Беспроводная передача электричества
Беспроводная передача электричества — это процесс передачи электрической энергии без использования проводов в качестве физической связующей. В системе беспроводной передачи энергии устройство-передатчик, питаемое от источника электроэнергии, генерирует переменное электромагнитное поле, которое передает энергию по пространству к устройству-приёмнику; приёмник извлекает энергию из поля и подает её к нагрузке. Технология беспроводной передачи энергии позволяет отказаться от проводов и аккумуляторов, увеличивая мобильность, удобство и безопасность использования электронных устройств[2]. Беспроводная передача электроэнергии полезна для питания устройств в случаях, когда соединительные провода неудобны, опасны или невозможны.
В 2025—2026 годах объём рынка превысил 24—31 млрд долларов США благодаря растущему спросу на бесконтактную зарядку в потребительской электронике и электромобилях..
Методы
Основные методы беспроводной передачи энергии делятся на две категории: ближнее поле и дальнее поле[3]. В ближнепольных или неративных методах энергия передаётся на малые расстояния посредством магнитных полей с использованием индуктивной связи между катушками, либо посредством электрических полей через емкостную связь между металлическими электродами. Наиболее широко распространена индуктивная связь: она используется для зарядки портативных устройств (телефоны, электрические зубные щётки), RFID-меток, индукционных плит, а также для беспроводной зарядки или постоянного питания медицинских имплантируемых устройств (например, кардиостимуляторов) и электромобилей. В дальнепольных или радиативных методах (также называемых лучевая передача энергии) энергия передаётся пучками электромагнитного излучения, такими как микроволны[4] или лазерное излучение. Эти методы подходят для передачи энергии на большие расстояния, но требуют точного наведения на приёмник. Предлагаемые приложения включают солнечные энергетические спутники и беспроводное питание дронов[5][6][7].
Важной задачей при создании систем беспроводной передачи энергии является ограничение воздействия потенциально вредных электромагнитных полей на людей и живые организмы[8][9].
История развития и современные достижения
2020 год
В 2020 году значительные успехи были достигнуты как в сфере потребительской электроники, так и в разработке систем для передачи энергии на большие расстояния.
В октябре 2020 года компания Apple представила технологию MagSafe вместе с линейкой iPhone 12. Система, основанная на стандарте Qi, была дополнена магнитным кольцом для точного позиционирования, что позволило повысить стабильность и увеличить мощность зарядки до 15 Вт[10]. В то же время производители устройств на Android также наращивали мощность: например, смартфон Huawei Mate 40 Pro получил поддержку беспроводной зарядки мощностью 50 Вт[10].
В области промышленных решений новозеландская компания Emrod представила систему для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния с использованием безопасного радиодиапазона ISM[11]. Рабочий прототип на тот момент мог передавать несколько ватт на расстояние около 40 метров[12]. Второй по величине поставщик энергии в Новой Зеландии, Powerco, инвестировал в технологию для снабжения удалённых районов[11].
В августе 2020 года израильская компания Electreon Wireless запустила первый в стране участок дороги с возможностью беспроводной подзарядки электротранспорта во время движения[11].
Среди научных исследований можно отметить предложение учёных из Университета ИТМО по созданию универсального устройства для одновременной зарядки нескольких гаджетов[13].
2021 год
В 2021 году доминирующим стандартом для беспроводной зарядки потребительских устройств оставался Qi[14]. Производители смартфонов продолжали наращивать мощность: были выпущены модели, поддерживающие беспроводную зарядку до 50 Вт[14].
В области передачи энергии на большие расстояния были достигнуты заметные результаты. В апреле 2022 года Исследовательская лаборатория США (NRL) провела успешный эксперимент по передаче 1,6 кВт мощности на расстояние свыше километра с помощью лазера[15], что стало одним из самых значительных результатов по пиковой мощности со времён рекорда 1975 года[16]. В то же время новозеландская компания Emrod в ноябре 2021 года анонсировала подготовку к полевым испытаниям системы, способной передавать несколько киловатт мощности на расстояние не менее 200 метров[17][18].
Продолжались и фундаментальные исследования. В научном журнале «Ural Radio Engineering Journal» была опубликована статья об исследовании системы беспроводной передачи энергии на малые расстояния с использованием микрополосковых структур. Технология была предложена для зарядки аккумуляторов беспилотных транспортных средств и показала незначительные потери на расстоянии до 10 мм[19]. Кроме того, японские исследователи из Университета Тиба разработали метод, использующий искусственный интеллект для оптимизации цепей беспроводной передачи энергии, что позволило повысить КПД до 86,7 % и обеспечить стабильность системы независимо от нагрузки[20][21].
2022 год
В 2022 году развитие технологий беспроводной передачи энергии коснулось как потребительской электроники, так и стандартизации для промышленности. На выставке CES компания Samsung представила пульт дистанционного управления Eco Remote, способный заряжаться за счёт сбора радиочастотной энергии от Wi-Fi-роутеров[22]. В то же время для индустрии электромобилей был опубликован международный стандарт IEC 61980-3:2022, который установил требования к системам беспроводной передачи энергии (WPT) на основе магнитного поля для обеспечения совместимости и безопасности оборудования[23]. В марте 2022 года компания Volvo запустила в Гётеборге пилотный проект по беспроводной зарядке электрических такси (на базе модели Volvo XC40 Recharge) мощностью более 40 кВт[24].
Одновременно продолжались исследования в области передачи энергии на дальние расстояния, в частности, с помощью лазерного луча для аэрокосмических применений.
2023 год
В 2023 году ключевым событием в сфере беспроводной зарядки для потребительской электроники стал анонс нового стандарта Qi2 (произносится «чи два») от Консорциума беспроводной энергетики (WPC)[25]. Главным нововведением стандарта стал магнитный профиль мощности (Magnetic Power Profile, MPP), основанный на технологии Apple MagSafe[26]. Использование магнитов обеспечивает точное совмещение катушек в зарядном устройстве и гаджете, что повышает эффективность и скорость зарядки, а также снижает нагрев[26]. Стандартная мощность для устройств Qi2 составляет 15 Вт, что сопоставимо с MagSafe, но превышает базовые 7,5 Вт для Qi первого поколения. Первые сертифицированные устройства начали появляться на рынке в конце 2023 года[26].
В России также были представлены значимые разработки. Учёные из Университета ИТМО совместно с компанией «Яблочков» представили первую в стране беспроводную зарядную станцию для электротранспорта и начали работу по созданию национальных стандартов в этой области[27]. Кроме того, в ИТМО был разработан прототип «беспроводной комнаты» (WPT-комнаты) — системы, создающей равномерное магнитное поле в замкнутом пространстве, что позволяет одновременно заряжать несколько устройств без необходимости их точного позиционирования[27]. Эффективность (КПД) передачи энергии превышает 50 %, однородность покрытия составляет более 80 %, а технология полностью соответствует международным стандартам безопасности[28].
2024 год
В 2024 году продолжилось активное распространение стандарта Qi2, анонсированного в конце 2023 года. Ключевой особенностью стандарта стал магнитный профиль мощности (Magnetic Power Profile, MPP), основанный на технологии Apple MagSafe, который обеспечивает точное совмещение катушек и повышает эффективность зарядки.
Параллельно со стандартизацией продолжилась гонка мощностей беспроводной зарядки, особенно среди китайских производителей. В то время как флагманы Apple и Samsung в 2024 году поддерживали мощность 15 Вт, другие компании представили более производительные решения. Например, смартфон Honor Magic 6 Pro получил поддержку беспроводной зарядки мощностью 66 Вт, позволяющей полностью зарядить аккумулятор за 40 минут. Модели OnePlus 12, Xiaomi 14 и Oppo Find X7 Ultra поддерживали мощность 50 Вт[29].
В области передачи энергии на большие расстояния учёные из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе представили компактные фотоэлектрические преобразователи на основе арсенида галлия. Эта технология позволяет преобразовывать лазерное излучение в электричество и передавать энергию на десятки километров, что открывает перспективы для электроснабжения космических аппаратов и удалённых регионов[30].
2025 год
В 2025 году были достигнуты значительные успехи в области беспроводной передачи энергии как на большие расстояния, так и в развитии инфраструктуры для электротранспорта.
В мае 2025 года Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA) объявило об установлении нового рекорда в рамках программы POWER (Persistent Optical Wireless Energy Relay). С помощью лазерного луча удалось передать мощность более 800 Вт на расстояние 8,6 км[31]. Это достижение рассматривается как важный шаг к созданию систем для питания удалённых объектов и, в перспективе, для передачи энергии с орбитальных солнечных электростанций[31].
В ноябре 2025 года во Франции был введён в эксплуатацию первый в мире участок автомагистрали с технологией динамической беспроводной зарядки. Пилотный проект на трассе A10, реализованный компанией Electreon совместно с оператором VINCI Autoroutes, позволяет электромобилям подзаряжаться во время движения от индукционных катушек, встроенных в дорожное полотно[32]. Система способна передавать мощность свыше 200 кВт, что сопоставимо со стационарными станциями быстрой зарядки.
В сфере потребительской электроники продолжилось распространение стандарта Qi2, который начал активно внедряться в устройствах на базе Android. Одновременно продолжались фундаментальные исследования: японские учёные представили систему беспроводной передачи энергии, использующую искусственный интеллект для оптимизации процесса. Технология обеспечивает стабильную работу независимо от типа нагрузки и повышает КПД до 86,7 %[33].
2026 год
В июне 2026 года консорциум WPC провёл межпроизводственные тесты (Plugfest) в рамках разработки нового стандарта беспроводной зарядки Qi мощностью 50 Вт при участии таких компаний, как Xiaomi, Apple и Google[34][35]. Стандарт Qi2 получил полноценную поддержку в смартфонах серии Google Pixel 10[36].
Сианьский университет провёл успешный эксперимент по беспроводной передаче энергии на расстояние более 100 метров, достигнув эффективности преобразования 20,8 %[37][38].
В промышленном секторе началось коммерческое внедрение систем статической беспроводной зарядки для складских роботов (AGV) мощностью до 80 кВт[39].
Примечания
Литература
- Jaffe, Paul. Power Beaming: History, Theory, and Practice : [англ.] / Paul Jaffe, Tom Nugent, Bernd II Strassner … [et al.]. — World Scientific, 2024. — ISBN 978-981-12-4310-3.
- de Rooij, Michael A. Wireless Power Handbook. — Power Conversion Publications, 2015. — ISBN 978-0-9966492-1-6.
- Agbinya, Johnson I., Ed. Wireless Power Transfer. — River Publishers, 2012. — ISBN 978-87-92329-23-3.
- Shinohara, Naoki. Wireless Power Transfer via Radiowaves. — John Wiley & Sons, 2014. — ISBN 978-1-118-86296-4.
- Kurs, A.; Karalis, A.; Moffatt, R.; Joannopoulos, J. D.; Fisher, P.; Soljacic, M. (6 июля 2007). “Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances”. Science. 317 (5834): 83—86. Bibcode:2007Sci...317...83K. CiteSeerX 10.1.1.418.9645. DOI:10.1126/science.1143254. PMID 17556549. S2CID 17105396.
- Thibault, G. (2014). Беспроводное прошлое и проводное будущее. In J. Hadlaw, A. Herman, & T. Swiss (Eds.), Theories of the Mobile Internet. Materialities and Imaginaries. (pp. 126–154). London: Routledge.
- U.S. Patent 4 955 562, Microwave powered aircraft, John E. Martin, et al. (1990).
- U.S. Patent 3 933 323, Solid state solar to microwave energy converter system and apparatus, Kenneth W. Dudley, et al. (1976).
- U.S. Patent 3 535 543, Microwave power receiving antenna, Carroll C. Dailey (1970).