Передвижная опалубка для стен своими руками

Передвижная опалубка для стен своими руками

Приемы монтажа опалубки стен

Опалубка стен может понадобиться при возведении бетонных вертикальных перегородок. Для ее изготовления используют металл или крепкие породы дерева, чтобы не происходило деформации при расширении застывающего бетона. Сооружение такого каркаса самостоятельно поможет не только заметно сэкономить, но и с легкостью установить опалубку своими руками в следующий раз.

Разновидности конструкций для стен

Опалубка подразделяется на несколько видов, в зависимости от метода изготовления:

  • простые – используются повсеместно, отличаются дешевизной;
  • специальные – со встроенным обогревателем, используются в регионах с низкими температурными показателями.

По способу установки:

  • съемные – после заливки и застывания бетона демонтируются, используются повторно или разбираются на элементы, применяемые в строительстве для различных целей;
  • несъемные – не демонтируются, становятся частью строения.
  • дерево – обрезная доска доступна по цене, имеет высокое качество, легкая в установке;
  • фанера – снижают вероятность утечки бетона, создают плотную конструкцию, но дороже по стоимости;
  • металл – для изготовления опалубки используется редко ввиду высокой стоимости, чаще из материала делают укрепления и опоры для конструкции;
  • фибролитные и цементно-стружечные – отличаются высокой прочностью, но используются редко;
  • пенополистирол – из материала изготавливается несъемная опалубка, выполняющая роль утеплителя.

Принцип использования

Конструкция скользящей опалубки

Технология скользящей опалубки заключается в периодическом перемещении ограждающих щитов, установленных с обеих сторон рабочей зоны по мере ее наполнения бетонным раствором. В отличие от съемной опалубки форма не снимается, а скользит по направляющим под действием механических захватов. Толщина создаваемой стены варьируется в пределах 16-36 см. Один цикл скольжения составляет до 20 см с общей высотой до 600 см.

Оборудование имеет следующее устройство:

  • Ограждающие щиты широкой или узкой конфигурации. Образуют форму, в которую укладывается арматура и заливается бетон.
  • Направляющие балки. Предназначены для придания щитам жесткости и прочности.
  • Домкратные рамы. Устанавливаются сверху и снизу. Предназначены для крепления движущих приспособлений.
  • Домкраты. Представляют собой телескопические трубы, раздвигающиеся под воздействием гидравлического насоса.
  • Силовая установка. Работает на бензиновом или электрическом двигателе. Передает энергию на домкраты.
  • Рабочие подмостки. Представляют собой закрепленную на выступающей из плит арматуре площадку. Используется для крепления домкратной рамы и нахождения обслуживающего персонала.

В зависимости от сложности установки щиты передвигаются поочередно или синхронно по периметру всего строящегося здания.

Подготовка к заливке стен дома керамзитобетоном

Первым делом нужно подготовить фундамент, установив на него гидроизоляцию. Далее, можно пойти двумя путями и использовать несъёмную или съёмную опалубку. Первый вариант значительно дороже. Для его воплощения возводятся две параллельные стены из кирпича, различных блоков (как для наружной, так и для внутренней отделки) или листов и плит (только для внутренней облицовки), между которыми оставляется пространство для заливки керамзитобетона. При применении такой технологии следует обеспечить скрепление стен опалубки и самого наполнителя между собой. Связывание может обеспечиваться за счёт перпендикулярно уложенных кирпичей или блоков, используемых для возведения стен опалубки, выступающих внутрь просвета или же арматуры, арматурной сетки. Плиты и листы монтируют на каркас, который соединяют с внешней стеной при помощи металлических скоб. Главное – помнить, что расстояние между связующими звеньями по высоте стены не должно превышать шестидесяти сантиметров.

Наиболее простым и экономично выгодным вариантом является съёмная передвижная опалубка. Изготовляется она наиболее часто из фанеры, обёрнутой в полиэтиленовую плёнку. Соединяются обе части опалубки резьбовыми шпильками с надетыми на них гофрированными трубками. Неоспоримым преимуществом монолитного строения дома перед блочным из того же материала является низкая гибкость спектра выбора толщины стены из керамзитобетонных блоков.

Фото: монолитная стена из керамзитобетона

В каких сферах используется разборно-подъемное сооружение

Передвижные элементы применяют при строительстве дома многоэтажного типа, либо с одним этажом, независимо, многоквартирное здание запланировано или частное.

Примеры строений со скользящей опалубкой — башни, силосы, технические постройки, легкие места под хранение предметов, продуктов питания.

Маловесный короб используется при возведении, ремонте зданий, колодцев.

Строительство с использованием скользящего каркаса

Нужно правильно выбрать вариант воплощения плана, в зависимости от вида передвижной заготовки.

В зависимости от размеров щитов, бывает крупная и мелкая вариация передвижного короба. Основное различие состоит в количестве расходуемого материала, времени на монтаж/демонтаж формы.

Для эксплуатации крупнощитовой передвижной формы требуется спецтехника – подъемный кран, строительство заметно ускоряется.

Отдельный параметр — разделение домкратов. Ручные изделия наименее эффективны, сильно тормозят процесс, а после бетонирования извлечь их невозможно. Деталь становится частью бетонной заливки, влияя на показатель общего веса арматуры.

Место подъемника короба

Гидравлический домкрат позволяет работать одновременно на нескольких таких деталях. Автоматическое управление достигается пультом дистанционного управления.

Электроподъемник ставится на рамы, где происходит автоматическое возведение щитов вдоль строения.

Целевое назначение передвижной заготовки — строительство высотных зданий. Наиболее оправдано применение системы при воздвижении дома с количеством этажей не менее 16.

Съёмная опалубка

Классическая съёмная опалубка сегодня активно применяется при строительстве многоэтажных домов. В коттеджном строительстве она используется почти исключительно для создания фундаментов и межэтажных перекрытий. Тем не менее, хоть и нечасто, можно встретить индивидуальные дома, с «цельнолитыми» монолитными стенами.

Также монолитные технологии могут эффективно применяться, если в одном месте возводится большое количество (пусть и небольших) коттеджей. Например, с применением съёмной опалубки были построены десятки домов в микрорайоне «Европейская деревня».

Читайте также:
Пластиковые трубы большого диаметра: использование изделий в обустройстве колодца для питьевой воды

С точки зрения небольших строительных компаний, несъёмная опалубка – это технология достаточно высокого класса. Чтобы работать с ней, необходимо иметь достаточно недешёвое оборудование. Цена комплекта опалубки начинается от 500 тыс. руб. Немногие фирмы, специализирующиеся на коттеджах готовы вложить такие средства, причём без гарантии, что эти вложения окупятся в обозримом будущем.

