Wireless power transfer: energia senza fili

La tecnologia del trasferimento wireless di potenza (WPT) sarà una delle innovazioni che cambieranno il prossimo futuro. Il campo delle applicazioni possibili varia dall'ambito domestico, come il funzionamento di elettrodomestici senza la necessità dei connettori, a quello della mobilità sostenibile, come l'alimentazione di autovetture elettriche senza tempi di ricarica, e molte altre ne sorgeranno nei prossimi anni. In questo articolo verrà fornito un rapido riassunto sulla storia del trasferimento di potenza senza fili, quindi una carrellata sulle moderne applicazioni di questa tecnologia ed infine verrano esaminati i meccanismi fisici alla base del loro  funzionamento. Il tutto corredato da analisi, confronti e conclusioni sulle qualità e sui difetti rilevati nell'indagine di questa promettente scommessa scientifica.

Storia del trasferimento wireless di potenza

Le origini della trasmissione di potenza senza fili sono da ricercarsi sin dalla fine del 19esimo secolo grazie all'impegno scientifico di Nikola Tesla. Dal 1899 al 1900 il fisico serbo naturalizzato statunitense portò avanti i suoi esperimenti di trasmissione wireless di potenza nella città di Colorado Springs, negli Stati Uniti d'America, concentrandosi sull'accoppiamento induttivo e il trasferimento attraverso il campo elettrico. Nel 1901 iniziò la costruzione, sull'isola di Long Island Sound, della sua Wardenclyffe Tower Facility (figura in basso). La torre venne usata per la radiodiffusione, le comunicazioni senza fili e la trasmissione wireless di potenza, finché la mancanza di fondi e investimenti la resero non operativa giungendo al suo smantellamento durante la prima guerra mondiale come ferraglia.

Wardenclyffe Tower Facility

Le prospettive della trasmissione di potenza senza fili furono dimenticate per alcune decadi fino all'avvento delle tecnologie basate sulle microonde. Nei tardi anni 70 infatti, riprese l'interesse verso l'idea di trasmettere energia senza fili nella forma di trasmissione su lunga distanza di alte potenze. Nello specifico, ricerca e sviluppo, si focalizzarono sulla trasmissione a terra di energia solare raccolta da satelliti in orbita. La trasmissione attraverso microonde divenne realtà nonostante alcuni limiti quali: la scelta di un opportuno intervallo di frequenze per evitare fenomeni di ionizzazione della ionosfera, la realizzazione di un fascio stretto ad alto guadagno con lobi laterali e posteriori bassi per aumentare l'efficienza e la presenza di  rectenne a terra di grandi dimensioni. Nell'immagine sotto viene riportata una rectenna del diametro di 5 Km.

Rectenna con diametro di 5Km

 Negli ultimi anni l'attenzione degli sviluppatori si è spostata dal trasferimento su lunghe distanze a quello su brevi distanze. Dal punto di vista tecnologico ciò ha rappresentato un cambio completo nella filosofia implementativa poichè si è passati dal trasmettere energia per mezzo di microonde (frequenze maggiori di 300MHz), a trasmetterla con campi a bassa frequenza sfruttando il campo non radiativo. L'accoppiamento magnetico induttivo e l'acccoppiamento magnetico risonante sono i fenomeni fisici che vengono oggi sfruttati nella realizzazione dei nuovi sistemi WPT. Questi aspetti tecnologici verrano approfonditi nel paragrafo sul funzionamento dei sistemi WPT.

Moderne applicazioni della tecnologia WPT

Benché si possa individuare nella rimozione dei connettori la principale motivazione nell'adottare questa nuova tecnologia, vi sono altri aspetti da tenere presente, come ad esempio:

  • La maggiore affidabilità dei dispositivi grazie alla rimozione di connettori o batterie indicati come i componenti più vulnerabili.
  • L'eliminazione delle batterie diminuisce i costi ed aumenta la compatibilità con l'ambiente.
  • Eliminazione dei rischi di folgorazione legati alla presenza di connettori scoperti o immersi in acqua.

Di seguito vengono elencate e brevemente descritte alcune possibili applicazioni dei [...]

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5 Commenti

  1. Nollo 28 Marzo 2015
    • gransasso 29 Marzo 2015
  2. Nollo 29 Marzo 2015
  3. Maurizio 30 Marzo 2015

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