Kablosuz Elektrik Nasıl Çalışır ?

Evlerimizde ofislerimizde masaların dolapların arkasına tıkılmış toz içinde kalmış kablolar hem görüntü kirliliği hemde karmaşa oluşturmaktadır. Her gün gelişen teknoloji ile masalarımızın üzeri kablosuz cihazlar ile bizi kablo karmaşasından kurtarmıştır. Kablosuz fareler kulaklıklar klavyeler ve daha birçok aygıt kablosuz olarak kullanabilmekteyiz.

Günümüzde bizi kablolara mecbur bırakan önemli etken elektrik akımıdır. Elektrikli cihazların fişini prize sokmaya gerek kalmadan ana şebekeye ulaşmak için çalışmalara devam etmektedir.

Elektrik akımının iletilmesi fikri ilk olarak 1800′ lü yılların sonunda ABD’li mucit, elektrofizikçi Nikola TESLA tarafından  ortaya atıldı. 1899 yılında yaptığı deneyde, yaklaşık 40 km uzaklıktaki 200 lambayı kablosuz elektrik iletimi ile yakıp birde alternatif akım motoru çalıştırmayı başarmıştır. Tesla’nın hayali elektriği kıtalararası iletmekti. Bununda ancak alternatif akım ile gerçekleşebileceğini düşünüyordu. Bunun için Tesla bobinini tasarladı. Bu çalışmalarının üç amacı vardır.

1. Büyük miktarda enerji tasarrufu sağlayabilmek
2. İletilen enerjiyi kusursuz bir şekilde izole edebilmek ve yönetebilmek
3. Elektrik akımının yerkürede ve atmosferde yayılım yasaları keşfetmek

Tesla yere düşen şimşeğin, yeryüzünde dalgalar yaratarak iletildiğini ve yeryüzünün iyi bir iletken olduğunu gözlemlemiştir. Eğer başara bilirse, hiç kayıp olmadan neredeyse dünyanın her yerine elektrik iletiminin mümkün olacağını belirtmiştir. Enerjinin havadan olduğu gibi, yerküre üzerinden de iletimi mümkündür. Bu kablosuz enerji transferi için ikinci yöntemidir. İyi bir doğa gözlemcisi olan Tesla, fırtınaları ve şimşekleri incelemiştir. Yerkürenin rezonans frekansını hesaplamaya ve bir şimşekte bulunan enerjinin benzerini üretmeye çalıştı. Amacı çok büyük miktarda enerjinin aktığı , bu süreci taklit etmekti. Deneylerinde 25 metre yükseklikte bir tahta kulenin üstünde 43 metrelik bir metal direk ve direğin üstüne monte edilmiş büyük bir bakır top kullandı.

Tesla’nın yerküre üzerinden enerji iletimini başarıp başaramadığı tam olarak bilinmemektedir. O günlerde kullanım alanı bulunmadığı ve tehlikeli bulunduğu için de Tesla’nın fikri destek görmemiştir.

Elektriğin kablosuz olarak iletilmesi fikri son yıllarda yeniden gündeme geldi. Tesla’nın hayal ettiği gibi kıtalar arası olmasada evimizde, ofisimizde elektriğin kablosuz olarak kullanılmasına yönelik çalışmalar hızlandı. ilk bakışta bu düşünce pek de pratik hatta zekice gelmeyebilir, nede olsa elektrik akımlarının havada hareket etmesinden yani bir bakıma şimşekten bahsediyoruz. Aslında elektriğin havada taşınmasında kullanabilecek bir yol var, o da manyetik indüksiyon akımı yani üreteç kullanmadan mıknatıs veya manyetik alan kullanarak elde edilen elektrik akımının kullanılmasıdır.. Bir telden geçen akım telin etrafına dairesel bir manyetik alan oluşturur. Eğer bu tel bir bobine dolanırsa oluşan manyetik alan güçlenip büyür. Oluşturulan manyetik alanın içine ikinci bir bobin yerleştirilirse bu alan ikinci bobinde bir elektrik akımı oluşmasını sağlar.

Bu yöntem üç önemli adım içerir:

1. Prizden gelen akım şarj ünitesinin içindeki bobinden akar (transformatörde bu bobine primer sargı denir).
2. Şarj ünitesine yerleştirdiğinizde, manyetik alan diğer bobin üzerinde bir akım indükler (bataryaya bağlı bu bobine sekonder sargı denir).
3. İndüklenen bu aım bataryaları şarj eder.

İlk olarak 1831 yılında ingiliz fizikçi Michael Faraday’ın buldudğu elektromanyetik indüksiyon akımı birçok elektrikli cihazın şarj edilmesinde de kullanılabilir. Ancak , manyetik indüksiyon yönteminin hayli önemli bir dezavantajı var, o da verim düşüklüğü. Aktarılmaya çalışılan enerjinin büyük bir kısmı cihazın piline ulaşıncaya kadar kaybolmaktadır. Buda enerji tasarrufu konusunda hayli hassas olması gereken elektronik teknolojisi ve piyasası için kabul edilmeyen bir durum. Mesela enerji tasarrufu sağlayan elektrikli bir araba yapılan tasarrufun büyük bir kısmı arabaya şarj ettirmek için durulan istasyonda kaybedilecekse, kimse bu arabayı almak istemez.

