Kablosuz Elektrik Aktarımı Mümkün Mü ? Enerji Kablosuz Olarak Nasıl İletilir ?

Teknolojinin ilerlemesiyle beraber akla kablosuz elektrik aktarımının mümkün olup olmadığı gelir. Elektronik cihazları elektrik üreten santrallere bağlayan kablo ağını ortadan kaldırmak herkesin hayalidir. Peki gerçekte bu mümkün müdür?

Genel olarak cevap vermek gerekirse evet, kablosuz elektrik aktarımı gerçekten mümkündür ancak günümüzde bu durum oldukça sınırlıdır. Kısaltması WPT (Wireless Power Transmission - Kablosuz Elektrik İletimi) olan kablosuz güç aktarımı, uydu iletişimleri ya da radyo frekansı tanımlama etiketlerinde on yıllardır kullanılır. Bununla beraber günlük hayatta da kullanılabilir mi?

Sokaklardaki enerji iletim hatlarının ortadan kalktığını ve şehirlerin daha temiz bir görünüme kavuştuğunu düşünün. Buna rağmen evinizde ya da dilediğiniz bir noktada enerjiye ulaşabildiğinizi hayal edin. Kablosuz elektrik kulağa bilim kurgu filmlerinden fırlamış bir kavram gibi görünse de bu teknoloji zaten bazı yerlerde gerçekleştirilmiş durumdadır. Kulağa fütüristik ve fantastik bir kavram gibi gelse de kablosuz elektrik Tesla’dan beri yinelenen bir süreçtir.

Yazının devamında kablosuz elektrik aktarımının detaylarını inceleyeceğiz ve konu hakkında merak ettiklerinizi sizler için bir araya getireceğiz.

Kablosuz Elektrik Nedir?

Konuyu detaylandırmadan önce kablosuz elektrik kavramının ne olduğunu açıklayalım. Kablosuz güç aktarımı, herhangi bir kablo kullanmadan güç aktarımını mümkün hale getiren bir sistemi ifade eder. Kablosuz iletim, gücü istasyonlardan kule ya da iletim hattı (kablo) kullanmadan tüketiciye aktarır. Genel olarak WPT, elektriğin güç kaynağından endüksiyon bobinleri aracılığıyla hava boşluğu üzerinden elektrik yüküne ilettiği süreçtir.

Kablosuz elektrik ya da güç aktarımı, elektromanyetik indüksiyon prensibine göre çalışır. Elektromanyetik indüksiyon prensibi ya da hareket eden manyetik alan aracılığıyla bir elektro-motor kuvveti oluşturulması olarak özetlenebilir. Temel olarak verici, alıcı uç ile bağlantı kurmak için akım üreterek kabloları ortadan kaldırır.

Günümüzde güneş enerjisi üzerinden de elektrik üretmek mümkündür. Güneşi elektrik üretmek için kullanma fikri ilk olarak 1970’li yıllarda ortaya çıkmıştır. Güneş uyduları, güneş panelleri aracılığıyla güç üretir. Üretilen güç ise verici tarafından iletilir.

Kablosuz elektrik, fiziksel bağlantıları ortadan kaldırarak enerji iletimini özel bir sistem kullanarak hayata geçirir. Alıcı ve vericiler herhangi bir kablo bağlantısına ihtiyaç duymadan çevrim işlemini gerçekleştirir. Alıcı ve verici arasında oluşturulan manyetik indüksiyon, kablosuz güç iletimini kolaylaştırır. İki bölüm arasında oluşturulan elektromanyetik alan, kablosuz bir elektrik gücü oluşturulmasını mümkün kılar.

Kablosuz elektrik, Tesla’nın en büyük hayalleri arasında yer bulmuştur. Tesla, elektriği dünyanın her bir bölgesine kablosuz olarak iletmek ve enerjiyi herkes tarafından ulaşılabilir bir kaynak haline getirmeyi amaçlamış, kablosuz elektrik iletimi için de yapı taşları ortaya koymuştur.

Kablosuz Elektrik İletimi Nasıl Çalışır?

