışık, alıcı modül veya yükün güneş paneline ulaşmasından sonra ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.
Konumuzu sorgulanmaya değer bir ifadeyle bitirelim, “insan bedeninin enerji toplayan ve dağıtan antenler gibi kullanılmak istenmesi”, bu meselenin en uç noktası olabilir mi?
Son düzenleme:
