Wireless Power Transfer (WPT) é uma tecnologia que permite a transferência de energia elétrica sem fios. Baseado em tecnologias que utilizam campos elétricos, magnéticos ou eletromagnéticos, o WPT é capaz de fornecer energia de uma fonte CA padrão para baterias e dispositivos compatíveis, sem quaisquer conectores físicos. Esta tecnologia utiliza o campo eletromagnético gerado pelas partículas carregadas para transferir energia através do entreferro, que é posteriormente convertida em corrente doméstica utilizável pelo receptor. A energia sem fio envolve a troca de energia por dois objetos com uma frequência ressonante semelhante, enquanto dissipa relativamente pouca energia para os objetos estranhos fora de ressonância.
Com os rápidos avanços tecnológicos, a tecnologia WPT, ou seja, a transmissão sem fio de energia elétrica de uma fonte de energia para uma carga elétrica sem conectar fios, é particularmente útil no funcionamento ou recarga sem fio de vários produtos, como smartphones, tablets e laptops. dispositivos de transporte, como drones e veículos elétricos (EVs), eletrônicos vestíveis, aplicações de transmissores e células solares. A tecnologia começou a encontrar aceitação crescente em vários domínios, como eletrônicos de consumo, transporte, aquecimento e ventilação, engenharia industrial e engenharia de modelos.
O WPT permite eliminar a limitação de um cabo de alimentação enquanto mantém os dispositivos elétricos carregados continuamente. Confiável, eficiente, rápido e com baixo custo de manutenção, também pode ser utilizado para curto ou longo alcance. Ao mesmo tempo, este tipo de carregamento apresenta um risco muito menor de choque elétrico, pois é isolado galvanicamente.
Evolução do WPT
O conceito de WPT começou no final do século 19, quando Nikola Tesla, um inventor sérvio-americano, mais conhecido por suas contribuições para o projeto de sistemas de fornecimento de energia de corrente alternada (CA), propôs e trabalhou em energia sem fio. Tesla exibiu lâmpadas sem fio na Exposição Mundial da Colômbia no início da década de 1890. No início de 1961, William C Brown propôs possibilidades de transmissão de energia por microondas ao publicar um artigo explorando as possibilidades de transmissão de energia por microondas. Em 2007, uma equipe do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) acendeu com sucesso uma lâmpada de 60 W a uma distância de 2 metros com eficiência de aproximadamente 40%. Em 2009, a Sony lançou um aparelho de TV alimentado por indução eletrodinâmica sem fio. Nos últimos anos, muitos experimentos e avanços aconteceram, levando ao advento de diferentes carregadores móveis sem fio.
Um teste de demonstração de uma bicicleta motorizada foi iniciado por uma equipe da Universidade de Kyoto, no Japão. Envolvia uma bicicleta capaz de receber carga sem fio, simplesmente estacionando-a em frente a um carregador. Sua roda dianteira consumia energia na forma de microondas com a ajuda de uma bateria e um receptor. Os testes que começaram no início de março de 2017 garantem que o carregamento só seja feito tarde da noite para evitar o contacto potencialmente prejudicial dos seres humanos com microondas equivalentes a 100 watts. Ele foi projetado de forma que pare assim que alguém estiver dentro de um determinado alcance.
Mercado de transmissão de energia sem fio por tipo
Método de indução
O carregamento por indução é usado para fabricar cargas sem fio para escovas de dente, celulares, barbeadores e dispositivos portáteis. O mesmo princípio é usado tanto no carregamento sem fio quanto no transformador, onde não há conexão direta entre as bobinas primária e secundária. A indução mútua leva à transferência de energia entre os circuitos primário e secundário. Neste método, a bobina de indução do carregador atua como uma bobina primária e cria um campo eletromagnético alternado quando a energia é fornecida a ela. O dispositivo portátil (que precisa ser carregado) contém a bobina secundária que recebe energia desse campo eletromagnético quando é colocado no carregador e a converte em corrente elétrica e carrega a bateria. Este princípio fantástico é aplicado para carregar dispositivos dentro de um alcance mínimo.
É vantajoso, conveniente e seguro, pois nenhum condutor perigoso fica exposto, não acarretando risco de choque elétrico. O mesmo princípio do acoplamento indutivo ressonante pode ser usado para transmissão de energia. O acoplamento indutivo ressonante aumenta o alcance de transmissão. Aqui, as bobinas primária e secundária ressoam na mesma frequência. A eletricidade fornecida à bobina primária gera um campo magnético oscilante e é captada por uma bobina secundária, que é convertida em eletricidade para a carga.