Табл. 1 Технологии монолитного строительства частных домов

Технология Цена 1 кв. метра готового дома, тыс. руб. Цена 1 кв. метра стены, руб.
Съёмная опалубка (пенополистирол) от 16 от 1800
Съёмная опалубка Бризолит от 13,2 от 1700
Съёмная опалубка Durisol от 20 от 2850
Переставная опалубка от 1400
Съёмная опалубка от 14 от 1700

Пояснения к таблице: Расчёт приведён для «усреднённого» коттеджа 10×10 м. со вторым мансардным этажом. Общая площадь наружных стен около 200 кв. м. Цена готового дома указана без стоимости внутренней отделки. Цена квадратного метра стены учитывает саму стену, слой утепления и наружную отделку (штукатурка). В случае с переставной опалубкой цена указана без стоимости работы по возведению самой стены, только материал. Утепление и штукатурка посчитаны с учётом стоимости работы. Указанные цены актуальны на май-июнь 2015 года.

Материалы для съемной опалубки

Съемная опалубочная конструкция может изготавливаться из древесины, стали, фанеры и других материалов.

Как правило, пользуются стационарными конструкциями. Но если вы ограничены в финансовых средствах, или обладаете достаточным количеством времени, можно установить передвижной вариант опалубки.

Дерево

Древесину считают легким и одним из дешевых вариантов для установки опалубочной конструкции. Для изготовления такой системы потребуются нужных размеров доски, бруски и гвозди. Из пиломатериала готовятся щиты, монтаж которых помогает создать форму запроектированного объекта.

Стационарные системы представлены двумя рядами щитов, между которыми остается свободное пространство для заливки бетонного раствора. Щиты после затвердевания конструкции снимаются и используются на новом рабочем месте.

Желательно использовать древесину, обладающую устойчивостью к воздействию влаги.

Фанера

Этот древесный материал считается недорогим и достаточно гибким. Чтобы ограничить изгиб фанеры, изготавливаются опалубочные конструкции двух видов:

  • внешние. Каркасная коробка состоит из арматуры, внешние стороны обшиваются фанерными листами. Недостаток заключается в том, что на стенках остается много мест фиксации фанеры;
  • внутренние. Основание делается из металлического уголка или арматурных прутьев, в него вставляются фанерные листы. Данный способ более предпочтителен, так как фиксация фанеры выполняется только по угловым участкам. Правда, придется дополнительно потратиться на приобретение уголков.

Сталь

Металлическую опалубку собирают из двойных стальных листов, соединенных сваркой или заклепками. Полученные сплошные формы прикручиваются болтами к трубам. Конструкция получается надежной, но для заливки стен не годится.

Алюминий

Вариант применения щитов из алюминиевого сплава напоминает использование опалубки из металла. Ограждающая конструкция почти не подвергается коррозии, отличается легким весом. Из таких щитов легко монтируется вертикальная опалубка.

Правда, имеется существенный недостаток – стоят панели достаточно дорого, нуждаются в бережном отношении, так как легко поддаются деформированию.

Пластик

Производство таких опалубочных систем наладили недавно, но пластмассовые системы сразу получили большую популярность. Их применяют для стен, толщина которых не превышает сорока сантиметров, что весьма приемлемо при частном строительстве.

Опалубки из пластикового материала отличаются определенными достоинствами:

  • вес элементов не превышает одиннадцати килограмм, что значительно облегчает транспортировку и монтаж;
  • установка и демонтаж выполняются быстро – достаточно повернуть специальную ручку под углом в девяносто градусов;
  • демонтированные элементы легко отмываются от остатков бетонного раствора;

  • система может применяться не менее семидесяти раз, сохраняя свои первоначальные формы;
  • складирование и хранение допускаются на открытой площадке;
  • исполнение опалубки модульное – для подгонки под нужные размеры панели не разрезаются.

Область применения

Мелкощитовыми стеновыми опалубками пользуются при строительстве небольших сооружений. Конструкции с крупными щитами применяются для заливки монолитных железобетонных стен и устройства поверхностей, имеющих в плане переменное сечение.

С помощью блок-форм возводят замкнутые бетонные сооружения, не отличающиеся большими размерами. Эти же элементы могут использоваться при обустройстве колонн, шахт лифтов, отдельных стеновых элементов и фундаментных оснований.

Блочные опалубки предназначены для возведения трех – четырех стен по всему периметру объекта сразу, пользуются ими и при заливке внутренних перегородок.

Скользящую стеновую опалубку применяют в строительстве многоэтажных объектов, не отличающихся сложной планировкой и напоминающих башенные сооружения.

Заключение

Из всех приведенных способов наиболее дорогим и быстрым способом возведения является отливка стен в многоразовую металлическую или металлопластиковую опалубку. Средняя цена за метр квадратный конструкции составляет не менее 5 тысяч рублей. Если арендовать оснастку, обойдется в пределах 500 рублей в неделю за метр квадратный. Стоимость одноразовой опалубки «Velox» составляет 600-800 рублей за метр квадратный. Самой дешевой и самой медленной будет отливка в самодельные деревянные формы. Кирпичная форма обойдется вам на уровне стальной конструкции.

Скользящая опалубка для стен своими руками видео

Рассмотрим подробнее устройство скользящей опалубки, целесообразность ее использования и метод монтажа.

Сфера использования и конструкция

Конструкция скользящей опалубки представляет собой 2 ряда одинаковых щитов высотой до 1,2 м, усиленных с помощью деревянных балок. Щитовой каркас соединяется с металлической рамой, на которой устанавливаются домкраты, позволяющие равномерно поднимать конструкцию.

Домкраты для скользящей опалубки могут быть:

  1. Ручными. Это самый дешевый вариант, однако, ручные домкраты нуждаются в частом ремонте. Кроме этого, их очень неудобно использовать при строительстве своими руками.
  2. Гидравлическими. Оборудование этого типа встречается намного чаще. Такие системы работают благодаря подключенным насосам, которые позволяют функционировать сразу всей группе домкратов.
  3. Электрическими. Такие модели стоят дороже всего, однако, они считаются самыми современными, благодаря безотказной работе и малому весу. При использовании домкрата не придется прилагать много усилий.
Читайте также:
Правила приготовления компоста к новому сезону

Несмотря на то, что бетонирование с помощью подвижной опалубки позволяет значительно сэкономить время на строительстве, процесс установки скользящего каркаса считает довольно специфическим. Такая конструкция будет оправдана только в том случае, если вы строите:

  • расположенные рядом высотные сооружения;
  • одиночное здание, высота которого превышает 25 м;
  • силос;
  • дымовую трубу;
  • градирню;
  • колодец.

Для возведения частного жилого дома своими руками такая технология используется очень редко, из-за того, что будет осложнена организация оконных и прочих проемов, отверстий для коммуникаций и многого другого. В этом случае обычная фиксированная вертикальная опалубка будет более оптимальным и простым вариантом.