Güç sistemlerindeki önemli problemler arasında elektrik enerjisinin iletim sırasında çeşitli kayıplara uğraması gelir. İletim sırasında ortaya çıkan güç kaybının en büyük nedenleri arasında ise sistemde kullanılan tellerin direnci bulunur.

1899 yılında Nikola Tesla kablosuz elektrik iletimi kavramını ortaya attığından beri bu fikir sürekli olarak geliştirilmeye çalışılmıştır. Peki gerçekte kablosuz elektrik iletimi nasıl gerçekleştirilir?

Genel olarak kablosuz elektrik iletimi, bir elektrik yüküne bağlantı olmaksızın enerji aktarılması olarak özetlenebilir. Güvenilir, hızlı, düşük bakım maliyetli ve verimli olması gibi birçok avantajı bulunur.

Rezonans da bilinmesi gereken kavramlardandır. Rezonans, sistemlerin belirli bir frekans altında dalga genişliğinde titreşim vermesi işlemini gerçekleştirir. Kablosuz elektrik iletiminin temel çalışma prensibi yakın ya da aynı rezonans frekansına sahip olan iki nesnenin enerji alışverişi yapmasını sağlamaktır. Bu yöntem, akıllı cihazların şarjından bilgisayarların kablosuz bir şekilde pillerinin doldurulmasına kadar birçok farklı alanda kullanılabilir. Ek olarak bu tür bir sistem, galvanik olarak izole edildiği takdirde elektrik çarpma riskini azaltır. Galvanik akım, aynı yönde ve şiddette olan elektrik akımı belirtir. Galvanik olarak izole etmek ise elektrik akımını belirli bir oranda kesmek anlamına gelir.

Kablosuz elektrik iletimi gelişmekte olan bir teknolojidir ve zamanla mesafeler artırıldığında birçok farklı yöntem geliştirilebilir.

Kablosuz elektrik iletimi, vericiden alıcıya aktarılan manyetik alan yoluyla endüktif bir güç oluşturmayı amaçlar. Güç kaynağının açığa çıkardığı doğru akım, vericideki özel parçalar aracılığıyla alternatif akıma dönüştürülür ve sonucunda enerji iletimi gerçekleştirilmiş olur.

Nikola Tesla ve Kablosuz Elektrik Hayali 

Kariyerinin zirvesindeki  Nikola Tesla, bir fikre takıntılı hale gelmiş ve onu ilerletmek için çok fazla çaba sarf etmiştir. Elektriğin uzun mesafeler arasında iletiminin yapılabileceğini teorileştirmiştir. Bununla beraber Tesla’nın hayalleri hiçbir zaman gerçekleşmemiştir ve kablosuz küresel elektrik iletimi özelindeki tutkuları hayata geçirilememiştir.

Tesla’nın hayali, bütün dünyayı saran kuleler aracılığıyla ücretsiz bir şekilde elektrik iletimi gerçekleştirmek ve bilgi alışverişini daha kolay bir hale getirmek olmuştur.

Nikola Tesla, bu kulelerden ilkini 1901 yılında Long Island’a inşa etmiş ve hayalini gerçekleştirmek için ilk adımı atmıştır. Bu kule aracılığıyla okyanusun ötesine bilgi aktarabileceğini kanıtlamayı ve sonrasında elektriğin de aynı şekilde iletilebileceğini göstermeyi amaçlamıştır ancak bu icadını hayata geçirmeye çalışırken finansmanı kesilmiş ve proje rafa kaldırılmıştır. Yeterli ödeneğe sahip olmadığı için istediği gelişimi sağlayamamıştır.

Bununla beraber Tesla bobini ismi verdiği icadıyla kablosuz elektriğin bir temsilini oluşturmuştur.

Nikola Tesla’nın bu hayali temsili bir şekilde gerçekleştirilmiş olsa bile neden hala evlerimizde kablosuz elektrik yoktur?

