Elektronik cihazlar bir elektrik kaynağına bağlanmadan kendi kendine şarj olabilir mi?
- Konbuyu başlatan Semavi
- Başlangıç tarihi
Çözüm
Evet, elektronik cihazlar herhangi bir elektrik kaynağına bağlanmadan çeşitli yöntemlerle pillerini şarj edebilirler. Tüm farklı yöntemlerin ortak noktası, dış ortamdan başka bir biçimdeki enerjiyi (ısı, ışık, titreşim, radyo dalgaları vb.) absorbe etmeleri ve daha sonra bu enerjiyi cihazın hafızasında depolanan elektrokimyasal enerjiye dönüştürmeleridir. piller. Bu tür yöntemler bilimsel olarak sağlam ve halihazırda başarılı bir şekilde kanıtlanmış olsa da, dış ortamdan elde edilen enerji çoğu zaman pratikte faydalı olmak için yeterli değildir. Enerji yakalamanın daha verimli hale getirilmesi için şu anda yoğun araştırmalar yapılıyor ve bu alanda atılımlar yapılmaya başlıyor. Kablosuz şarj olanağı sunan birçok telefon zaten mevcuttur. Bir cihazın fişe takılmadan kendini şarj etmek için kullanabileceği ana enerji türlerine bakalım.
Güneş panelleri güneş ışığından enerji toplayabilir ve pilleri şarj edebilir. Minyatür güneş panelleri, taşınabilir elektronik cihazları duvara takmaya gerek kalmadan şarj etmek için mevcuttur. Kamu malı görsel, kaynak: NASA.
Güneş Enerjisi
Elektronik cihazlarda kullanılan en eski enerji yakalama yöntemi büyük olasılıkla güneş pili kullanılarak güneş enerjisinin yakalanmasıdır. Onlara güç sağlamak için güneş pillerini kullanan küçük hesap makineleri onlarca yıldır ortalıkta dolaşıyor. Güneş pilleri (fotovoltaikler) sıradan ışığı emer ve yarı iletken katmanları kullanarak onu doğrudan elektriğe dönüştürür. Fotovoltaikler bu noktada iyi anlaşılmış ve ticari olarak kurulmuş olsa da, elde taşınan bir elektronik cihazı şarj etmek için fotovoltaik kullanmanın çeşitli dezavantajları vardır. Ana dezavantaj, fotovoltaiklerin ışıktan elektriğe dönüşüm sürecinin verimsiz olmasıdır. Ancak son zamanlarda verimliliği artıran ilerlemeler kaydedildi ve verimliliğin artırılmasına yönelik yoğun araştırmalar devam ediyor. Diğer dezavantaj ise tipik aydınlatma seviyelerinde ışığın başlangıçta o kadar fazla enerji içermemesidir. Geleneksel güneş pillerinin makul çıkış gücü sağlayabilmesi için boyutlarının büyük olması, uzun süre doğrudan güneş ışığına maruz kalması ve güneşe doğru yönlendirilmesi gerekir. Günün büyük bölümünde cebinizde ya da elinizde bulundurduğunuz bir cep telefonu için bu koşulların hiçbiri pek pratik değil.
Titreşim/Kinetik Enerji
Bir nesne hareket ettiğinde veya titreştiğinde kinetik enerji içerir. Eğer cismin hareketi doğru şekilde durdurulursa bu kinetik enerji, alışılagelmiş atık ısı yerine elektriğe dönüştürülebilir. Hibrit otomobiller, frene bastığınızda elektriği akülere geri vermek için bu konsepti kullanır. İlerleyen otomobilin kinetik enerjisi, fren balatalarında atık ısı olarak depolanan enerji yerine, tekerleklerdeki bir jeneratör kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Elde taşınır bir cihaz için erişebildiği en önemli kinetik enerji, siz etrafta dolaşırken ve cihazı cebinizde taşırken cihazın yaşadığı düzenli çarpma ve sarsıntılardır. Kinetik enerji yakalamayı pratik ve verimli hale getirmek için araştırmalar devam etmektedir. Örneğin Zhong Lin Wang ve Jinhui Song, piezoelektrik nanotel dizilerini kullanarak titreşim enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğünü gösterdi . Piezoelektrik kristallerin ilginç bir özelliği vardır; sıkıştırıldıklarında az miktarda elektrik üretirler. Tipik olarak, piezoelektrik etki yoluyla yakalanan enerji miktarı bir cihaza güç sağlamak için çok küçüktür, ancak nano ölçekli yapılardaki son gelişmeler bunların verimliliğini artırmaktadır.
