Немного терминов и истории.
Ректенна (от англ. rectifying antenna — выпрямляющая антенна) — устройство, представляющее собой нелинейную антенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на неё электромагнитной волны в энергию постоянного тока.
В 1973 году Роберт Бэйли вместе с Джеймсом Флетчером получили патент на «электромагнитный преобразователь волн». Запатентованное устройство было похоже на современные наноантенны (ректенны с размерами в нано диапазоне). В 1984 г. Элвин Маркс получил патент на устройство, в описании которого явно указано на использование субмикронных антенн для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.
Более подробно о вышеуказанных устройствах можно почитать на просторах интернета.
Принцип работы
Теория, лежащая в основе наноантенн, по существу та же, что описывает работу выпрямляющих антенн (ректенн). Падающий на антенну свет вызывает колебания электронов в антенне, движущихся вперёд-назад с той же частотой, что и входящий поток света. Это связано с колебаниями электрического поля входящей электромагнитной волны. Движение электронов создаёт переменный ток в цепи антенны. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, нужно произвести его детектирование (выпрямить в постоянный), которое обычно выполняется с помощью выпрямительного диода.
Многим известно, что ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное излучение (тепло от нагретых веществ) это всё является электромагнитным излучением. А так как ректенной (антенной с выпрямителем) можно преобразовать энергию электромагнитной волны в электрическую энергию постоянного тока, то значит что вышеуказанные виды излучения возможно также преобразовать в энергию постоянного электрического тока. Наноантенны преобразуют видимое излучение, ректенны - радиоволны, но что будет если преобразовывать инфракрасное излучение (тепло от нагретых веществ). Получается генератор электрической энергии постоянного тока из тепла (термоэлектрический преобразователь).
А до какой температуры необходимо нагреть вещество (предмет), чтоб оно начало излучать инфракрасное излучение (микроволновое излучение) и какова длина волны этого излучения (частота излучения)?
На самом деле никакой энергии для разогрева тела (вещества) не нужно, дело в том, что обычно температура тел вокруг нас уже отличны от абсолютного нуля (-273,15 градуса по шкале Цельсия) и вещества (тела) при температуре около 0 градусов цельсия излучают инфракрасное излучение с длиной волны 8-15 мкм.
Из вышеописанного следует, что достаточно изготовить ректенну размерами в несколько микрон и возможно отбирать энергию из окружающей среды и преобразовав в постоянный ток использовать (рассеивать в ту же окружающую среду) для своих целей (электротранспорт, освещение и т.д).
Это что получаеться вечный двигатель? Нет, это не вечный двигатель. Просто энергия берется из окружающей среды, и как во всех двигателях и генераторах есть потери, которые в конечном итоге преобразуются в то же самое тепло.
Плюсы и минусы
Безусловно плюсами будет являться:
- Отсутствие в необходимости топлива;
- Возможность использования в качестве охладителя (холодильники, кондиционеры), т.к. тепло забирается из одного места и преобразуясь передается электропотребителям;
- Достаточно высокий КПД около 50%. (теоретический КПД ректен может составлять 80%);
- Возможность эффективно использовать диоды Шоттки;
- Мобильность (возможность использования в любом месте не привязанном к местонахождению топлива);
- Дешевизна материалов для изготовления.
К минусам можно отнести:
- Необходимость дорогостоящей электронно-лучевой литографии, однако для микроректенн она необходима только на этапе производства шаблона, дальнейшее производство возможно с помошью рулонной технологии.
Производство и внедрение.
Не так давно Стивен Новак занимался наноантеннами преобразующими солнечное излучение и подтверждал теорию. Однако из-за высоких частот с видимым излучением (диоды Шоттки сложно использовать), решили перейти в инфракрасный диапазон излучения, т.к. есть возможность использовать диоды Шоттки. И оказалось что нет необходимости нагревать микроректенну солнечным светом, она сама по себе преобразует окружающее тепло в электрический постоянный ток.
Стоимость микроректен меньше чем наноантенн, поэтому в июле 2022 года Были протестированы микроректенны и результаты оказались впечатляющими. На данный момент достигнут КПД в 38,7 %. Мощность опытного образца микроректенны массой около 250 грамм при 0 градусах цельсия излучателя составила 414 Ватт. А как это прочувствовать? Пример: у Tesla Model S мощность 1020 л.с.= 750,2 кВт, а батарея весит 540 кг и при этом запас энергии у неё иссякаем. Для такой же мощности нужен будет массив микроректенн массой 453 кг, но при этом энергия будет поглощаться из окружающей среды (теплого воздуха).
Когда же внедрят устройство? Согласно планам команды Новака сбор средств привязан к середине 2024 года.
И на последок - сладенькое
Модель структуры микроректенны из патента. К сожалению размеры не указаны, но подозреваю что размеры элементов несколько микрометров.
Прошу подписаться если интересна данная тематика.