Elektrik ya da enerji taşınmak için kablo benzeri belirli araçlara ihtiyaç duyar. Kablolar ise bu iletimin sağlanması için bir yol oluşturur. Elektriği belirli bir yöne aktarmayı sağlayan kabloların ortadan kaldırılması mümkün olsa da günümüzde bu işlem çok kısa mesafeler için geçerlidir. Örneğin, kablosuz şarj cihazları buna örnek olarak verilebilir. Buna rağmen kablosuz şarj cihazları, ünitenin üzerine yerleştirildiğinde pilini doldursa da o ünitenin bir kabloyla prize bağlı olması gerekir.

Tesla, zamanında toprak ve havanın çok iyi iletkenler olduğunu ve elektriğin aktarılmasında kullanılabilecek önemli araçlar olduğunu düşünmüştür. Tesla’ya göre kuleler sayesinde topraktan ve havadan bir elektrik örgüsü oluşturarak elektrik rahat bir şekilde kullanılabilirdi. Her ne kadar Tesla toprak ve havanın iletkenler olduğunu düşünse de aslında bunlar yalıtkan olduğu için kablosuz elektrik iletiminin bu şekilde gerçekleştirilmesi mümkün değildir.

• Tesla Bobini ile Elektrik İletimi

Kablosuz bir şekilde elektrik transferi yapabilen Tesla bobini, dönemi ve hatta hala günümüz için de devrim niteliğindedir. Tesla bobini genel olarak çok yüksek voltajlar üreten bir cihaz olarak özetlenebilir. Tesla bobini ile ortaya atılan kavramlar, sonrasında kablosuz veri aktarımında kullanılan cihazların da temelini atmıştır.

Tesla bobini, en temel anlamıyla elektrik akımını alıp voltaja dönüştürür. Bu voltaj değişen bir manyetik alanın açığa çıkmasını sağlar. Değişen manyetik alan ise elektrik üretir. Yani, yakınlardaki bir lambanın çalışmasını ve ışık vermesini mümkün hale getirir. Tesla bobininin yanına yerleştirilen bir lamba fişe takılmadan yanar ve etrafını aydınlatabilir.

Peki bu bobin nasıl çalışır?

Tesla bobini, elektronları ampulün içine doğru ileten bir elektrik akımı oluşturarak lambanın yanmasını mümkün hale getirir. Bu prensip, evimizdeki lambaların yanmasıyla benzerlik gösterse de evdeki armatürler kablolar aracılığıyla etrafı aydınlatır ve ihtiyaç duyduğu enerjiyi bu bağlantılardan çeker. 

Elektrik evimize nasıl ulaşır? diye merak ediyorsanız günümüzde Tesla’nın hayalini gerçekleştirmeye yaklaşmadığını söyleyebiliriz. Bununla beraber kablosuz elektrik aktarım yöntemleri, bu alanda önemli gelişmeleri beraberinde getirir.

• Kablosuz Elektrik Aktarım Yöntemleri

Kablosuz güç aktarımı işleminin gerçekleştirilmesi için birçok farklı yöntem kullanılır. Peki bu yöntemler nelerdir ve günümüzde kullanıldığı alanlar var mıdır?

Endüktif kuplajlı güç aktarımı, alıcı ve vericinin birbirine çok yakın olduğu zamanlarda tercih edilir. En bilinen kullanım alanları arasında elektrikli diş fırçası şarj istasyonu ve kablosuz cihazların şarj edilmesi gelir. Örneğin, uygun teknolojiye sahip olan telefonlarınızı kablosuz şarj istasyonuna yerleştirdiğiniz anda şarj etmeye başlayabilirsiniz. Bu yöntemde şarj işlemi için elektrik kabloları kullanımını ortadan kalkar.

Mikrodalga güç iletimi de yöntemler arasında önemli bir yere sahiptir. Bu yöntemde enerji daha uzak mesafelere iletilebilir. Mikrodalga cihazları aracılığıyla elektromanyetik enerji verici bir anten aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Ardından düzeltme, filtreleme ve diğer dönüşümler gerçekleştirilir. Bu yöntem, güçlü çevresel uyumu gibi pek çok avantaj sunar. IoT olarak da bilinen ve üretimde oldukça önemli bir yere sahip olan nesnelerin interneti için mikrodalga güç iletimi oldukça önemli bir yere sahiptir.

Işık dalgaları ile de güç aktarımı yapılabilir. Işıklar ya da lazerler küçük aletlere sığdırılabilir bir yapıda olduğu için daha rahat bir kullanım sunar. Bununla beraber bu yöntemde mesafe uzadıkça aktarım yavaşlar.

Rezonans endüktif kuplajlı güç aktarımı son yıllarda üzerinde pek çok araştırma yapılan yöntemler arasında bulunur. Bu yöntem, manyetik rezonans mantığıyla hareket eder. Endüktif kuplajlı güç aktarımı yöntemiyle kıyaslandığında daha uzak noktalara iletim yapmayı mümkün kılar.

Rezonans frekansı aynı olan nesneler, yüksek verimlilikle enerji transferi yapabilir. Rezonans endüktif kuplajlı güç aktarımının temeli de nesnelerin aynı frekansa getirilerek bu enerji aktarımını gerçekleştirmesi üzerine kurulur.

Endüktif kuplajlı güç aktarımı, yakın alan uygulamaları içinde en yaygın olarak kullanılan teknolojidir. Mikrodalga ve ışık dalgaları ise uzak alan kablosuz elektrik iletimi teknolojileri arasında bulunur. Günlük hayatın birçok alanında bu teknolojiler kullanılır.

Kablosuz İletilen Enerjinin Kullanıldığı Alanlar

Her ne kadar kablosuz güç aktarımı Tesla’nın hayal ettiği seviyeye ulaşamasa da günümüzde birçok farklı alanda kullanılır. Kullanım alanları genel olarak şu şekildedir:

• Telefon ya da akıllı saatlerin şarj edilmesini sağlayan kablosuz şarj pedleri, bu teknolojinin günlük hayata entegre olduğu kullanımlar arasında bulunur. Her ne kadar akıllı cihazların şarj edilmesi için bir ped üzerine yerleştirilmesi gerekse de telefonların pili bu istasyonlar aracılığıyla kablosuz bir şekilde doldurulur.
• Otomotiv sektöründe de kablosuz elektrik iletimi kullanılır.
• Sağlık sektöründe uzun yıllardır kalp pilleri gibi medikal ürünlerin vücut içindeyken şarj edilmesi kablosuz elektrik iletimi işlemiyle gerçekleştirilir.
• Gelecekte ise ayda solar enerji istasyonu kurulup elde edilen enerjinin yeryüzüne aktarılması için kablosuz güç aktarımı teknolojisinden yararlanılması üzerine çalışmalar vardır.
• 2020 verilerine göre kablosuz güç iletiminin pazar kapsamı 10.111 milyar dolar iken 2027 yılında artan talepler ve günlük hayatı kolaylaştırmasından dolayı bu payın 26.663 milyar dolara çıkması beklenmektedir.

Kablosuz Elektrik İletiminin Önündeki Engeller

Enerji iletimi günümüzde kısa mesafelerde gerçekleştirilebilmektedir.Örneğin akıllı telefonlar gibi cihazların şarj edilebilmesi sadece temas halinde gerçekleşmektedir. Temas ortadan kalktıktan sonra ortada herhangi bir enerji iletimi gerçekleşememektedir.

Mesafe arttıkça enerji kayıpları oluştuğu ve verimlilik azaldığı için Tesla’nın hayalindeki gibi enerjinin bütün şehirlere kablosuz bir şekilde ulaştırılması mümkün değildir.

Manyetik alanlar oluşturularak elektriğin havada dolaşması ve kablosuz bir şekilde kullanılması mümkün olsa da bu sistem genellikle yakın mesafede etkili bir şekilde çalışır. Işık dalgaları ile güç aktarımı uzak mesafelerde de bir noktaya kadar yapılabilse de verimliliği oldukça düşüktür.

Kablosuz elektrik iletimi Tesla’nın hayal ettiği gibi gerçekleşseydi bugün yolda yürürken telefonunuzu şarj edebilirdiniz ve elektrik masrafları ortadan kalkardı.

Sizce yakın gelecekte Tesla’nın hayalindeki kablosuz elektrik mümkün mü? Fikirlerinizi yorumlarda bizimle paylaşabilirsiniz.