Помимо этого, стоит обратить внимание и на другие недостатки и преимущества скользящей опалубки.


Технология возведения монолитных конструкций скользящей опалубкой

Передвижные конструкции с успехом используют при возведении глубокозаглублённых ленточных фундаментов. На подстилающем слое делают бетонную подготовку, затем на ней воздвигают арматурный каркас, вокруг которого устанавливают конструкции скользящей опалубки. Технология возведения фундаментных стен ленточного монолита такая же, как и при строительстве несущих стен здания. После монтажа конструкций опалубки вокруг арматурного каркаса производят заливку бетонной смеси. Все слои бетона толщиной 200-300 мм уплотняют электрическими вибраторами. После того, как бетон наберёт начальную несущую способность, щиты приводятся в движение по вертикали гидравлическими подъёмниками.

В фундаменте закрепляют вертикальные направляющие в виде металлических стержней. По этим направляющим передвигают опалубочные щиты. При возведении стен первоначальная высота стержней составляет 6 метров. При строительстве дома большей высоты стержни наращивают.

Посмотрите видео, как используется данный вид опалубки при заливке монолитных конструкций.

Плюсы и минусы скользящей опалубки

Среди преимуществ такой конструкции:

  • высокий темп работы;
  • расходы на строительство сокращаются на 15-20%;
  • возможность возведения сложных конструкций с разной геометрией.

При этом такие каркасы обладают массой недостатков (для частного строительства):

  • внутри опалубки сложно устанавливать армирующие каркасы;
  • заливка перекрытий становится более трудоемкой;
  • так как заливка бетонной смеси и подъем каркаса должны осуществляться непрерывно, потребуется целая строительная бригада;
  • при заливке бетона в зимнее время потребуются дополнительные расходы на прогрев раствора;
  • при несоблюдении технологического процесса установки конструкции, эффективность использования скользящей опалубки сильно снижается;
  • для конструкции этого типа необходимо использовать бетон наивысшего качества и пластифицирующие добавки;
  • опалубка должна подниматься строго вертикально;
  • в случае ошибки, стоимость устранения дефектов будет очень высокой.

Если же вы планируете построить на загородном участке колодец, то скользящий каркас вполне можно использовать. Рассмотрим подробнее, как возвести опалубку в этом случае.

Достоинства и недостатки

Как и любой элемент строительной конструкции, скользящая опалубка обладает своими достоинствами и недостатками. К достоинствам можно отнести:

  • Высокую скорость выполняемой работы. Зафиксированы случаи, когда 1 этаж дома по скользящей опалубке был возведен за сутки. При этом, используя нужное количество рабочей силы, всё равно наблюдается существенная выгода, которая составляет до 20%.
  • Сокращение стоимости строительства целого объекта.

Скользящая опалубка позволяет воплощать в жизнь самые неординарные архитектурные решения, поскольку при помощи скользящей опалубки можно возводить не только прямоугольные строения, но и овальные, круглые, а также иные формы зданий. Есть и угловые элементы, которые позволяют добиться максимальной прочности угловых соединений.

Наряду с достоинствами, выделяют и недостатки, которые заключаются в следующем:

  • Сложность выполнить монтаж опалубки при наличии арматурного каркаса.
  • Сложность в формировании проёма, если стена имеет большой размер.
  • Необходимость использования большого количества спецтехники, что повышает трудоемкость при заливке межэтажных перекрытий.
  • Работники должны иметь высокую квалификацию, что повлечет за собой увеличение оплаты труда.
  • Обязательное соблюдение норм, правил и всех технологических аспектов, поскольку иначе есть вероятность нарушения рабочего процесса, что в дальнейшем повлечет снижение прочности конструкции.
  • Должна быть налажена поставка бетона. Бетон должен привозиться днем и ночью, а его качество должно быть соответствующим проектной документации.
  • Следует разбивать рабочий процесс на 3 смены, что влечет за собой увеличение затрат на оплату труда рабочим.

  • Следует соблюдать вертикаль подъема опалубки, с отклонением до 0,5 градусов каждого щита.
  • Следует непрерывно вязать арматуру, чтобы это не задерживало общий процесс выполнения работы.
  • Если в процессе работы были допущены дефекты, то это может повлечь за собой дополнительные затраты на устранение проблем.

Как видите, недостатки есть, но с ними легко бороться. Главное правильно подбирать строительные бригады, а также использовать необходимые добавки, снижающие отвердение бетона до 18 часов.

Изготавливаем опалубку для колодца

Каркас для колодца можно изготовить самостоятельно или взять в аренду готовую форму.

Скользящая опалубка своими руками изготавливается из полуколец по следующей схеме.

При необходимости внутреннее кольцо можно сделать меньше на 10 см и тогда земельные работы уменьшатся на 20%.

Для подобной конструкции лучше брать металлические листы толщиной 1-1,5 мм, если использовать более тонкий материал (например, 0,8 мм), то опалубка будет не достаточно прочной. В свою очередь, слишком толстые листы (более 1,5 мм) значительно утяжелят конструкцию.

Полезно! Крепежные элементы не должны быть внутри, иначе они будут «цеплять» бетонный раствор. Лучше вывести все крепежи наружу.

Чтобы листы полукруга не смещались в процессе высвобождения опалубки, между ними необходимо установить бруски, толщиной порядка 20 мм. Также потребуется подготовить:

  • 12 «дистанционных» брусков длиной около 9,5 см (они буду располагаться между внешней и внутренней стенками конструкции).
  • 2 крестовины (как на рисунке ниже), с помощью которых вы сможете придать опалубке правильную цилиндрическую форму. Для изготовления крестовины достаточно соединить две доски крестом и скрепить их болтом.
Читайте также:
Перголы с качелями (54 фото): деревянная садовая пергола в ландшафтном дизайне и другие модели, подвесные качели на перголе своими руками по чертежам

В результате у вас должна получиться такая конструкция.

Конструкция подвижной опалубки

Скользящая опалубка изготавливается из двух одинаковых по высоте наружных и внутренних щитов. Обычно высота такой опалубки составляет 1,2 м. Неизменяемость конструкции щитов обеспечивается с помощью опалубочных балок, которые располагаются двумя ярусами по высоте щитов с обеих сторон — наружной и внутренней — по полному контуру. Усилия от балок передаются металлическим домкратным рамам, которые расположены по всему периметру над опалубкой. На домкратные рамы подвешиваются: опалубка, подмости, рабочая площадка. Домкратные рамы массу опалубки и других элементов распределяют между домкратными стержнями диаметром 22-28 мм и длиной 6 м или трубами, расположенными на расчетном расстоянии.

