Ładowanie bezprzewodowe. Dlaczego na razie jesteśmy skazani na kable?

Przykładowo Intel zamierza za dwa lata rozpocząć sprzedaż komputerów osobistych bez kabli, w których zarówno zasilanie, jak i połączenie z monitorem będą bezprzewodowe. Toyota natomiast zapowiedziała w podobnej perspektywie czasowej uzupełnienie asortymentu o pojazd elektryczny doładowywany w ten sposób. Koncern Lockheed Martin z kolei pracuje nad dronami ładowanymi w trakcie lotu.

Zainteresowani tą techniką są także przedstawiciele branż nieprodukcyjnych. Przykładem jest jedna z największych globalnych sieci kawiarni, która rozważa wyposażenie lokali w maty do ładowania udostępniane klientom. Metoda bezprzewodowa ma być też wkrótce wykorzystywana do zasilania urządzeń medycznych, m.in. pomp serca.

Transmisja energii elektrycznej na odległość bez kabla znajdzie także w przyszłości zastosowanie w wojsku. Na przykład pozwoli ona na doładowywanie robotów bez konieczności ich przenoszenia i odciąży żołnierzy od części ekwipunku, którym często są ciężkie akumulatory.

Metoda indukcyjna jest na razie najpopularniejsza

Energię elektryczną na odległość bezprzewodowo można przesłać na kilka sposobów. Obecnie rywalizują pomiędzy sobą co najmniej cztery rozwiązania. Najpopularniejsza dotychczas jest metoda indukcyjna. Została ona zestandaryzowana przez organizację Wireless Power Consortium pod nazwą Qi. Korzysta się w niej z dwóch cewek - jednej w macie oraz drugiej w odbiorniku energii elektrycznej. W ten sposób doładować można urządzenia o małej mocy, do kilku W.

Aby doszło do transmisji energii elektrycznej, wymagane jest silne sprzężenie cewek. Muszą się one zatem znajdować maksymalnie blisko siebie - dystans je dzielący nie może przekraczać kilku mm. Przy odległości kilkudziesięciu milimetrów sprawność ładowania spada do kilkudziesięciu procent. Ponadto należy je względem siebie ustawić współosiowo. Dokładne wypozycjonowanie cewek jest jednak trudne technicznie i niewygodne dla użytkowników.

Wadą jest również to, że pojedyncza cewka może naładować tylko jedno urządzenie. Obecnie, gdy korzystamy równocześnie z wielu, podejście to jest wysoce nieefektywne, zarówno ze względu na stratę czasu, jak i miejsca. Mimo to ta metoda jest obecnie stosowana najpowszechniej, na przykład w urządzeniach firm Google, Samsung oraz Nokia.

Kto pierwszy, ten lepszy

Alternatywą metody indukcyjnej jest ta, w której wykorzystuje się dodatkowo zjawisko rezonansu. Technika ta pozwala na jednoczesne ładowanie wielu urządzeń, które nie muszą być precyzyjnie ustawione na macie. Możliwe jest też ich ładowanie w większym oddaleniu od niej, od kilku do nawet kilkunastu centymetrów. Dystans ten da się jeszcze zwiększyć przy korzystaniu ze specjalnych repeaterów.

Prawdopodobne jest, że z czasem rozwinięte zostaną też inne techniki bezprzewodowego transferu energii elektrycznej, które zapewnią większą oszczędność miejsca oraz szybkość ładowania, m.in. z wykorzystaniem fal radiowych. W przyszłości staną się one konkurencją dla metod indukcyjnej i rezonansowej. W opinii analityków nowym technologiom trudno będzie jednak wejść na rynek, jeżeli urządzenia zgodne z innymi technikami transmisji energii na odległość będą już rozpowszechnione.

W związku z tym przewiduje się, że metoda, która w ciągu kolejnych dwóch lat zostanie wdrożona na masową skalę, zdominuje ten rynek na lata. Dlatego rywalizacja się zaostrza.

Wojna standardów

Wartość rynku technologii ładowania bezprzewodowego w latach 2013-2018

W dziedzinie przesyłu energii elektrycznej na odległość bez kabli szczególnie aktywne są organizacje: WPC (Wireless Power Consortium), która opracowała i nadzoruje standard Qi, A4WP (Association for Wireless Power) i PMA (Power Matters Alliance). W kręgu zainteresowań dwóch ostatnich jest metoda rezonansowa.

Chociaż podstawą działania obu technik jest to samo zjawisko indukcji magnetycznej, nie są one kompatybilne ze względu na różnice w specyfikacji, m.in. w protokole komunikacyjnym. Stąd wynikają problemy użytkowników, którzy nie mogą swobodnie i wymiennie ładować urządzeń różnych dostawców z jednej maty i tych, którzy najchętniej uzupełniliby swoje produkty o uniwersalny interfejs do ładowania na odległość.

Różnorodność standardów i brak zgodności między nimi to niestety problem, który dotyczy wielu nowych technologii. Dlatego, chociaż według IHS między rokiem 2013 a 2018 wartość rynku technologii ładowania bezprzewodowego zwiększy się z nieco ponad 200 mln do prawie 9 mld dolarów na jej upowszechnienie się trzeba będzie jednak poczekać nieco dłużej.

Powszechność punktów ładowania zdecyduje

Na to, jak szybko pozbędziemy się plątaniny kabli, wpłynąć może decyzja organizacji WPC, która w następnej generacji bezprzewodowych ładowarek planuje wykorzystać metodę rezonansową. Jeżeli to ona zdominuje rynek, zgodnie zresztą z oczekiwaniami analityków, użytkownicy zyskają od razu na sprawności, szybkości oraz wygodzie ładowania, które uznaje się za jej największe zalety.

Na popularność bezprzewodowego transferu energii elektrycznej wpływ będzie miała także powszechność publicznych punktów ładowania. Jeżeli taka usługa będzie dostępna również poza domem, czyli tam, gdzie najczęściej rozładowanie się smartfona czy tabletu jest najuciążliwsze, użytkownicy przy zakupie zaczną zwracać większą uwagę na to, czy dane urządzenie można doładować bez kabla.

Monika Jaworowska