Wireless Power Transfer (WPT) es una tecnología que permite la transferencia de energía eléctrica de forma inalámbrica. Basada en tecnologías que utilizan campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos, la TIP es capaz de suministrar energía desde una fuente de CA estándar a baterías y dispositivos compatibles sin ningún conector físico. Esta tecnología utiliza el campo electromagnético generado por partículas cargadas para transferir energía a través del espacio de aire, que posteriormente se convierte en corriente doméstica utilizable por el receptor. La energía inalámbrica implica el intercambio de energía entre dos objetos con una frecuencia de resonancia similar, mientras se disipa relativamente poca energía a los objetos extraños fuera de resonancia.
Con los rápidos avances tecnológicos, la tecnología TIP, es decir, la transmisión inalámbrica de energía eléctrica desde una fuente de energía a una carga eléctrica sin cables de conexión, es particularmente útil en el funcionamiento inalámbrico o la carga de diversos productos como teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles. dispositivos de transporte como drones y vehículos eléctricos (EV), electrónica portátil, aplicaciones de transmisores y células solares. La tecnología ha comenzado a encontrar una aceptación cada vez mayor en diversos ámbitos, como la electrónica de consumo, el transporte, la calefacción y ventilación, la ingeniería industrial y la ingeniería de modelos.
WPT le permite eliminar la limitación de un cable de alimentación mientras mantiene los dispositivos eléctricos cargados continuamente. Fiable, eficiente, rápido y con bajos costes de mantenimiento, también puede utilizarse para corto o largo alcance. Al mismo tiempo, este tipo de carga presenta un riesgo mucho menor de descarga eléctrica ya que está aislada galvánicamente.
Evolución del WPT
El concepto de TIP comenzó a finales del siglo XIX cuando Nikola Tesla, un inventor serbio-estadounidense mejor conocido por sus contribuciones al diseño de sistemas de suministro de energía de corriente alterna (CA), propuso y trabajó en energía inalámbrica. Tesla exhibió bombillas inalámbricas en la Exposición Mundial Colombina a principios de la década de 1890. A principios de 1961, William C. Brown propuso posibilidades de transmisión de energía por microondas cuando publicó un artículo que exploraba las posibilidades de la transmisión de energía por microondas. En 2007, un equipo del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) encendió con éxito una lámpara de 60 W desde una distancia de 2 metros con una eficiencia de aproximadamente el 40%. En 2009, Sony lanzó un televisor inalámbrico de inducción electrodinámica. En los últimos años se han producido muchos experimentos y avances que han llevado a la aparición de diferentes cargadores inalámbricos para móviles.
Un equipo de la Universidad de Kyoto (Japón) inició una prueba de demostración de una bicicleta motorizada. Se trataba de una bicicleta capaz de recibir carga inalámbrica simplemente estacionándola frente a un cargador. Su rueda delantera consumía energía en forma de microondas con la ayuda de una batería y un receptor. Las pruebas que comenzaron a principios de marzo de 2017 garantizan que la carga solo se realiza a altas horas de la noche para evitar el contacto humano potencialmente dañino con microondas equivalentes a 100 vatios. Está diseñado de tal manera que se detiene tan pronto como alguien se encuentra dentro de un rango determinado.
Mercado de transmisión de energía inalámbrica por tipo
Método de inducción
La carga por inducción se utiliza para realizar cargas inalámbricas de cepillos de dientes, teléfonos móviles, afeitadoras y dispositivos portátiles. El mismo principio se utiliza tanto en la carga inalámbrica como con transformadores, donde no hay conexión directa entre las bobinas primaria y secundaria. La inducción mutua conduce a la transferencia de energía entre los circuitos primario y secundario. En este método, la bobina de inducción del cargador actúa como una bobina primaria y crea un campo electromagnético alterno cuando se le suministra energía. El dispositivo portátil (que necesita cargarse) contiene la bobina secundaria que recibe energía de este campo electromagnético cuando se coloca sobre el cargador y la convierte en corriente eléctrica y carga la batería. Este fantástico principio se aplica para cargar dispositivos dentro de un rango mínimo.
Es ventajoso, cómodo y seguro, ya que no quedan expuestos conductores peligrosos, por lo que no hay riesgo de descarga eléctrica. El mismo principio de acoplamiento inductivo resonante se puede utilizar para la transmisión de potencia. El acoplamiento inductivo resonante aumenta el rango de transmisión. Aquí, las bobinas primaria y secundaria resuenan a la misma frecuencia. La electricidad suministrada a la bobina primaria genera un campo magnético oscilante y es capturada por una bobina secundaria, que se convierte en electricidad para la carga.
Otro tipo de acoplamiento es el acoplamiento capacitivo o de inducción electrostática. El principio implica el acoplamiento capacitivo entre dos o más electrodos o placas con corriente alterna de alta frecuencia y alto potencial.
Todos los principios anteriores se limitan a distancias pequeñas y no se pueden implementar en distancias mayores.
Transmisión de potencia por microondas
Fue William C Brown quien demostró la transmisión de energía inalámbrica a mayores distancias mediante este método utilizando Rectenna, una antena con un dispositivo rectificador, en 1964. Este método proporciona la viabilidad de la transmisión de energía direccional mediante un transmisor de microondas, que genera microondas usando una antena. El receptor tiene una Rectenna que convierte las microondas nuevamente en electricidad. Uno de los principales obstáculos de este método es que necesita antenas de gran escala.
Transmisión de energía por rayo láser.
Este método utiliza células fotovoltaicas, que convierten la luz en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Primero, la energía se convierte en un rayo láser y se transmite desde la fuente. Las células fotovoltaicas se utilizan como receptores y convierten el rayo láser nuevamente en electricidad. La sección transversal del rayo láser es pequeña y resulta ventajosa para la transmisión a distancias más largas, pero los rayos láser son perjudiciales para las personas y los animales. Además, es altamente direccional, ya que las células fotovoltaicas deben estar expuestas al rayo láser transmitido; de lo contrario, puede ocurrir una pérdida total de energía. Otras dificultades que pueden afectar la eficiencia de este sistema incluyen la absorción atmosférica, los efectos de dispersión ambiental y las dificultades climáticas.
Ventajas de la energía inalámbrica
La transmisión y distribución inalámbrica de energía tiene claras ventajas sobre las conexiones por cable y puede lograr una mayor eficiencia en los próximos tiempos.
Las pérdidas que se producen durante la transmisión de energía eléctrica constituyen un problema importante en los sistemas eléctricos. La pérdida de energía durante la transmisión se estima en un 26%. La razón principal de esta pérdida durante la transmisión puede atribuirse a la resistencia de los cables utilizados en la red. Según el WRI (World Resource Institute), la red eléctrica de la India sufre el mayor porcentaje (27-40%) de pérdidas de transmisión de energía del mundo. En este contexto, la transmisión de electricidad mediante un método de inducción electromagnética puede resultar de gran utilidad.
La energía inalámbrica juega un papel importante en los esfuerzos por salvar vidas. En áreas propensas a desastres, es posible una recuperación rápida con energía inalámbrica y también se pueden evitar daños importantes a los equipos. Receptores de energía remotos excavados en la tierra cuando el nivel de peligro alcanza el umbral, posteriormente aumentan y reciben energía y la distribuyen a la carga requerida.
La WPT no sólo reduce el riesgo de descarga eléctrica y evita enchufes frecuentes, sino que una mayor eficiencia también es uno de los factores críticos a considerar en esta tecnología.
A continuación se presentan algunas otras ventajas de WPT:
- Diseño simple
- Operación de baja frecuencia
- Potencial para transmitir energía a áreas remotas donde el cableado no es viable.
- La energía inalámbrica no es tan peligrosa como la energía por cable donde los conductores están expuestos.
- Las pérdidas de transmisión y distribución del sistema existente pueden disminuir aún más cuando se implementa una transmisión de energía inalámbrica de alta eficiencia.
- Los vehículos eléctricos se pueden cargar en cualquier lugar.
- Los clientes pueden liberarse de los requisitos de cables de alimentación, cables enchufables y adaptadores enchufables.
- La TIP conduce a una reducción de gastos y costes de mantenimiento de los activos de transmisión y distribución.
- Los dispositivos se pueden cargar desde cualquier lugar sin necesidad de cargadores.
- No es propenso al robo por apretón de manos desde la fuente hasta la carga.
- Posibilidad creciente de entrada de más proveedores de energía a mayores distancias con el consiguiente aumento de la base de clientes.
- Se pueden lograr precios de energía competitivos cuando más proveedores participan en el mercado.
Desventajas de la energía inalámbrica
La WPT también tiene sus desventajas. Además de las dificultades para transmitir y distribuir energía eléctrica, los altos costos de capital y las interferencias también son obstáculos considerables en el despliegue comercial de energía inalámbrica a largas distancias. Se necesitan más esfuerzos de I+D para implementar un sistema de energía inalámbrico con seguridad, alta eficiencia y costo de capital óptimo, al tiempo que se descartan altas pérdidas de energía, no direccionalidad e ineficiencia para distancias más largas.
El crecimiento del mercado mundial de transmisión de energía inalámbrica puede verse afectado hasta cierto punto debido a la falta de estándares comunes que impliquen problemas de compatibilidad y compensaciones entre seguridad, eficiencia y corto alcance de energía inalámbrica.
Perspectivas del mercado mundial de transmisión de energía inalámbrica
Según el “Informe de investigación del mercado global de transmisión de energía inalámbrica 2020-2026”, se espera que el mercado crezca a una tasa compuesta anual del 21,89% durante el período previsto de 2020 a 2025.
Principales mercados y actores
Las regiones clave del mercado de transmisión de energía inalámbrica incluyen América del Norte, Europa, Asia Pacífico, América del Sur, Oriente Medio y África.
Se espera que la región de Asia y el Pacífico reciba una tracción significativa en términos de tamaño del mercado de transmisión de energía inalámbrica debido a la creciente presencia de una gran cantidad de industrias de electrónica de consumo en países como Corea del Sur, India, Japón y China. Los factores que contribuyen al mercado de transmisión de energía inalámbrica en estos países incluyen la rápida urbanización y el agresivo crecimiento demográfico, así como un gigantesco centro de producción de electrónica de consumo.
Varias empresas que operan en el mercado mundial de transmisión de energía inalámbrica difieren en términos de finanzas, I+D, estrategias, planes de expansión y más.
Con sede en Corea del Sur, Samsung Electronics tiene una poderosa línea de teléfonos inteligentes, como el Samsung Galaxy, equipados con capacidades de receptor de carga inalámbrica. Google Nexus y Motorola Droid constituyen algunas de las series de teléfonos inteligentes más populares que tienen capacidades de carga inalámbrica. TDK Corp., Integrated Device Technology, Inc., Texas Instruments Inc., Witricity Corp., Semtech Corp.; Toshiba Corp.; Panasonic Corp.; Rohm Co. LG Electronics Inc.; Murata Manufacturing Co. son otras empresas líderes en el mercado mundial de transmisión de energía inalámbrica.
De aqui para adelante
En el futuro, la comunicación eléctrica por cable existente podría ser reemplazada por energía inalámbrica. Pronto, los usuarios no necesitarán llevar dispositivos de carga ni un banco de energía.
Es probable que el mercado se expanda debido a ciertos factores que impulsan su crecimiento. Se espera que la necesidad de sistemas de carga eficaces y la creciente preferencia de los consumidores por la conectividad inalámbrica y la comodidad ofrecida mejoren las perspectivas de los proveedores que operan en el mercado mundial de transmisión de energía inalámbrica. En el futuro, el mercado internacional de transmisión de energía inalámbrica puede presenciar el auge de la tecnología de resonancia magnética, allanando el camino para la fase introductoria y la tecnología inductiva para la fase de crecimiento.
Los teléfonos inteligentes se están convirtiendo en la aplicación receptora más grande en el mercado de transmisión de energía inductiva inalámbrica. Entre las diversas tecnologías para transmitir energía eléctrica de un punto a otro en distancias más cortas, el acoplamiento inductivo es la más utilizada para distancias muy cortas en la carga de móviles.
Últimamente, uno de los principales fabricantes de dispositivos móviles ha presentado una patente basada en energía inalámbrica basada en RF para la carga inalámbrica de dispositivos móviles. La carga programada de sus dispositivos puede llevar a sus competidores a realizar investigaciones y desarrollo de instalaciones de carga inalámbrica futuristas.
En el futuro, un proveedor de servicios móviles podrá cargar con éxito teléfonos móviles proporcionando la energía necesaria desde una estación base móvil. La sinergia entre el software y el hardware integrados del móvil y la estación base se encarga del nivel umbral de potencia para la carga, lo que puede conducir a una mayor eficiencia.
Las tendencias apuntan a puntos de carga inalámbrica en las señales de vehículos eléctricos. Cargar vehículos eléctricos mientras se conducen distancias más largas puede no ser un obstáculo para reemplazar los vehículos existentes. Se pueden construir carreteras especiales entre las empresas de servicios públicos y mantenerlas con acoplamiento inductivo para proporcionar carga continua a los vehículos eléctricos. Cada EV es identificable desde la perspectiva de la fuente. Pueden surgir posibilidades de carga alternativas mediante la construcción de carreteras para la carga constante de vehículos eléctricos.
Se prevé que las oportunidades en varios mercados de segmentación, como la implementación integrada y la tecnología de inducción, compensen el efecto de los impedimentos en el mercado global de transmisión de energía inalámbrica. En esta tecnología emergente, la distancia de transferencia de energía se puede mejorar con esfuerzos continuos de I+D. Además, se espera que la TIP mitigue la grave crisis energética que afronta actualmente el mundo entero. Como esta tecnología evoluciona constantemente, la energía inalámbrica puede convertirse en una propuesta más realista en el futuro.