Расстояние между стержнями или трубами определяется в зависимости от испытываемых ими усилий. Оно не должно быть более 2 м — для круглых стержней и 1,4 м — для стержней с прямоугольным профилем. Несущая способность домкратных стержней должна превышать все оказываемые на них нагрузки и усилия.

Монтаж опалубки для колодца

Оптимальным временем для рытья колодца считается период с августа по октябрь, когда уровень грунтовых вод спадает.

Прежде, чем начать монтаж опалубки и залить бетон, необходимо подготовить:

  • Донный фильтр. Для этого необходимо засыпать на дно колодца слой песка и щебня (толщина зависит от уровня грунтовых вод и особенностей рельефа).
  • Участок для насосного оборудования (если оно предполагается).
  • Слой гидроизоляции из рубероида или обычной плотной пленки.

Также на дне колодца устанавливаются рамы, на которых фиксируются домкраты.

Технология установки опалубки выглядит следующим образом:

  1. Соберите опалубку и опустите ее в котлован.
  2. Установите верхнюю и нижнюю крестовины.
  3. Уложите между внешней и внутренней стенками по 6 «дистанционных» брусков (сверху и снизу).
  4. Отрегулируйте опалубку по отвесу, чтобы она находилась в вертикальном положении.
  5. Смешайте цемент М 400 (или выше) и песок в пропорции 1:4, добавьте воду и щебень так, чтобы раствор перемешивался с трудом.
  6. Установите в опалубку продольную и поперечную арматуру (можно использовать стальные стержни или обычную проволоку).
  7. Залейте слой бетона выстой порядка 30 см и уплотните его штыкованием.
  8. Удалите дистанционные бруски.
  9. Дождитесь, пока стены первого яруса наберут начальную прочность, и начните поднимать конструкцию опалубки на 2,5 см каждые 10 мин.

Таким образом, с помощью подвижной опалубки можно довольно быстро изготовить колодец.

Полезно! Некоторые рекомендуют монтировать под первое кольцо колодца «бетонный нож», диаметр которого должен быть чуть больше самого кольца. Это делается для простоты спуска готовых колец. Однако, монтировать «нож» очень сложно, объем земляных работ увеличится, появится риск, что стенки колодца начнут отклоняться по вертикали.

Подобным методом можно осуществлять бетонирование и других объектов.

Особенности и стоимость использования скользящей опалубки

Если вы используете подвижную опалубку для заливки стен монолитного дома, то для каркаса необходимо выбирать щиты из металла или влагоустойчивой древесины. Внутренние щиты рекомендуется изготавливать из листовой стали.

Если говорить о стоимости вопроса, то выгоднее всего изготовить ящик без дна и взять в аренду отдельные элементы системы:

  • Алюминиевую опалубку, м2 – обойдется приблизительно 300 рублей за 15 дней и 500 – за месяц.
  • Стяжку с гайками L=1 м (1 штука) – будет стоить 40 рублей за 15 дней и 70 – за 30 дней.
  • Шкворень с гайкой (1 штука) – 30 рублей за 15 дней и 50 рублей – за месяц.

Один гидравлический домкрат будет стоить порядка 800 – 1500 рублей.

Скользящая опалубка чаще используется при строительных работах, промышленного масштаба. Если вы хотите таким методом возвести стены загородного дома, то придется столкнуться с массой проблем, которые решаются более простыми опалубочными конструкциями. Единственное рациональное применение передвижной опалубки в частном строительстве – это постройка колодца.

Конструкционные особенности и виды

Конструкция скользящей опалубки состоит из щитов, которые собираются из металла или влагостойких пиломатериалов. Составляющими элементами каркаса опалубочной системы являются:

  1. 2 параллельно установленных ряда идентичных по размеру щитов;
  2. Опорные балки, установленные с внутренней и наружной стороны щитов;
  3. Рамы, установленные по всему периметру опалубки;
  4. Домкратные стержни длиной до 6.0 м и диаметром ОТ 25 до 30мм;
  5. Подмостки для рабочего персонала.

Щиты устанавливаются на несущую раму, которая также является основанием для рабочих настилов, помостов и др. оборудования. При возведении монолитных стен используются параллельно расположенные щиты, из них же формируют углы и торцы опалубки. В опалубочных системах применяют, как крупно-, так и мелкощитовые элементы. Скользящий каркас, собранный из мелких щитов, позволяет не только делать конусную заливку, но и отливать стены со сложной геометрией.

Подъем и передвижение опалубки осуществляется домкратами, имеющими:

  • Ручной привод – применяются на объектах в частном строительстве, наиболее экономичный вариант конструкции;
  • Электрический привод – опалубка имеет самую высокую производительность, ее эксплуатация отличается высокой точностью и надежностью;
  • Гидропривод – применяется при параллельном строительстве объектов и использовании сразу нескольких домкратов. Использование одного насоса обеспечивает одновременный подъем сразу нескольких систем.
Читайте также:
Ножи из фанеры: видео-инструкция как сделать своими руками, особенности изготовления "бабочки", "керамбита", ручек, чертежи, цена, фото

Применение технологии скользящей опалубки с применением электродвигателя или гидравлического привода позволяет поднять стены строящегося объекта за одну смену на 2 — 4 м.

3 способа передачи энергии без проводов — от Теслы до наших дней.

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.

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
    и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.

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:

    маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.

    небольшое расстояние

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.

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.

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.

Читайте также:
Оригинальный декор детской комнаты своими руками из шерсти

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

    Американский

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.

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.

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:

    надежность
    большая мощность
    стойкость к перегрузкам
    отсутствие переизлучения
    невысокая цена изготовления

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:

    на земле и в космосе
    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.$.

Читайте также:
Полистиролбетон для плит перекрытия и кровельных плит

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.

Беспроводная передача электроэнергии

Решить проблему беспроводной передачи электрической энергии на большие расстояния – давнишняя мечта человечества. Можно представить, насколько бы подешевела электроэнергия без затрат на токопроводную продукцию. Научно-техническая революция не стоит на месте. Есть надежда, что эта мечта сбудется в недалёком будущем. Тому свидетельствуют новые разработки в данной сфере.

История беспроводной передачи энергии

Великий французский физик Ампер в 1820 году путём многочисленных опытов пришёл к выводу о том, что магнитное поле может возбуждать в теле металла электрический ток. Так появился основополагающий закон Ампера.

Майкл Фарадей в 1831 открыл закон индукции, который стал базой для развития такой науки, как электромагнетизм.

Джеймс Максвелл после долгих экспериментов систематизировал свои наблюдения, квинтэссенцией которых в 1864 году стало уравнение Максвелла. Формула объясняла поведение электромагнитного поля.

Никола Тесла усовершенствовал аппарат для генерации электромагнитного поля, изобретённый Генрихом Герцем в 1888 году. На Всемирной выставке в 1893 г., состоявшейся в Чикаго, Тесла продемонстрировал свечение фосфорных лампочек без проводов.