Outro tipo de acoplamento é o acoplamento capacitivo ou indução eletrostática. O princípio envolve o acoplamento capacitivo entre dois ou mais eletrodos ou placas com corrente CA de alta frequência e alto potencial.
Todos os princípios acima são limitados a pequenas distâncias e não podem ser implementados em distâncias maiores.
Transmissão de energia por microondas
Foi William C Brown quem demonstrou a transmissão de energia sem fio em distâncias maiores através deste método usando Rectenna, uma antena com dispositivo retificador, em 1964. Este método fornece a viabilidade de transmissão direcional de energia por um transmissor de microondas, que gera microondas utilizando uma antena. O receptor possui uma Rectenna que converte microondas de volta em eletricidade. Um dos principais obstáculos deste método é que ele precisa de antenas de grande escala.
Transmissão de energia por feixe de laser
Este método utiliza células fotovoltaicas, que convertem luz em eletricidade pelo efeito fotovoltaico. Primeiramente, a energia é convertida em um feixe de laser e transmitida da fonte. Células fotovoltaicas são usadas como receptor e convertem o feixe de laser de volta em eletricidade. A seção transversal do feixe de laser é pequena e é vantajosa para transmissão em distâncias maiores, mas os feixes de laser são prejudiciais a seres humanos e animais. Além disso, é altamente direcional, pois as células fotovoltaicas devem ser expostas ao feixe de laser transmitido; caso contrário, poderá ocorrer perda total de energia. Outras dificuldades que podem afetar a eficiência deste sistema incluem absorção atmosférica, efeitos de dispersão ambiental e dificuldades climáticas.
Vantagens da energia sem fio
A transmissão e distribuição de energia sem fio tem vantagens distintas em relação às conexões com fio e pode alcançar maior eficiência nos próximos tempos.
As perdas que ocorrem durante a transmissão de energia elétrica constituem um problema significativo nos sistemas de energia. A perda de potência durante a transmissão é estimada em 26%. A principal razão para esta perda durante a transmissão pode ser atribuída à resistência dos fios utilizados na rede. De acordo com o WRI (World Resource Institute), a rede eléctrica da Índia incorre na percentagem mais elevada (27-40%) de perdas de transmissão de energia no mundo. Neste contexto, a transmissão de eletricidade utilizando um método de indução eletromagnética pode ser altamente útil.
A energia sem fio desempenha um papel importante nos esforços para salvar vidas. Em áreas propensas a desastres, a recuperação rápida é possível com energia sem fio e também é possível impedir danos significativos ao equipamento. Receptores remotos de energia escavados na terra quando o nível de perigo atinge o limite, posteriormente aumentando e recebendo energia e distribuindo-a para a carga necessária.
O WPT não apenas diminui o risco de choque e de parar de conectar frequentemente nas tomadas, mas a maior eficiência também é um dos fatores críticos a serem considerados nesta tecnologia.
A seguir estão algumas outras vantagens do WPT:
- Design simples
- Operação de frequência mais baixa
- Potencial para transmissão de energia para áreas remotas onde a fiação não é viável.
- A energia sem fio não é tão perigosa quanto a energia com fio onde os condutores estão expostos.
- As perdas de transmissão e distribuição do sistema existente podem ainda diminuir quando a transmissão de energia sem fio de alta eficiência é implementada.
- Os veículos elétricos podem ser carregados em qualquer lugar.
- Os clientes podem ficar livres dos requisitos de cabos de alimentação, cabos plug-in e adaptadores plug-in.
- WPT leva à redução de despesas e custos de manutenção em ativos de transmissão e distribuição.
- Os dispositivos podem ser carregados de qualquer lugar sem a necessidade de carregadores.
- Não é propenso a roubo com aperto de mão da fonte para a carga.
- Possibilidade crescente de entrada de mais fornecedores de energia para distâncias mais consideráveis com consequente aumento da base de clientes.
- Preços competitivos de energia podem ser obtidos quando mais fornecedores participam do mercado.
Desvantagens da energia sem fio
O WPT também tem suas desvantagens. Além das dificuldades na transmissão e distribuição de energia elétrica, o alto custo de capital e a interferência também são gargalos consideráveis na implementação comercial de energia sem fio em longas distâncias. Mais esforços de P&D são necessários para implementar um sistema de energia sem fio com segurança, alta eficiência e custo de capital ideal, descartando altas perdas de energia, não direcionalidade e ineficiência para distâncias mais longas.
