webdonsk.ruРектенна своими руками
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 02.09.2024
Другой способ доставки энергии - радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ) в диапазоне от 2,45 до 5,8 ГГц. Они почти не поглощаются атмосферой, не отражаются ионосферой и эффективно преобразуются в электричество. Выполняет это преобразование так называемая ректенна - от английского rectifying antenna (выпрямляющая антенна). К обычной дипольной антенне размером нескольких сантиметров (порядка длины волны излучения) подключают быстродействующий диод Шоттки. Множество таких антенн, представленных на рисунке 2.7, собирают в решетку, покрывающих достаточно большую площадь, и соединяют между собой, чтобы суммировать выработанный в них электрический ток. Обычный радиоприемник можно сравнить с качелями. Он настраивается на частоту крайне слабого сигнала, чтобы тот, попав в резонанс, "раскачал" переменный ток в антенной цепи. Затем этот ток усиливается за счет внешнего источника энергии, аккумулятора, например, и из него извлекается информация. Ректенна, напротив, рассчитана на сильный сигнал. Американский физик Уильям Браун смог передать с помощью такой технологии 30 кВт на расстояние в одну милю с КПД 84% [12].
Рисунок 2.7 - СВЧ-ректенны
Главная проблема такого способа - капризность диодов Шоттки. Диод такого типа не выдерживает больших токов. Поэтому для создания мощного канала нужны большие площади ректенн с большим числом диполей. В итоге экономический эффект берет верх и возвращает к использованию солнечных батарей.
Ректенна (rectifying antenna, выпрямляющая антенна) предназначена для преобразования энергии электромагнитного поля падающей на нее электромагнитной волны в энергию постоянного тока. Начало разработки выпрямительных антенн относится к 1960—1970 гг. Автором устройства является У. Браун, который создал ректенну, нелинейную антенну, преобразующую радиоволновое излучение в электричество. Эффективность этого устройства составляет около 95 %. Эти устройства работали с колебаниями электромагнитных волн с длинами волн порядка нескольких десятков микрон. Простейшим вариантом конструкции может быть полуволновый вибратор, между плечами которого устанавливается диод. В списке литературы приведены патенты советских и российских изобретателей, в которых рассмотрено преобразование электромагнитной энергии в энергию постоянного тока.
На рис. 8.6 показана схема полуволнового диполя. На рис. 8.5, а и б показана электромагнитная волна с напряженностью электрического поля Е, которая падает на полуволновый диполь. Фазы колебаний электромагнитной волны на рис. 8.5, а и б различаются на величину 180°. Наводимый электромагнитной волной в полуволновом диполе ток будет переменным. На рис. 8.6, а и б показано направление тока, соответствующее представленным фазам электромагнитной волны. На рис. 8.6, в показано выпрямление переменного тока при помощи выпрямительного моста и подключение к полуволновому диполю нагрузки с сопротивлением R. В нагрузке протекает постоянный ток I.
В табл. 8.1 приведены значения эффективности антенны в зависимости от частоты колебаний и типа используемого диода.
Эффективность ректенны в зависимости от частоты и типа диода 1
- 1 Brown W. С., Mims J. R., Неепап N. I. An experimental microwave-powered helicopter; Brown W. C. The history of power transmission by radio waves; Venkateswara R. M., Hemanth K. S., Venkat M. С. H. Microwave power transmission - a next generation power transmission system // Journal of Electrical and Electronics Engineering. 2013. Vol. 4. P. 24—28.