Isı Enerjisi
Doğal ortamdaki ortam ısısı yakalanıp elektriğe dönüştürülebilir. Bunu yapmanın birçok yolu vardır, ancak temel kavram, iyonların veya elektronların rastgele termal hareketini, bir elektrik akımı oluşturan daha düzenli bir yük hareketine dönüştürmektir. Bu hunileme genellikle farklı termal ve elektriksel özelliklere sahip çeşitli malzemelerin katmanlanmasıyla gerçekleştirilir. Örneğin araştırmacılar Guoan Tai, Zihan Xu ve Jinsong Liu yakın zamanda silikon ile bakır(II) klorür çözeltisi arasında oluşan iyon katmanını kullanarak ısının elektriğe dönüşümünü gösterdiler .
Radyo Dalgaları ve Elektromanyetik İndüksiyon
Tüm elektromanyetik dalgalar enerji taşır. Tipik olarak, bizi çevreleyen radyo dalgaları bir sinyali (cep telefonu sinyali gibi) taşıyacak kadar güçlüdür, ancak bir cihaza önemli bir güç sağlayamayacak kadar zayıftır. Daha yoğun radyo dalgaları kullanılarak enerji, kablosuz olarak önemli güç seviyelerinde bir cihaza ışınlanabilir. Nikola Tesla, 1890'larda kablosuz güç aktarımı konusunda öncü araştırmalarıyla ünlüdür. Böyle bir yaklaşımda kayalardan, ağaçlardan, yıldızlardan vb. gelen ortam radyo dalgaları güç sağlamaya yetecek kadar güçlü değildir. Bunun yerine, yoğun radyo dalgalarını oluşturmak için özel bir güç vericisine ihtiyaç vardır ve bu bir dezavantaj olarak değerlendirilebilir. Ayrıca, basit bir masaüstü radyo vericisi kullanılırsa, elektromanyetik enerjiyi verimli bir şekilde yakalamak için şarj edilecek cihazın vericiyle aynı binada olması gerekir. WIFI yönlendiricileri ve cep telefonu baz istasyonları gibi kablosuz sinyal vericileri, birkaç boşlukla internet bağlantısı sağlayacak kadar yaygın hale geldiğinden, bu ciddi bir sınırlama olmayabilir . Kablosuz güç iletim ekipmanı mevcut kablosuz sinyal iletim altyapısına yerleştirilebilir . Kablosuz güç vericilerinin yalnızca bir güç kaynağına bağlanması yeterli olduğundan ve internete bağlanmalarına gerek olmadığından, otomobillere, teknelere ve uzak bölgelere bile kurulabilirler. Radyo dalgaları ile elektromanyetik indüksiyon arasında temel bir fark olduğunu unutmayın. Radyo dalgaları elektromanyetik alanda kendi kendine yayılan yürüyen dalgalardır. Buna karşılık, indüksiyon etkileri, dalgalanmayan ancak yine de enerji taşıyan, daha lokalize elektromanyetik bozulmalardır. Teknoloji açısından bakıldığında, radyo dalgası güç iletimi ve indüksiyon güç iletimi neredeyse aynı şeydir. Radyo dalgası/endüktif şarj yöntemleri, Google'ın Nexus 4 telefonu ve Nokia'nın Lumia 920 telefonu gibi çeşitli ticari ürünlerde halihazırda kullanılıyor .
Güneş panelleri güneş ışığından enerji toplayabilir ve pilleri şarj edebilir. Minyatür güneş panelleri, taşınabilir elektronik cihazları duvara takmaya gerek kalmadan şarj etmek için mevcuttur. Kamu malı görsel, kaynak: NASA.
Güneş Enerjisi
Elektronik cihazlarda kullanılan en eski enerji yakalama yöntemi büyük olasılıkla güneş pili kullanılarak güneş enerjisinin yakalanmasıdır. Onlara güç sağlamak için güneş pillerini kullanan küçük hesap makineleri onlarca yıldır ortalıkta dolaşıyor. Güneş pilleri (fotovoltaikler) sıradan ışığı emer ve yarı iletken katmanları kullanarak onu doğrudan elektriğe dönüştürür. Fotovoltaikler bu noktada iyi anlaşılmış ve ticari olarak kurulmuş olsa da, elde taşınan bir elektronik cihazı şarj etmek için fotovoltaik kullanmanın çeşitli dezavantajları vardır. Ana dezavantaj, fotovoltaiklerin ışıktan elektriğe dönüşüm sürecinin verimsiz olmasıdır. Ancak son zamanlarda verimliliği artıran ilerlemeler kaydedildi ve verimliliğin artırılmasına yönelik yoğun araştırmalar devam ediyor. Diğer dezavantaj ise tipik aydınlatma seviyelerinde ışığın başlangıçta o kadar fazla enerji içermemesidir. Geleneksel güneş pillerinin makul çıkış gücü sağlayabilmesi için boyutlarının büyük olması, uzun süre doğrudan güneş ışığına maruz kalması ve güneşe doğru yönlendirilmesi gerekir. Günün büyük bölümünde cebinizde ya da elinizde bulundurduğunuz bir cep telefonu için bu koşulların hiçbiri pek pratik değil.
Titreşim/Kinetik Enerji
Bir nesne hareket ettiğinde veya titreştiğinde kinetik enerji içerir. Eğer cismin hareketi doğru şekilde durdurulursa bu kinetik enerji, alışılagelmiş atık ısı yerine elektriğe dönüştürülebilir. Hibrit otomobiller, frene bastığınızda elektriği akülere geri vermek için bu konsepti kullanır. İlerleyen otomobilin kinetik enerjisi, fren balatalarında atık ısı olarak depolanan enerji yerine, tekerleklerdeki bir jeneratör kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Elde taşınır bir cihaz için erişebildiği en önemli kinetik enerji, siz etrafta dolaşırken ve cihazı cebinizde taşırken cihazın yaşadığı düzenli çarpma ve sarsıntılardır. Kinetik enerji yakalamayı pratik ve verimli hale getirmek için araştırmalar devam etmektedir. Örneğin Zhong Lin Wang ve Jinhui Song, piezoelektrik nanotel dizilerini kullanarak titreşim enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğünü gösterdi . Piezoelektrik kristallerin ilginç bir özelliği vardır; sıkıştırıldıklarında az miktarda elektrik üretirler. Tipik olarak, piezoelektrik etki yoluyla yakalanan enerji miktarı bir cihaza güç sağlamak için çok küçüktür, ancak nano ölçekli yapılardaki son gelişmeler bunların verimliliğini artırmaktadır.
Isı Enerjisi
Doğal ortamdaki ortam ısısı yakalanıp elektriğe dönüştürülebilir. Bunu yapmanın birçok yolu vardır, ancak temel kavram, iyonların veya elektronların rastgele termal hareketini, bir elektrik akımı oluşturan daha düzenli bir yük hareketine dönüştürmektir. Bu hunileme genellikle farklı termal ve elektriksel özelliklere sahip çeşitli malzemelerin katmanlanmasıyla gerçekleştirilir. Örneğin araştırmacılar Guoan Tai, Zihan Xu ve Jinsong Liu yakın zamanda silikon ile bakır(II) klorür çözeltisi arasında oluşan iyon katmanını kullanarak ısının elektriğe dönüşümünü gösterdiler .
Radyo Dalgaları ve Elektromanyetik İndüksiyon
Tüm elektromanyetik dalgalar enerji taşır. Tipik olarak, bizi çevreleyen radyo dalgaları bir sinyali (cep telefonu sinyali gibi) taşıyacak kadar güçlüdür, ancak bir cihaza önemli bir güç sağlayamayacak kadar zayıftır. Daha yoğun radyo dalgaları kullanılarak enerji, kablosuz olarak önemli güç seviyelerinde bir cihaza ışınlanabilir. Nikola Tesla, 1890'larda kablosuz güç aktarımı konusunda öncü araştırmalarıyla ünlüdür. Böyle bir yaklaşımda kayalardan, ağaçlardan, yıldızlardan vb. gelen ortam radyo dalgaları güç sağlamaya yetecek kadar güçlü değildir. Bunun yerine, yoğun radyo dalgalarını oluşturmak için özel bir güç vericisine ihtiyaç vardır ve bu bir dezavantaj olarak değerlendirilebilir. Ayrıca, basit bir masaüstü radyo vericisi kullanılırsa, elektromanyetik enerjiyi verimli bir şekilde yakalamak için şarj edilecek cihazın vericiyle aynı binada olması gerekir. WIFI yönlendiricileri ve cep telefonu baz istasyonları gibi kablosuz sinyal vericileri, birkaç boşlukla internet bağlantısı sağlayacak kadar yaygın hale geldiğinden, bu ciddi bir sınırlama olmayabilir . Kablosuz güç iletim ekipmanı mevcut kablosuz sinyal iletim altyapısına yerleştirilebilir . Kablosuz güç vericilerinin yalnızca bir güç kaynağına bağlanması yeterli olduğundan ve internete bağlanmalarına gerek olmadığından, otomobillere, teknelere ve uzak bölgelere bile kurulabilirler. Radyo dalgaları ile elektromanyetik indüksiyon arasında temel bir fark olduğunu unutmayın. Radyo dalgaları elektromanyetik alanda kendi kendine yayılan yürüyen dalgalardır. Buna karşılık, indüksiyon etkileri, dalgalanmayan ancak yine de enerji taşıyan, daha lokalize elektromanyetik bozulmalardır. Teknoloji açısından bakıldığında, radyo dalgası güç iletimi ve indüksiyon güç iletimi neredeyse aynı şeydir. Radyo dalgası/endüktif şarj yöntemleri, Google'ın Nexus 4 telefonu ve Nokia'nın Lumia 920 telefonu gibi çeşitli ticari ürünlerde halihazırda kullanılıyor .