Hiện nay, bất kể công nghệ truyền tải điện phát triển đến đâu, vẫn luôn tồn tại vấn đề cực lớn về việc truyền điện từ điểm A đến điểm B, một vấn đề thường không thể vượt qua ở các địa hình phức tạp, nơi không thể dựng trụ treo dây điện hoặc đào chôn đường ống để luồn dây điện.
Hướng tới tương lai, sử dụng các chùm tia laser có thể thay thế đường dây điện, Cơ quan các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến (DARPA) của Hoa Kỳ vừa đạt được cột mốc quan trọng trong truyền tải năng lượng không dây, trong cuộc thử nghiệm mới nhất theo chương trình Chuyển tiếp năng lượng quang học không dây liên tục (POWER).
Chương trình POWER của DARPA tìm cách xây dựng các đường truyền ánh sáng, nơi các chùm tia laser mang năng lượng đến nơi cần thiết ngay lập tức, một cách dễ dàng như cách chúng ta truyền dữ liệu qua không khí hiện nay.
Đây là nỗ lực dường như đang thu được kết quả tốt. Trước đây, hệ thống POWER sử dụng tia laser để chiếu lượng điện quang đáng kể là 230 watt điện ở khoảng cách 1,7 km trong 25 giây và một lượng điện năng nhỏ hơn (không được tiết lộ) ở khoảng cách 3,7 km.
Trong loạt thử nghiệm gần đây tại New Mexico, nhóm nghiên cứu DARPA ghi nhận hơn 800 watt điện truyền tải trong quá trình truyền tia laser kéo dài 30 giây từ khoảng cách xa 8,6 km. Trong suốt cuộc thử nghiệm, hơn 1 megajoule năng lượng được truyền đi bằng công nghệ truyền năng lượng quang học tiên tiến.
Trong cuộc thử nghiệm, các nhà nghiên cứu trình diễn thành công hệ thống truyền năng lượng laser trên mặt đất, gọi là bản demo mảng bộ thu Power (PRAD). Cả bộ phát và bộ thu đều đặt trên mặt đất. Thử nghiệm tập trung vào việc truyền năng lượng qua phần dày đặc nhất của bầu khí quyển - một thách thức kỹ thuật lớn - nhưng vẫn lập kỷ lục về công suất và khoảng cách.
Cốt lõi của PRAD là một bộ thu sáng tạo, cấu trúc giống hình quả bóng, với khẩu độ nhỏ gọn, có thể thu được chùm tia laser đi vào với tổn thất tối thiểu. Khi vào bên trong, chùm tia này chiếu vào gương parabol, ánh sáng phản chiếu hướng vào một mảng pin quang điện. Mảng pin này chuyển đổi ánh sáng laser trở lại thành điện năng có thể sử dụng.
Hiện tại, DARPA đang tập trung vào công suất và khoảng cách, hiệu suất không phải là mục tiêu chính, nhưng nhóm nghiên cứu ghi nhận hiệu suất chuyển đổi hơn 20% từ công suất quang phát ra từ tia laser đến công suất điện phát ra từ bộ thu là chấp nhận được, và có kế hoạch cải thiện hiệu suất này khi công nghệ được mở rộng.
Với DARPA, mục tiêu chính là nhanh chóng xác thực thiết kế bộ thu mới có khả năng mở rộng đáng kể phạm vi truyền tải. Kết quả là bộ thu được thiết kế và chế tạo chỉ trong khoảng 3 tháng. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng là biến chúng thành rơle gắn trên máy bay không người lái (UAV), bay ở độ cao lớn để hướng công suất đến nơi cần thiết.
Cuộc trình diễn này đánh dấu cột mốc quan trọng, cho phép cung cấp năng lượng nhanh chóng theo yêu cầu trong môi trường quân sự. Bản demo PRAD có thể mở rộng mức công suất cao hơn, thiết kế để tích hợp vào các nền tảng khác nhau, chẳng hạn như UAV, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hậu cần tại thực địa.
Cuộc trình diễn PRAD phá vỡ những quan niệm sai lầm về giới hạn của công nghệ truyền năng lượng. Theo DARPA, bước đột phá này đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc phát triển các giải pháp năng lượng không dây tầm xa cho quốc phòng và các ứng dụng quan trọng khác.