- 112
Рис. 8.6. Полуволновый диполь
Достижения в области нанотехнологий последнего десятилетия позволили создать исследователям из Университета Джорджии устройство нового типа, объединяющее наноразмерную антенну и диод типа металл — изолятор — металл (МДМ- структура). Устройство позволяет преобразовывать энергию света в энергию постоянного тока [1] . Работа устройства использует волновые, а не корпускулярные свойства света. Осциллирующие волны света проходят через прозрачный кальциевоалюминиевый электрод и взаимодействуют с нанотрубками из графена. Переходы металл — изолятор — металл на концах нанотрубок служат выпрямителями, включающимися и выключающимися с фемтосекундными интервалами (1(И 5 с). Электроны, генерируемые антенной, могут протекать только в верхний электрод. Сверхнизкая емкость, порядка нескольких аттофарад (10~ 18 Ф), позволяет диоду диаметром 10 нм работать на этих исключительно высоких частотах. По заявлению авторов, технология позволяет добиться эффективности в два раза выше, чем у современных солнечных батарей при стоимости на порядок меньшей. В настоящее время эффективность преобразования составляет величину около 1 %. Ожидается, что эта величина будет повышена до 40 %. Основанные на многослойных углеродных нанотрубках и миниатюрных выпрямителях, изготовленных на них оптические преобразователи могут обеспечить новую технологию для фотоприемников.
Исследования, проводимые в Технологическом институте Джорджии, подтвердили возможность использования углеродных нанотрубок в качестве ректенн для преобразования энергии переменного электромагнитного поля в энергию постоянного тока. Это позволит использовать их в качестве замены фотовольтаических панелей для преобразования солнечной энергии в энергию постоянного тока 1 .
Использование для преобразования энергии солнечного излучения (частота колебаний порядка 500 ТГц) в энергию постоянного тока с использованием ректенн на нанотрубках размером 200—300 нм является одним из перспективных направлений преобразования энергии. КПД таких устройств доходит до 85 %. Теория таких преобразователей описана в соответствующей литературе 2 .
Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.
Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.
Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.
Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.
Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.
В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.
Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:
- как далеко можно передать электроэнергию таким способом
У ноутбука запросы уже побольше - 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.
Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.
Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.
Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.
Самый легко реализуемый способ - использование катушек индуктивности.
Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.
Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.
Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:
Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.
Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.
Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.
Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.
Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.
Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.
Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.
Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.
Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.
Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.
Первое что приходит на ум даже школьнику - это "Звездные войны", лазеры и световые мечи.
Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.
К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.
На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$.
В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат - 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.
Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.
Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели.
Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.
Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.
Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.
Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.
Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.
У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.
Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:
В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.
Он даже дал ей свое название - ректенна.
Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?
И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них - это передача всего нескольких ватт мощности.
А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.
И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.
Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.
Вторая головная боль - нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.
В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.
В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.
Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки - до 85%.
Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:
Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.
После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.
Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.
Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях.
В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.
Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.
Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.
Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:
- с поверхности земли на космический корабль или спутник
- и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю
За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.
Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.
Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.
Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.
Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.
Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.
На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.
Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.
Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею - вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.
Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.
Этакая "звезда смерти" в наших земных реалиях.
На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.
Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше - 5км (размер Садового кольца).
Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.
Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.
Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.
Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос - увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?
К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах беспроводной передачи энергии на расстояние. Технический результат - повышение эффективности приема энергии в тепловом диапазоне ректенн. Ректенна содержит диоды и решетку приемных элементов, выполненную в виде пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока и образующих при пересечении систему квадратных ячеек, приспособление для упругой деформации ячеек, некоторые проводники выполнены в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно, с взаимным перекрытием нанесены кольцевые слои металла, диэлектрика и другого металла, взаимные контакты которых образуют структуру МДМ диода, при этом приспособление для упругой деформации ячеек связано с шинами для обеспечения возможности взаимного перемещения последних. 2 ил.
Формула изобретения
Ректенна, содержащая диоды и решетку приемных элементов, выполненную в виде пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока и образующих при пересечении систему квадратных ячеек, отличающаяся тем, что она снабжена приспособлением для упругой деформации ячеек, и по крайней мере, некоторые проводники выполнены в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно, с взаимным перекрытием нанесены кольцевые слои металла, диэлектрика и другого металла, взаимные контакты которых образуют структуру МДМ диода, при этом приспособление для упругой деформации ячеек связано с шинами для обеспечения возможности взаимного перемещения последних.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах беспроводной передачи энергии на расстояние для повышения эффективности ректенн.
Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет упрощения конструкции при одновременном удешевлении массового производства.
Известна ректенна по патенту РФ № 1814746 от 05.10.1989, содержащая решетку приемных элементов из диодов и проводников в виде кольцевых зон, ячейки соединены в группы параллельно, а группы соединены последовательно с двумя разнополярными шинами сбора постоянного тока. Изобретение обеспечивает эффективную работу ректенны в СВЧ диапазоне, но в области инфракрасного и видимого излучения устройство малоэффективно ввиду невозможности настройки ректенны в резонанс с частотой воспринимаемого излучения.