Kablosuz Enerji Üretiminde Farklı Yaklaşımlar

Kablosuz enerji iletimi konusunda araştırmacıların farklı yaklaşımları vardır. Bunlardan ilki radyo dalgaları aracılığıyla güç iletimidir. Bu yöntem ile hep hayali kurulan çok uzak mesafelere güç aktarımı yapılabiliyor, fakat bu yöntemin bir dezavantajı var. Radyo dalgaları ile yapılan iletimde ancak çok düşük miktarda güç transferi yapılabilmektedir.

Kablosuz enerji iletimindeki diğer yaklaşım ise güç pedleridir. Son zamanlarda yaygınlaşmaya başlayan bu cihazlar, taşınabilir aygıtları kablo kullanmadan şarj edebilmektedir. Düşük maliyetli  ve gerçekten verimli olan bu cihazların en büyük dezavantaşı sadece çok kısa mesafelerde iş görmeleridir. Giderek yaygınlaşan bu ürünlerin kablo kullanmadan güç iletiği doğru, fakat bilim insanlarının aradığı şey tam olarak bu değil.

Kanada haberleşme araştıra merkezi 1980’li yıllarda tasarladığı küçük insansız uçakta mikro dalga enerjisini kullanarak uzun mesafeli kablosuz elektrik aktarımı çalışmaları gerçekleştirdi. bu uçağın noktadan noktaya uçmak yerine çok yüksek irtifada (21km) yaklaşık 2km çapa sahip bir daire çizerek uçmuş ve dahada önemlisi bu uçak bir ay kadar gökyüzünde kalabilmiştir. Uçağın bu kadar süre gökyüzünde kalabilmesi yeryüzündeki bir mikrodalga verici ile sağlanmıştır. Ancak bu sistem de verim kaybı hayli yüksek, yani çok da pratik bir uygulama alanı yok.

İndüksiyon yöntemindeki elektrik yükleme problemini gören Massachusetts Institute of Technology’ deki (MIT) fizikçiler 2007 yılında yeni bir yöntem geliştirdi. Elektromanyetik rezonans (Bir sistemin belirli bir frekansta maksimum dalga genişliğinde titreşim verme eğilimi) kullanarak kablosuz elektrik akımı iletimi sağlayan uzmanlar cihazların kendi kendilerine elektrik enerjisine çevirebileceği bir manyetik alan oluşturmayı düşünmektedir. Kullandıkları sistemle , benzer frekanslarda titreşen nesneler arasında büyük miktarda enerji transferi gerçekleştirmeyi hedeflemişlerdir.

Elektromanyetik indüksiyon akımına kıyasla çok daha verimli olan elektromanyetik rezonans yönteminde elektrik girdisinin sadece %5’i kaybolmaktadır.Bu teknoloji ile güç pedlerinden daha verimli fakat radyo dalgalarından daha kısa mesafelerde güç iletimi yapılabileceği belirtiliyor. MIT ekibi tam 2 metre uzaklıktaki 60 watt’lık bir ampulu tamamen kendi geliştirdikleri kablosuz bir teknoloji  ile yakmayı başardı. Nikola Teslanın vizyonunda etkilenen MIT ekibi yakın gelecekte kablosuz elektrikle çalışabilen çok çeşitli ürünler geliştirebileceklerini düşünmüş, ancak şimdilik küresel bir elektrik gücü üretmeyi planlamamışlardır.

Çalışmaların başladığı 2007 yılında sistemin verim oranın %15 olduğu, ancak şu andaki verimliliğin  %90-95’lere ulaştığı bildirilmektedir. Hedeflenen kullanım alanları arasında elektrikli arabalar, medikal cihazlar, telefonlar, bilgisayarlar, televizyonlar, küçük ev aletleri, sanayide kullanılacak robotlar, paketleme ve montaj sistemleri, karada ve sualtı çalışacak sondaj ve madencilik ekipmanları, yüksek teknoloji elektronik ürünleri ve elektrikle çalışan diğer tüm aletler ve cihazlar geliyor.

Kablosuz enerji transferi artık teoriden öte gerçek hale gelmiştir. Tesla’nın öncülüğünü yaptığı bu serüven tam anlamıyla gerçekleştiğinde hiç şüphesiz yeni bir dönemi başlamış olacaktır. Elektrikli araçlar sektöründen elektronik sektörüne kadar büyük birdeğişim yaşanacak. Buda gösteriyor ki, kablosuz enerjinin iletimi sadece mühendislik açısından değil ekonomik ve sosyal açıdan da büyük bir devrime neden olacaktır.