O crescimento do mercado global de transmissão de energia sem fio pode ser afetado, em certa medida, devido à falta de padrões comuns que envolvam questões de compatibilidade e compromissos entre segurança, eficiência e curto alcance de energia sem fio.
Perspectivas do mercado global de transmissão de energia sem fio
De acordo com o “Relatório de pesquisa Global Wireless Power Transmission Market 2020-2026”, o mercado deverá crescer com um CAGR de 21,89% durante o período de previsão de 2020 a 2025.
Principais mercados e players
As principais regiões do mercado de transmissão de energia sem fio incluem América do Norte, Europa, Ásia-Pacífico, América do Sul e Oriente Médio e África.
Espera-se que a região Ásia-Pacífico receba uma tração significativa em termos de tamanho do mercado de transmissão de energia sem fio devido à presença crescente de um grande número de indústrias de eletrônicos de consumo em países como Coreia do Sul, Índia, Japão e China. Os factores que contribuem para o mercado de transmissão de energia sem fios nestes países incluem a rápida urbanização e o aumento agressivo da população, além de um gigantesco centro de produção de produtos electrónicos de consumo.
Várias empresas que operam no mercado global de transmissão de energia sem fio diferem em termos de finanças, P&D, estratégias, planos de expansão e muito mais.
Com sede na Coreia do Sul, a Samsung Electronics possui uma poderosa linha de smartphones, como o Samsung Galaxy, equipado com recursos de receptor de carregamento sem fio. Google Nexus e Motorola Droid compõem algumas das séries populares de smartphones que possuem recursos de carregamento sem fio. TDK Corp., Integrated Device Technology, Inc., Texas Instruments Inc., Witricity Corp., Semtech Corp.; Toshiba Corp.; Panasonic Corp.; Rohm Co. LG Eletrônica Inc.; Murata Manufacturing Co. são algumas outras empresas líderes no mercado mundial de transmissão de energia sem fio.
Daqui para frente
No futuro, a comunicação de eletricidade com fio existente poderá ser substituída por energia sem fio. Em breve, os usuários não precisarão carregar dispositivos de carregamento ou um banco de energia.
É provável que o mercado se expanda devido a certos fatores que impulsionam o seu crescimento. Espera-se que a exigência de sistemas de cobrança eficazes e a crescente preferência dos consumidores pela conectividade sem fio e pela conveniência oferecida aumentem as perspectivas dos fornecedores que operam no mercado global de transmissão de energia sem fio. No futuro, o mercado internacional de transmissão de energia sem fio poderá testemunhar a ascensão da tecnologia de ressonância magnética, abrindo caminho para a fase introdutória e a tecnologia indutiva para a fase de crescimento.
Os smartphones estão emergindo como a maior aplicação receptora no mercado de transmissão indutiva de energia sem fio. Dentre as diversas tecnologias de transmissão de energia elétrica de um ponto a outro para distâncias mais curtas, o acoplamento indutivo é o mais comumente utilizado para distâncias muito curtas no carregamento móvel.
Ultimamente, um dos principais fabricantes de dispositivos móveis registrou uma patente baseada em energia sem fio baseada em RF para carregamento sem fio de dispositivos móveis. O carregamento programado dos seus aparelhos pode levar os seus concorrentes a realizar investigação e desenvolvimento em instalações futurísticas de carregamento sem fios.
No futuro, um fornecedor de serviços móveis poderá ter sucesso no carregamento de telemóveis, fornecendo a energia necessária a partir de uma estação base móvel. A sinergia entre software e hardware integrados móveis e a estação base cuida do nível de limite de energia para carregar, o que pode levar a uma maior eficiência.
As tendências apontam para pontos de carregamento sem fio em sinais para VEs. Carregar VEs durante a condução por distâncias mais longas pode não ser um obstáculo à substituição dos veículos existentes. Estradas especiais podem ser construídas entre serviços públicos e mantidas com acoplamento indutivo para fornecer carregamento contínuo para VEs. Cada EV é identificável da perspectiva da fonte. Podem surgir possibilidades alternativas de carregamento através da construção de estradas para carregamento constante de VEs.
Prevê-se que oportunidades em vários mercados de segmentação, como implementação integrada e tecnologia de indução, compensem o efeito dos impedimentos no mercado global de transmissão de energia sem fio. Nesta tecnologia emergente, a distância de transferência de energia pode ser melhorada com esforços contínuos de P&D. Além disso, espera-se que o WPT mitigue a grave crise energética que o mundo inteiro enfrenta atualmente. Como esta tecnologia está em constante evolução, a energia sem fio pode tornar-se uma proposta mais realista no futuro.