Известна ректенна, содержащая решетку проводящих элементов в виде вибраторов из колинеарно расположенных полых проводящих труб с вырезами, в которых установлены диоды (А.С. СССР № 1628133 от 29.07.1988). Данное изобретение позволяет значительно повысить надежность работы за счет упрощения конструкции, но оно неприемлемо для приема энергии в тепловом диапазоне излучений ввиду технологических трудностей изготовления труб нужного размера.
Известно устройство для передачи энергии в вакууме, содержащее ректенну и большое количество диодов Шоттки и проводников, связанных с диодами в решетку приемных элементов. (Brown W.C. The Technology and Application of Free Space Transmission by Microwave Beam. Proceedings IEEE, v.62, N1, January,1974). Недостатком указанного устройства является наличие диодов Шоттки, как наиболее ненадежных элементов технологии приема энергии.
Известна ректенна, содержащая решетку приемных элементов из диодов и пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока. (А.С. СССР № 1094110 от 01.02.1983). Известное устройство выбрано в качестве прототипа изобретения. Его недостатком является невозможность использования ректенны для приема энергии теплового диапазона частот.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности приема энергии в тепловом диапазоне за счет минимизации геометрических размеров приемных элементов при одновременном повышении надежности выпрямительных диодов.
Указанный технический результат достигается тем, что в ректенне, содержащей решетку приемных элементов из диодов и пересекающихся проводников, подсоединенных своими концами к двум разнополярным шинам сбора постоянного тока, имеется, согласно изобретению, приспособление для упругой деформации ячеек, и по крайней мере, некоторые проводники выполнены в виде диэлектрической нити, на внешнюю поверхность которой последовательно, с взаимным перекрытием нанесены кольцевые слои металла, диэлектрика и другого металла, взаимные контакты которых образуют кольцевую структуру МДМ диода, при этом приспособление для упругой деформации ячеек связано с шинами для обеспечения возможности взаимного перемещения последних.
Диэлектрическая нить, например из капрона, лавсана, базальта и других материалов, обладает весьма высокой механической прочностью, что позволяет при изготовлении ректенны отказаться от подложки. Сама решетка из диэлектрических нитей является несущим элементом конструкции и может быть использована для формирования ректенны значительных геометрических размеров.
Такие кольцевые по геометрической конструкции МДМ диоды образуют вдоль диэлектрической нити последовательную диодную цепь. Эти цепи соединяют параллельно в электрическом смысле к сборным шинам. Также их связывают между собой одним из способов переплетения нитей, например, наподобие рабицы, или другим способом переплетения нитей, которые применяются при производстве текстиля и трикотажа. В результате ректенну можно ткать или вязать из покрытых слоями металлов и диэлектрика диэлектрических нитей, как трикотаж.
Из полученного в результате вязки полотнища можно изготавливать оболочки и конструкционные несущие элементы, которые найдут применение в космической технике и наземных устройствах, преобразующих энергию внешнего электромагнитного поля в полезную работу.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показана диэлектрическая нить с напыленными слоями в разрезе; на фиг.2 показана часть ректенны.
Диэлектрическую нить 1 покрывают последовательно накладываемыми с перекрытием слоями. Слой золота 2 (анод) покрыт слоем сульфида кадмия 3. Затем нанесен слой индия 4 (катод), который покрыт слоем золота 5. Далее на слой золота опять нанесен слой диэлектрика и далее покрывающие нить 1 слои следуют в указанном порядке. Взаимные перекрытия слоев 2,3,4 формируют диодные зоны 6, в которых образована МДМ структура диода.
Кольцеобразные слои золота 2 обеспечивают нити 1 необходимую для последующего плетения ректенны гибкость. После покрытия нитей 1 слоями металлов и диэлектрика их присоединяют к анодной шине 7, со стороны первого по порядку золотого кольца, переплетают между собой, например, наподобие рабицы и соединяют с катодной шиной 8 индиевым кольцом.