Свой вклад в развитие беспроводной передачи энергии сделал русский учёный Александр Попов. В 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества он показал изобретённый им детекторный радиоприёмник.

Далее вплоть до наших дней происходило патентование новых изобретений в области беспроводной передачи электрической энергии. Были произведены масса экспериментов, совершенно большое количество открытий. Последнее достижение в этой сфере – это передача электричества на большие расстояния без проводов с помощью технологии Wi-Fi. В 2017 году изобретён мобильный телефон без батареи.

Как это работает

Беспроводное электричество базируется на таком явлении, как электромагнетизм. В работе участвуют две катушки из металлических проводов. Одна из них подключена к источнику тока, вокруг которой создаётся магнитное поле. Вторая катушка, воспринимая это поле, индуцирует в своей обмотке вторичный электрический ток.

Принципы передачи

В последних разработках учёных из США и Южной Кореи применялись магнитно-резонансные системы CMRS и DCRS. Корейская технология оказалась более совершенной. Удалось передать электроэнергию на 5 метров. Благодаря компактным дипольным катушкам DCRS, можно запитать всех потребителей в помещении средних размеров без проводов.

Важно! Несовершенство современной аппаратуры существенно ограничивает длину пути электричества по воздуху.

Несмотря на это, учёные всего мира заняты получением новых технологий, задача которых – передача энергии на расстоянии в десятки и сотни километров. Уже сегодня развиваются и претворяются в жизнь новые достижения науки в области доставки электроэнергии без проводных линий электропередач.

Технологии

Наиболее перспективными направлениями в разработке новых методов и способов транспортировки электричества без материального контакта являются:

  • ультразвуковой способ;
  • метод электромагнитной индукции;
  • электростатическая индукция;
  • микроволновое излучение;
  • лазерный метод;
  • электропроводность Земли.

Ультразвуковой способ

Студентами Пенсильванского университета (США) на недавней выставке в 2011 году был продемонстрирован способ передачи электротока с помощью ультразвука. Передатчик генерировал акустические волны в ультразвуковом диапазоне, приёмник преобразовывал их в электрический ток. В качестве носителя энергии ультразвук был выбран не случайно. Его воздействие на организм человека абсолютно безвредно.

Несовершенство этого способа заключается в том, что КПД передачи очень низкий, нужны прямая видимость между абонентами и ограниченность расстояния (7-10 метров).

Метод электромагнитной индукции

Работа обыкновенного трансформатора даёт представление о том, как осуществляется передача электричества без проводов методом электромагнитной индукции. В процессе участвуют две катушки. Магнитное поле, возбуждаемое протекающим током по виткам первичной обмотки, индуцирует электрический поток во вторичной обмотке трансформатора.

Примерами использования эффекта электромагнитной индукции могут быть зарядные устройства смартфонов и электрические зубные щётки. Недостатком такого способа передачи энергии является непременная близость катушек. Даже при небольшом увеличении промежутка между обмотками большая часть энергии начинает распыляться в пространстве.

Один из видов электромагнитной индукции – это использование резонанса. Суть способа заключается в том, что приёмник и передатчик функционируют в одном частотном диапазоне. Передающее и приёмное устройства представляют собой соленоид с одним слоем витков. Генерирующий прибор оснащён конденсаторной схемой, с помощью которой он настраивается на частоту приёмника.

Электростатическая индукция

В основе метода заложен принцип прохождения энергии через тело диэлектрика. Способ называют ёмкостной связью. Генератор создаёт в ёмкости электрическое поле, которое возбуждает разницу потенциалов между двумя электродами потребителя.

Никола Тесла для демонстрации беспроводной лампы освещения использовал именно метод электростатической индукции. Лампа получала питание от переменного электрического поля высокой частоты. Она светилась ровно, независимо от её перемещения в пространстве комнаты.

Микроволновое излучение

Специалисты космотехники разработали способ передачи электроэнергии от орбитальных солнечных батарей на космические корабли с помощью радиосигнала микроволнового диапазона. Проблема этого метода состоит в том, что для приёма и передачи пучкового излучения требуются антенны с очень большой диафрагмой.

Читайте также:
О кухне в стиле модерн: кухонные гарнитуры и планировка

Учёные НАСА в 1978 году пришли к выводу, что для передачи микроволнового луча частотой 2,45 ГГц излучающая антенна должна иметь диаметр отражающей поверхности 1 км. Приёмная ректенна должна быть диаметром 10 км. Уменьшить эти размеры возможно путём использования сверхкоротких волн. Однако сигналы такого диапазона быстро поглощаются атмосферой или блокируются дождевыми осадками.

Обратите внимание! Безопасная плотность мощности излучаемой энергии равняется 1 мВт/см2. Этой норме отвечает антенна диаметром 10 км с передающей мощностью потенциала 750 МВт.

Лазерный метод

Передачу электроэнергии на большие расстояния без проводов с помощью лазера стали осуществлять сосем недавно. Идея состоит в том, что лазерный луч, несущий в себе энергетический потенциал, попадает на фотоэлемент приёмного устройства, где высокочастотное электромагнитное излучение преобразуется в электрический ток.

Лазерная технология передачи энергии, ранее применяемая в военной области, успешно внедряется в гражданскую сферу деятельности человека. Разработки американских учёных привели к изобретению беспилотного летательного аппарата, получающего энергетическое питание от лазерного луча. В 2006 году был продемонстрирован беспилотник, который мог летать в беспосадочном режиме, питаясь от лазерной установки.

В 2009 году был успешно осуществлён эксперимент в космосе по передаче энергии на один километр мощностью 500Вт.

Электропроводность Земли

Существует теория использования недр и океанов Земли для беспроводной передачи энергии. Электропроводимость гидросферы, залежей металлических руд может быть использована для передачи низкочастотного переменного тока. Электростатическая индукция диэлектрических тел может возникать в огромных залежах кварцевого песка и тому подобных минералов.

Передача электрического тока возможна также через воздушное пространство методом электростатической индукции. Никола Тесла в своё время выдвинул предположение, что в будущем появятся технологии, которые для передачи электроэнергии будут использовать землю, океанические воды и атмосферу планеты.

Всемирная беспроводная система

Впервые о Всемирной беспроводной системе передачи электроэнергии стало известно от великого учёного Теслы. В 1904 году он заявил, что создание ВБС, используя высокую электрическую проводимость плазмы и Земли, вполне осуществимо.

Реальные проекты в наши дни

Из всего того, что на сегодня предлагает рынок электротехники, относятся к беспроводной передаче электроэнергии зарядные устройства для смартфонов, электрические зубные щётки. В них используется принцип электромагнитной индукции.

В авиастроении началось серийное производство летательных беспилотных аппаратов, питающихся за счёт беспроводной передачи электричества. Небольшой микроволновый вертолёт с ректенной может подниматься на высоту до 15 метров над землёй. Появились беспилотники, которые могут летать в зоне видимости лазерного луча.

Китайский производитель бытовой техники Haier Group с 2010 года выпускает беспроводные LCD телевизоры.

Перспективы беспроводной передачи электричества

Сейчас ведутся исследовательские работы, и разрабатываются проекты создания электромобилей, которые будут передвигаться по дорожному покрытию с токопроводом, который индуцирует электрический ток в моторе транспорта.

Ряд передовых фирм заняты разработкой беспроводных источников питания, которые смогут снабжать электроэнергией всех потребителей в пределах одного помещения.

В перспективе появление трасс, состоящих из ряда беспроводных источников электричества, которые смогут обеспечить перемещение летательных аппаратов на большие расстояния.

С появлением новых материалов, усовершенствованных приборов и изобретений беспроводная передача электроэнергии в недалёком будущем охватит все сферы деятельности человека.

Видео

Беспроводное электричество: от идеи до реализации

  • Total 5

Из всех идей, над которыми работал инженер и физик Никола Тесла, а в этом списке были переменный ток, радио, пульт дистанционного управления (и это в конце XIX века), самой фантастической и трудно осуществимой была передача электрической энергии без проводов. И дело не в том, что сербский изобретатель не знал, как осуществить свой проект. Идея беспроводного электричества, как и электродвигатель, созданный в эпоху бурного развития нефтяной промышленности, не была оценена по достоинству и не получила поддержку от инвесторов и научного сообщества. Спустя десятилетия, когда электроприборы стали неотъемлемой частью нашего быта, система беспроводной передачи электричества (БПЭ) снова будоражит умы инженеров по всему миру. Каких результатов уже удалось достичь, и какие способы используется сегодня?

«Когда это будет сделано, вы сможете отправиться в любую точку мира — на вершину горы с видом на вашу ферму, в Арктику или в пустыню — и установить небольшое оборудование, которое даст вам тепло для приготовления пищи, а свет для чтения. Это оборудование поместиться в небольшой сумке, как обычный чемодан. В ближайшие годы беспроводные светильники будут столь же распространены на фермах, как и обычные электрические светильники в наших городах».

Никола Тесла, «The American Magazine», апрель 1921 года

Беспроводная передача электричества: что это

«Беспроводной» — одно из самых трендовых слов последнего времени: интернет, мобильные телефоны, наушники, зарядные устройства, радио. Эти технологии тоже можно считать видом беспроводной передачи энергии, но в них главенствующая роль отводиться информации (качеству ее передачи, скорости), а в случае с электричеством показателем эффективности является сохранность передаваемой энергии без использования электрической цепи из токопроводящих элементов.

Кто изобрел беспроводное электричество?

Во время выставки в Чикаго в 1893 году Никола Тесла продемонстрировал беспроводное освещение при помощи люминесцентных ламп. Сегодня подобный эксперимент может повторить кто угодно, достаточно встать с лампой дневного света под линией высокого напряжения. А в то время — было похоже на магический сеанс, поэтому пресса и очевидцы вознесли изобретателя на вершину популярности.

Читайте также:
Особенности и варианты применения римских потолков

Но в научном мире нет единства, что именно Тесла создал беспроводное электричество: считается, что он доработал идею, которую уже развивали другие ученые.

В 1820 году Андре Мари Ампер записал закон, названный впоследствии в его честь, указывающий на то, что во время использования электрического тока образуется магнитное поле.

Спустя 11 лет Майклом Фарадеем был открыт закон индукции: в ходе опыта установил, что магнитное поле, генерируемое в одном проводнике, способно индуцировать ток в другом проводнике.

В 1864 году Джеймс Максвелл объединил имеющиеся теории, и вывел уравнение, описывающее электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах.

В 1891 году Никола Тесла улучшил передатчик волн, изобретенный Генрихом Герцом тремя годами ранее, и запатентовал его как устройство для радиочастотного энергоснабжения: патент No 454,622; «Система электрического освещения». Параллельно с сербским ученым, исследования электромагнитных волн ведут Александр Попов (Россия), Гульельмо Маркони (Италия), Джагдиш Боше (Индия).

Как работает беспроводное электричество: индукция

Несмотря на то, что последние десятилетия технологии активно развивались, один из самых популярных способов передачи электроэнергии без проводов, мало чем отличается от того, которым пользовался Фарадей. Одна резонансная медная катушка подключается к источнику питания, вторая — играет роль приемника.

Видео работы беспроводного электричества с использованием двух катушек наглядно демонстрирует и простоту технологии, и ее главную проблему – небольшой радиус действия. Также с его помощью невозможно передавать большие объемы энергии (катушки расплавятся) при том, что КПД около 40% (Тесла об этом писал еще в 1899 году).

Однако, нельзя сказать, что магнитная индукция не нашла своего применения. Сегодня технология активно используется для производства беспроводных зарядных устройств. Компания Apple 2017 году презентовала свои беспроводные зарядные устройства, как нечто революционное, хотя фактически этой новинке больше 100 лет.

Беспроводное электричество: популярные технологии

Помимо индукции, на которую делают главные ставки производители электрокаров и гаджетов, известны еще 3 способа: лазеры, микроволны, ультразвук. Ученые убеждены, что каждое из этих направлений может получить развитие в будущем.

  • Лазеры. Энергия передается путем преобразования ее в луч, которые направляется на фотоэлемент приемника. Таким способом можно передавать большие объемы энергии, но эти планы разбиваются об атмосферу Земли, из-за которой большая часть (около 60%) энергии рассеивается. Но в безвоздушных пространствах технология вполне жизнеспособна. Именно поэтому компании, осваивающие космические просторы, продолжают изучение лазерных технологий: в 2009 году NASA даже был организован конкурс с призовым фондом в $900 тыс. по лазерной БПЭ. Первое место заняла Laser Motive: на 1км и 0,5 кВт переданной непрерывной мощности. При том, что конечно цели достигли только 10% энергии, эксперимент назвали успешным.

  • Микроволны. Теоретически радиоволновую передачу энергии можно сделать направленной, используя полупроводники или лампы (циклотронный преобразователь энергии). Полупроводники сейчас активно используются во всем мире, но что касается передачи больших объемов энергии, то необходимо использовать и большее количество полупроводников. Это не только увеличивает стоимость проекта, но и появляется переизлучение, т.е. находиться близко у таких панелей – не безопасно. Но полупроводниковые системы показали высокую эффективность: более 80%. Это доказал еще Вильям Бараун в 1975 году, передав 30 квт на расстояние более 1 км. Создателями циклотронного преобразователя энергии являются советские ученые Владимир Савин и Владимир Ванке, хотя его КПД не превышает 70-80%, надежность достаточно высокая.
  • Ультразвук. Технология была представлена в 2011 году на выставке «The All Things Digital» (D9). Студенты Пенсильванского университета использовали ультразвуковой передатчик и приемник (преобразовывал улавливающее электричество). Радиус действия – около 10 метров. Недостатки: должна быть прямая видимость между «узлами», низкий КПД. Но, передаваемые ультразвуковые частоты, не оказывают воздействия на людей или животных.

Беспроводные зарядные устройства: использование в быту и инфраструктуре

Самым востребованным и популярным девайсом с использованием беспроводной передачи электроэнергии являются зарядные устройства. Это может быть не только смартфон или планшет поддерживающий технологию, но и робот-пылесос, электросамокат, электровелосипед и электрическая зубная щетка.

Универсальность беспроводных зарядок – несомненный плюс технологии. Их создают по стандарту Qi (читается как «Ци»), разработанному Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium): заряд на расстоянии до 4 см. Samsung и Xiaomi также выпускают универсальные беспроводные зарядки. Кстати, если Samsung EP-PG950 не может заряжать гаджеты через чехол, то для Xiaomi Mi Wireless Charging Pad – это не проблема.

Индукционные зарядки для электрических электросамокатов (кикскутеров) устанавливают в Германии. Easy Charge, созданная компаниями Metz и Intis, универсальная и может взаимодействовать с устройствами разных производителей, а благодаря тому, что зарядное выпускается в нескольких модификация (на одно или 5 мест), его можно использовать и в общественных местах.

Джошуа Смит (сотрудник компании Intel) совместно с Марин Солджачич – доцент кафедры физики MIT (Massachusetts Institute of Technology) основали проект WiTricity. Они сосредоточили свои силы на разработке системы БПЭ среднего диапазона, за основу взята магнитно-резонансная связь. В результате в 2017 году появились универсальные беспроводные зарядные устройства для электрокаров DRIVE 11. Приемник устанавливается на днище авто, а передатчики – где угодно (в общественных местах, на станциях заправки или в гаражах владельцев электрокаров).

Автомобильный концерн BMW также запустил продажи беспроводной индуктивной зарядки. Комплект состоит из индукционной зарядной станции – GroundPad, которая подходит для помещений и установки на открытом воздухе, второй элемент — CarPad (система зарядки автомобиля). После того, как авто оказывается над зарядкой, GroundPad генерирует магнитное поле, а CarPad индуцирует электрический ток, который затем передается в аккумулятор. За 3,5 часа батарея будет полностью заряжена. Аналогичную систему концерн разрабатывает и для мотоциклов.

Читайте также:
Особенности фекальных насосов с измельчителем grundfos: виды, возможности насосов для канализации

В Швеции в 2018 году появилась целая электрифицированная дорога eRoadArlanda. Это 2-км участок дороги вблизи Стокгольма, с установленными отбойниками-троллеями. Пока электрокар находится над этой линией, подвижные токосъемники заряжают батареи.

Использовать ее могут электрогрузовики, разработанные в рамках проекта eRoadArlanda, в будущем технологию будут совершенствовать, чтобы сделать универсальной.

А вот в норвежском Осло разрабатывают систему бесконтактной подзарядки именно для легковых электромобилей в такси. В рамках государственной программы «ElectriCity» будет реализована зарядная система, которая позволит заряжать аккумуляторы, не теряя рабочего времени: например, пока водитель ожидает новый заказ или ждет клиентов.

Инженеры стартапа Emrod пошли дальше: беспроводная система передачи электроэнергии на большие расстояния уже тестируется в Новой Зеландии. Хотя инженеры Emrod не раскрывают точных деталей своей разработки известно, что технология подразумевает использование микроволнового излучения. Устройству, работающему в широком спектре частот, не обязательно находиться вблизи непосредственных потребителей. Это позволяет электрифицировать удаленные населенные пункты, при этом не производить вырубку деревьев для прокладки линии электропередач. Кроме того, технология должна снизить цену на электроэнергию.

Что касается безопасности, то по заверению создателей, излучение неионизирующее (не наносит вред человеку, животным, растительности). Также для дополнительной защиты установки укомплектованы сигнальным, лазерным лучом малой мощности, который сканирует линию передачи на наличие помех, и в случае их выявления, автоматически останавливает работу устройства. Примерно через полгода можно будет сделать выводы о его эффективности и создании полноценной системы. Примечательно, что поддержку стартапу Emrod оказывает один из главных дистрибьюторов электроэнергии в Новой Зеландии – Powerco. Это говорит о том, что крупные игроки энерго-рынка понимают важность поиска альтернатив в «зеленом» сегменте.

В XIX веке, в котором зарождались и беспроводная энергия и беспроводная связь, приоритет был отдан второму открытию. Возможно, теперь, когда связь уже налажена, ученые уделят внимание беспроводным технологиям передачи энергии, сделав их доступнее и дешевле. Это, в свою очередь, ускорило бы переход от двигателей внутреннего сгорания к электрокарам, решив часть проблем экологии.

Беспроводной способ передачи электроэнергии. Новейший кейс применения разработки компании Emrod

Пока страны думают, как снизить объемы выбросов CO2 в атмосферу, увеличивая долю ВИЭ и атомной энергии, а десятки компаний ищут идеальный накопитель электроэнергии, новозеландский стартап Emrod презентовал способ беспроводной передачи электроэнергии.

Предприниматель Грег Кушнир задумался о дешевом и надежном способе электроснабжения в обход тяжеловесной инфраструктуры электрических сетей. В ходе исследований изучил работу НАСА и Японского космического агентства, которые планировали собирать солнечную энергию с помощью спутников и транслировать на Землю. Кушнир понял, что способ бесконтактной передачи электроэнергии на расстояния существует. Единичные исследования в этой области натыкались на проблему потерь большей части энергии и прекращались.

Ученый Рэй Симпкин из Callaghan Innovation по заказу Кушнира и при финансовой поддержке государства разработал прототип устройства беспроводной передачи электроэнергии.

Устройство представляет собой выполненные из метаматериалов передающую, принимающую антенны и реле между ними. Электрическая энергия в установке, проходя через передающую антенну, преобразуется в электромагнитные волны, направляется в ретранслирующие экраны, попадает в ректенну и трансформируется обратно в электроэнергию. Дальность действия устройства ограничивается видимостью.

Потеря энергии при передаче на прототипе составляет 30%. Причем эффективность принимающей антенны из радиопоглощающих метаматериалов стремится к 100%.

Прототип разработки с октября тестируется компанией Powerco — вторым по величине поставщиком электроэнергии в Новой Зеландии. Аппарат передает ток мощностью всего 2 кВт, но создатели уверяют, что мощность, как и дальность, легко нарастить.

Для передачи энергии Emrod задействует неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон частот (ISM). Существуют международные правила безопасности по использованию такой частоты и долгая история применения среди людей без ущерба здоровью.

Представители Emrod утверждают, что установка не угрожает птицам и дронам, оказавшимся на пути электромагнитных волн. Сети лазерных лучей окружают электрический путь, и, если в их периметр попадает объект, передача энергии прерывается, что не сказывается на бесперебойности электроснабжения. Снег, дождь, град, взвеси пыли не приводят к отключению устройства.

Разработчики не планируют вытеснять привычные электрические сети, а предлагают использовать устройство в труднодоступных районах или для быстрого возобновления электроснабжения на аварийных участках сети с помощью машин с антеннами.

Кроме того, установка таких аппаратов позволит передавать энергию станций ВИЭ в регионы с неподходящим для выработки «зеленой энергии» климатом.

15 октября компания написала на официальном сайте о возможном кейсе применения своей разработки для электроснабжении острова Стьюарт. Он расположен в 30 км от Южного острова в Новой Зеландии. 85% территории, а это 1300 квадратных километров, занимает Национальный парк Ракиура. Стьюарт почти полностью покрыт лесом, на острове живут 5 видов пингвинов, коричневая птица киви, редкий вид попугая Нестор-кака.

У национального парка с сохраненной экосистемой есть скелет в шкафу, не гармонирующий с имиджем парка. Потребности в электроэнергии острова покрываются дизельной генерацией и использованием сжиженного нефтяного газа, а годовые выбросы СО2 составляют 820 тонн. Кроме того, стоимость электроэнергии за кВт-ч на полдоллара дороже, чем на территории Новой Зеландии, питающейся от национальных электрических сетей. Люди экономят слишком дорогую энергию, поэтому потребление на человека на острове Стьюарт составляет меньше половины среднего потребления по стране.

Читайте также:
Пластиковые трубы большого диаметра: использование изделий в обустройстве колодца для питьевой воды

Решением проблемы дорогостоящего и неэкологичного энергоснабжения могла бы стать прокладка подводного кабеля или использование энергии солнца и ветра на острове. Однако первый вариант требует огромных затрат, а ВИЭ не покроют потребностей в электроэнергии из-за недостаточной выработки в силу климата. Более того, установки для ВИЭ могут негативно влиять на экосистему. Солнечные панели закроют собой огромную площадь национального парка, а ветряная электростанция создаст вибрацию, к которой чувствительны птицы.

Emrod предлагает передавать энергию бесконтактно от ВИЭ с Южного острова. Компания подсчитала, что беспроводная передача электроэнергии за счет экономии на инфраструктуре снизит тариф для жителей Стьюарта с 0.6$ за кВт-ч до 0,46$ за кВт-ч. Это самый бюджетный вариант за аналогичную мощность.

Если разработка Emrod докажет жизнеспособность, то станет яркой иллюстрацией прорывных технологий, когда вдруг появляется стартап и кардинально меняет отрасль, устанавливая новые недорогие способы передачи электроэнергии.

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Прочитал сообщение о том, что в Новой Зеландии испытывают первую в мире дальнюю беспроводную передачу энергии и почувствовал, что где-то тут нам вешают лапшу на уши. Все это выглядит если не антинаучно, то по крайне мере абсолютно не имеет прикладного коммерческого интереса. Вот смотрите сами.

Новозеландский стартап разработал метод безопасной и беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния без использования медного провода и работает над его внедрением со вторым по величине в стране дистрибьютором электроэнергии.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова. Гений Никола Тесла однажды доказал, что в уже 1890-х годах мог приводить в действие лампочки с расстояния более двух километров с помощью катушки Тесла — не говоря уже о том, что при этом он сжег динамо на местной силовой установке и погрузил весь город Колорадо-Спрингс в затемнение.

Мечта Теслы заключалась в том, чтобы разместить огромные башни по всему миру, которые могли бы передавать энергию по беспроводной связи в любую точку земного шара, питая дома, предприятия, отрасли промышленности и даже гигантские электрические корабли в океане. Инвестор Дж. П. Морган, как известно, убил эту идею одним вопросом: “где я могу поставить счетчик?”.

На это ушло 120 лет, но новозеландская компания Emrod наконец-то убедила крупного дистрибьютора в возможности использовать беспроводную энергию в коммерческих целях. Powerco, второй по величине дистрибьютор в Новой Зеландии, инвестирует в Emrod, чья технология способна намного эффективнее перемещать большие объемы электроэнергии между любыми двумя точками, которые можно соединить с помощью реле прямой видимости.

«Нам интересно посмотреть, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы подачи электроэнергии, — сказал менеджер по трансформации сети Powerco Николас Вессио. «Мы предполагаем использовать её для доставки электроэнергии в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью.».

У Emrod в настоящее время есть рабочий прототип устройства, но компания создаст еще один для Powerco с планами поставки к октябрю, затем проведет несколько месяцев в лабораторных испытаниях, прежде чем перейти к полевым испытаниям. Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт» мощности, но его можно легко увеличить. «Мы можем использовать точно такую ​​же технологию, чтобы передавать в 100 раз больше энергии на гораздо большие расстояния», — сказал основатель Emrod и серийный предприниматель Грег Кушнир. «Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии».

Система использует передающую антенну, серию реле и приемную ректенну (выпрямительная антенна, способная преобразовывать микроволновую энергию в электричество). Каждый из этих компонентов выглядит просто как большие квадраты на полюсах. Её лучи используют неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон радиоспектра, включая частоты, обычно используемые в Wi-Fi и Bluetooth.

В отличие от всемирной мечты о бесплатном электричестве Теслы, мощность здесь излучается непосредственно между определенными точками, без излучения вокруг луча, а «низкочастотная безопасная лазерная завеса» немедленно отключает передачу энергии до того, как какой-либо объект, такой как птица, дрон, или вертолет, может попасть в поле передачи. В этот раз не будет трудностей при определении места размещения счетчика.

Эмрод говорит, что передатчик работает в любых атмосферных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только линией прямой видимости между каждым реле, что дает ему возможность передавать электричество на тысячи километров без лишних расходов на инфраструктуру, расходы на техническое обслуживание и воздействие на окружающую среду.

Компания рассматривает беспроводную передачу, как ключевую технологию для возобновляемой энергии, которая часто генерируется далеко не там, где она необходима. Такая система может быть великолепной для доставки продуктов оффшорной и дистанционной генерации возобновляемой энергии в городские сети без необходимости использования гигантских аккумуляторных батарей, подстанций и тому подобного.

Это также будет полезно при некоторых незапланированных отключениях. Любой грузовик может быть снабжен ректенной платформой, а затем перемещен к зоне видимости реле для создания временного беспроводного подключения к сети.

Что скажете о перспективах такой технологии?

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: