Kablosuz Şarj: Wireless Charging
Günümüzde gelişen teknolojilerle birlikte enerji ihtiyacı da gittikçe artmakta. Artan bu enerji ihtiyacı kullanıcıları belirli bir süreliğine de olsa bir şebekeye bağlanmak zorunda bırakıyor. Bu içeriğimizde bu sorunu ortadan kaldırmak üzere geliştirilen "Wireless Charging" yani kablosuz şarj teknolojisi inceleyeceğiz. Kablosuz şarjla teknolojisinde kullanılabilen ürünleri, teknolojinin faydalarını ve tabi ki Endüstri 4.0'daki yerini ayrıntılı bir şekilde inceledik.
Yeni bir akıllı telefon ya da elektrikli araç aldığımızda aklımıza gelen ilk düşünce sürekli kullanacağımız bu araçları şarj etmek için fazla beklemeyeceğimiz oluyor. Şarj edilme zorunluluğu günümüzde ne yazık ki birçok cihaz ve ürün için geçerliliğini sürdürmekte. Şarj süresi ticari olarak ürün değerini düşüren bir olgudur bu süreyi karşılığını vererek aldığımız üründen uzak durma dilimi olarak da tanımlayabiliriz. Burada asıl dikkat çekmek istediğimiz nokta teknolojiye olan bağımlılığımızın artırılması değil, ihtiyacımız olduğu zamanlarda kullanmak istediğimiz teknolojik cihazları kullanamamaktır.
Bu gibi sorunların ortadan kaldırılması için geliştirilen endüktif yani kablosuz şarj teknolojisi her geçen gün daha da hayatımızın içerisinde yer almakta. Geliştirilen bu teknoloji ile örneğin elektrikli aracınızı garaja park ettiğinizde, telefonunuzu masanıza koyduğunuzda ya da diş fırçanızı kabına koyduğunuzda cihazların bataryaları doğrudan dolmaya başlayacak.
Rezonans bilindiği üzere birçok fiziksel sistemde var olan bir özellik. Bu enerjinin en verimli şekilde salınımlı bir sisteme aktarıldığı frekans olarak da düşünülebilir. Çocuk parkındaki bir oyuncağın salınımı göz önüne alındığında sistem potansiyel ve kinetik enerji içeren titreşimli bir sistem olarak düşünülebilir. Çocuk salınım boyu miktarınca belirlenen hızda ileri geri salınır. Salıncakta sallanan çocuk kol ve bacak hareketlerini salınım hareketi ile düzgün bir şekilde koordine edebilirse salıncak üzerinde daha hızlı şekilde sallanabilir. Salınım rezonans frekansında titreşen çocuğun basit hareketleriyle enerjiyi sisteme en verimli şekilde aktarmasıdır.
Bir başka rezonans örneği olarak da ses ile bardak kırma teorisi örnek verilebilir. Her maddenin kendine özgü doğal bir frekansı vardır. Ses dalgaları maddenin bu rezonans frekansı ile aynı frekansta maddeye çarparlarsa giderek kuvvetlenen kontrolsüz bir ortam oluşturularak bardağın kırılması sağlanabilir. Cama rezonans frekansında çarpan sesler cama her çarptığında cam bu seslerdeki enerjiyi emer, titreşimi artar ve artan bu titreşim camı paramparça edebilir. Maddenin rezonans frekansı ise maddelerin boyutu, şekli ve kalınlığı gibi birçok fiziksel özelliğine bağlıdır.
Rezonans bağlantısı biri alıcı biri verici olmak koşuluyla doğal frekansları hemen hemen aynı iki sistemin bir araya gelmesiyle oluşur. Günümüzde piyasadaki kablosuz şarj kaynakları ve alıcıları özel olarak tasarlanmış manyetik rezonatörler olup manyetik alanların yakınlığı vasıtasıyla uzun sayılabilicek mesafelerde güç aktarımı yapabilmektedirler.
Kablosuz şarj teknolojisinin kullanıcılara sunacağı benzersiz 4 özellik bulunmaktadır.
1)Mekansal Özgürlük
Artık elektronik diş fırçaları bile bir transformatöre benzer şekilde indüksiyonu kullanıyor. İndüksiyonla eşlenen iki bobinin birbirine doğru yönlendirilmesi ve güç aktarımı için etkili bir şekilde dokundurulması gerekiyor. Bu nedenle elektrikli diş fırçaları bir stant üzerine yerleştirilerek şarj edilebilir. Rezonansla birlikte cihazı aşağı, yukarı, sağa, sola harekete ettirseniz de şarj olabilecek ve bu şekilde "bırak git" diye tanımlanabilecek bir kullanıma sahip olacak.
2)Çoklu Cihaz Şarj Etme
Rezonansla bir güç transfer ünitesinden aynı anda birden fazla aygıt şarj edilebilir. Her cihaz kaynağın kapsamına girdiğinde ihtiyaç duyduğu gücü etkili bir şekilde çekebilir. Tüketici elektroniğinde bu özellik de olumlu kullanıcı deneyimlerinin arasında yer alıyor.
3)Malzeme Üzerinden Şarj
Rezonans ile gücün belirli bir mesafeden taşınabildiği biliniyor bu mesafe aralığına ahşap, taş, cam, beton girse bile güç iletimi gerçekleştirilebiliyor. Bu şekilde güç transfer üniteleri bir masanın altına ya da bir otoparkta her aracın bulunduğu zeminde asfaltın altına monte edilebilir. Metalin manyetik alanla rezonansa giren maddeler arasında olması sebebiyle çeşitli sorunlar oluşma ihtimali olsa da metalin de desteklendiği güç transfer ünitelerini geliştiren firmalar mevcut.
4)Düşük ve Yüksek Güçlerde Şarj
Piyasada işitme cihazları gibi düşük güçler gerektiren uygulamalar için geliştirilmiş miliwatt güçlerindeki güç aktarım ünitelerinin olduğu gibi aynı zamanda 11 kilowatta kadar olan güç aktarım üniteleri de bulunmakta. Bu teknolojide daha büyük bobinlerin daha fazla güç gerektirmesi mantığından yararlanılıyor. Bu özelliğiyle de kablosuz şarj teknolojisi bir çok endüstriyel alana hizmet edebilir duruma geliyor.
Kablosuz şarj sistemi günlük hayattan medikal sektörüne kadar birçok alanda kullanılıyor. Cihazların şarj sırasında fiziksel bağlantısını ortadan kaldıran bu sistemde geliştirilen cihazlar 4 temel alanda kullanıcıların deneyimine sunuluyor. Bu alanlar sırasıyla tüketici elektroniği, otomotiv sektörü, endüstriyel alanlar ve medikal uygulamalar. Şimdi bu alanlarda geliştirilen ürünleri kısaca inceleyelim.
Tüketici Elektroniği
Kablosuz şarj teknolojilerindeki tüketici elektroniği cihazları temel olarak 3 ana güç değerinde üretilmekte. Giyilebilir teknolojiler için 5 wattlık, hızlı şarj ve akıllı telefon şarjları için 15 wattlık ve son olarak dizüstü bilgisayarlar ve tabletler için 30 wattlık kablosuz şarj cihazları üretilmekte. Tüketici elektroniği pazarında kablolardan kurtulmak ortaya tasarım olarak daha mükemmel ve kullanıcı deneyimi olarak çok daha kullanışlı ürünler ortaya konulmasını sağlıyor.
Tüketici elektroniği alanında çok geniş bir ürün gamına sahip olan bu teknoloji günlük hayatta kullanıcılara büyük kolaylıklar ve faydalar sunuyor. Artık tüketici elektroniği alanındaki cihazlar gün geçtikçe konnektör yapısından kurtularak daha estetik bir hal kazanıyor. Konnektör bağlantıları ortadan kalkan cihazların su, toz geçirmeme gibi özellikleri daha kolay geliştiriliyor. Teknolojinin ilerlemesiyle daha yaygın kullanımda, plastik kaynaklı kablolama ihtiyacını ortadan kaldırması asabiyle, uzun vadede doğaya çok büyük katkısının olacağı da öngörülüyor.
Otomotiv
Otomotiv sektöründe elektrikli araca geniş dönemi hızlı bir şekilde devam ederken araçların en büyük sıkıntısı olan şarj konusuna kablosuz şarj teknolojisi ile bir nebze de olsun pratik bir çözüm sunulmuş oluyor. Kablosuz araç şarjında 11 kilowatt ve hatta daha yukarısındaki güç değerlerinde %91-93 oranında bir verimliliğe ulaşıldı. Ayrıca sürücülere zorluk çıkarmayacak şekilde her eksende park etme şansını da sunan teknoloji kullanım yönünden oldukça pratik. Elektrikli araçlar ve hibrit elektrikli araçlar için kablosuz şarj sistemi sektörün önde gelen firmalarından olan WiTricity firması tarafından 2017 yılında piyasaya sunuldu. WiTricity CEO'su Alex Gruzen otonom araçların geleceğin kişisel hareketliliği olduğunu fakat bir sürücülerinin bulunmamasından dolayı kim tarafından şarj edilecekleri sorusuna en kolay ve pratik şekilde bu teknolojiyi geliştirerek yanıt verdiklerini dile getirdi. Gruzen yakın gelecekteki otonom araçlarda otonom araç ve kablosuz şarj teknolojilerinin birleştirilerek kolaylıkla kablosuz ve fişsiz bir şarjın sağlanacağını da belirtti.
Dünyadaki otomobil üreticilerince kabul görülmüş kablosuz teknolojisinin otomotiv alanında şunları sunuyor.
►Küçük kapasiteli batarya sistemlerine sahip olan elektrikli hibrit araçlardan uzun menzilli bataryalara sahip olan elektrikli araçlara kadar olan ihtiyacın karşılanması adına 3.6 ile 11 kW güçleri arasında ölçeklenebilir şarj etme oranları
►Tek bir sistem tasarımı ile yere yakın süper spor otomobillerden SUV araçlara kadar birçok aracın şarj edilme imkanı
►Altyapıya gömülebilme özelliğinden dolayı özel konutların otoparklarında kamuya açık yerlerdeki alanlara kadar birçok alanda kullanılma imkanı
Endüstri
Kablosuz şarj teknolojisi kullanıcılar tarafından Endüstri 4.0'ın anlaşılmasında en kolay kavranabilir yollardan biri. Endüstriyel sistemlere güç sağlamak ağır bir kablolama, büyük konnektörlerve çok sayıda şarj istasyonu gerektirir. Kablosuz şarj teknolojisi ile endüstriyel uygulamalardaki cihazlara güç sağlamak oldukça kolaylaşıyor. Ayrıca düşük güçlerden yüksek güçlere bir çok uygulamada kullanılabilirliği kablosuz şarj teknolojisinin, Endüstri 4.0'ın yapıtaşlarından olan IoT uygulamalarında da kullanılma imkanını sunuyor. Bu açıdan bakıldığında teknolojinin 4. sanayi devrimine olan katkısı oldukça büyük.
Kablosuz şarj teknolojisi endüstriyel uygulamalar alanında şunları sunuyor:
►Mobil robotlar ve kablosuz cihazlar gibi birçok aletin şarj karmaşasını ve emek yoğun manuel şarj yapısını ortadan kaldırıyor
►Robotlar, paketleme makineleri, montaj makineleri, tezgah takımları ve birçok endüstriyel cihaz için döner ve hareketli alanlardaki kablolama ve konnektör bağlantı zorluklarını ortadan kaldırıyor
►Sondaj, madencilik ve su altı sektörü gibi kablolamanın pratik ve hatta mümkün olmadığı zorlu ortamlarda doğrudan kablosuz olarak güç ve haberleşme bağlantılarını aktarılmasını sağlıyor
Medikal
Kablosuz şarj teknolojisi medikal alanında şartları oldukça iyileştiren yenilikler sunmakta.
►Azaltılmış kablolama ile dahaiyi yalıtılmış ve sterilize edilmiş cihazlar
Protez cihazlar hastanın özgürlüğünü ve hareketliliğini sağlar
►Mevcut tedavi yöntemlerinde oldukça faydalı yenilikler ve yeni tedavi yöntemlerinin ortaya çıkmasına yardımcı olur
►Enfeksiyon kaynağı olan kabloları, bakır telleri tamamen ortadan kaldırır
Medikal alanında kablosuz şarj teknolojisi taşınabilir medikal cihazlardan cerrahi aletlere kadar birçok uygulama için büyük önem arz eder. Bu teknoloji ile yüksek verimlilik ve konumsal özgürlük sayesinde güç sağlamak mümkün olduğunda cerrahi uygulamalarda büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Buna karşın geleneksel manyetik indüksiyon sistemleri hacimsel olarak çok büyüktürler ve cilde aşırı yakınlığı durumunda verimsiz enerji transferi ve doku ısınmasına neden olabilirler. Bu gibi önemli artıları bulunan sistemin gelecekte medikal alanın hayat kurtarabilecek katlılarının olacağı düşünülüyor.
Kaynak:
►witricity.com
Yazar: Muhammed Ahmet Alkan