В результате переплетения нитей 1 возникают диодные мосты по контурам образующихся ячеек 9. Эти мосты способствуют уравниванию потенциалов по плоскости ректенны и позволяют перераспределять токи в обход поврежденных нитей и соединений. Тем самым повышается надежность ректенны в целом. Кроме того, повышается технологичность изготовления, поскольку обеспечивается исключение из электрической цепи случайно образованных кольцевых контуров, замкнутых накоротко при формировании ректенны. Шины 7 и 8 соединены приспособлением, например, в виде гидроцилиндра 10 и штока 11, с приводом (не показан), для взаимного перемещения. Раздвигая и сближая шины 7, 8 относительно друг друга перемещением штока 11 в гидроцилиндре 10, возможно увеличивать и уменьшать геометрические размеры ячеек 9, что позволяет производить настройку ректенны на предпочтительную частоту воспринимаемого излучения. Кроме того, поскольку каждая из нитей 1 имеет форму спирали, обеспечивается объемный резонанс токов в нити, что позволяет воспринимать энергию волны с любого направления и любой поляризации с повышенным к.п.д. относительно плоского в плане прототипа.
При разворачивании ректенны в рабочее положение гидроцилиндром 10 в шинах 7, 8 возникает разность потенциалов, которая используется для производства полезной работы. Источником энергии при этом служит внешнее поле электромагнитных излучений, воспринимаемое кольцевыми проводниками 2, 4, 5 и детектируемое кольцевыми зонами 6, в которых реализована структура МДМ диода. Поскольку вдоль нити 1 сформировано множество зон 6, происходит накопление потенциала на концах каждой нити 1, соединенной с шинами 7,8 своими металлическими кольцевыми слоями. Суммирование потенциала каждой из параллельно подключенных к шинам 7,8 нитей 1 определяет в конечном итоге мощность, которую возможно снять с шин 7,8.
Ученые Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) разработали технологию, способную захватывать свет и конвертировать его в электрическую энергию. Созданная не ее основе ректенна (выпрямляющая антенна) состоит многослойных углеродных нанотрубок и диодов-выпрямителей. Когда солнечный, или свет из любого другого источника попадает на антенну из нанотрубок в ней возникает переменный ток, а расположенные на ней выпрямители переключаясь на сверхвысоких частотах, преобразуют переменный ток в постоянный.
Для этого исследователям пришлось создать массив из миллиардов углеродных нанотрубок, расположенных на кремниевой подложке, сформированной с помощью плазмохимических процессов. Каждая нанотрубка представляет собой изолятор из оксида алюминия. Анодом выступает оптически прозрачный слой кальция и алюминия, которым покрыт весь массив.
На данном этапе команде физиков во главе с доцентом Школы механической инженерии Баратунде Кола (Baratunde Cola) удалось создать ректенну с КПД всего 1 %. Но американские инженеры уверены в том, что их изобретение имеет высокий потенциал и со временем производительность устройства может быть значительно улучшена. В перспективе новая технология может в разы повысить эффективность солнечных батарей.
Новые оптические ректенны могут положить начало для создания инновационных фотодатчиков, способных функционировать без охлаждения. Среди прочих возможных сфер применения, выпрямляющие антенны могут послужить основой для более эффективного преобразования солнечной энергии или тепла в электричество.
Результаты научного исследования, проведенного при поддержке Центра космических и военно-морских систем (SPAWAR), Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Научно-исследовательского управления армии США (ARO) были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology, а краткий обзор технологии - в пресс-релизе университета.
Справка. Впервые ректенны начали разрабатывать около пятидесяти лет назад. Эти устройства функционировали на длинах волн порядка десятков микрон и использовались для перехвата так называемых паразитных излучений, которые затем конвертировались в электроэнергию. До открытия физиков института Джорджии, создать ректенну для видимого спектра излучений не удавалось — она требовала антенну достаточно маленького размера, чтобы взаимодействовать с видимым светом, а также разработки миниатюрных выпрямителей, способных переключаться на петагерцевых скоростях (миллиард миллионов операций в секунду).
А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!
Читайте также: