انتقال توان بی‌سیم به‌وسیله لیزر در ایستگاه‌های پایه اریکسون

اریکسون برای اولین بار در جهان از فناوری پرتو لیزر برای تأمین انرژی یک ایستگاه پایه 5G به‌صورت کاملاً بی‌سیم، بدون اتصال به شبکه برق یا تولید برق در محل استفاده‌کرد. نمونه اولیه این طرح با همکاری شرکت PowerLight Technologies در شهر سیاتل پیاده شده است. در این طرح، فناوری پرتو نوری بر پایه لیزر، الکتریسیته را به نوری با شدت بالا تبدیل می‌کند که توسط ایستگاه پایه رادیویی دریافت شده و به الکتریسیته تبدیل می‌شود تا تامین انرژی به‌صورت بی‌سیم انجام شود. استفاده از این روش می‌تواند گزینه مناسبی برای پاسخگویی به چالش تامین انرژی ایستگاه‌های پایه در استقرار سایت‌های سلولی جدید باشد. زیرا تامین انرژی با روش‌های سنتی و دسترسی به این شبکه و فرآیند مربوطه می‌تواند زمان‌بر و پرهزینه باشد یا به‌دلیل موقعیت مکانی یا جغرافیایی دشوار باشد، به‌ویژه هنگامی که شبکه وسیع‌تر می‌شود.

به گفته کوین زوکل، سرپرست شبکه‌های اریکسون در آمریکای شمالی “توانایی انتقال ایمن برق در فواصل بدون نیاز به اتصال به شبکه برق یکی از موانع بزرگی را که در ساخت سایت‌های سلولی جدید داریم، از بین می‌برد. صرفه‌جویی در زمان و افزایش انعطاف‌پذیری، این راه‌حل را به یک راه‌حل جذاب برای مشتریان ما تبدیل می‌کند.”

جزئیات نمونه آزمایشی راه‌اندازی شده در سیاتل به شرح زیر است:

یک واحد توزیع برق^[1] کوچک PowerLight در زیر ایستگاه پایه اریکسون قرار می‌گیرد. در این نمونه از یک واحد موج میلی‌متری Ericsson Streetmacro 6701 5G استفاده شده ‌است. در بالای دکل، یک گیرنده PV (فتوولتائیک^[2]) قرار دارد. این نمونه در یک پارکینگ نصب شده ‌است. در انتهای این پارکینگ، در یک گاراژ باز، فرستنده پرتو قرار دارد. فرستنده پرتو قدرت، الکتریسیته را به فوتون (پرتو لیزر) تبدیل می‌کند که به گیرنده PV ارسال می‌شود و فوتون‌ها را دوباره به برق قابل استفاده تبدیل می‌کند. سپس آن برق در جعبه PDU در زیر ایستگاه پایه ذخیره می‌شود. در نسخه‌ی آزمایشی، یک پرتو برق نوری با به‌کارگیری فناوری لیزر PowerLight قادر است تا صدها وات توان را در طول صدها متر در هوا منتقل کند. این پرتو نامرئی و بی‌صدا است.

شکل 1: جعبه توزیع PowerLight در ایستگاه پایه نسل پنجم میلی‌متری اریکسون [1]

به گفته دست اندرکاران این طرح، این روش یک نقطه عطف بزرگ است زیرا در نسل‌های بعدی این محصول می‌تواند چندین کیلووات انرژی را در فواصل طولانی‌تر مانند کیلومتر منتقل کند. کلیس اولسون، رئیس اجرایی PowerLight در اطلاعیه‌ای گفت که این محصول در حال توسعه است و در چند سال آینده به‌صورت تجاری در دسترس خواهد بود.

ایمنی سیستم معرفی شده

یکی از اهداف این نسخه آزمایشی نمایش این امر بود که انتقال توان بی‌سیم برای موجودات زنده و محیط زیست بی‌خطر است. به گفته مجری این طرح، یکی از راه‌های تضمین موضوع امنیت این است که برای پرتو برقی که در وسط سیستم‌ها ارسال می‌کند یک سیلندر نامرئی در نظر گرفته شده‌است. این سیلندر از پرتو توان محافظت می‌کند (که حلقه ایمنی نامیده می‌شود). اگر کسی یا چیزی مانع انتقال پرتو شود، بلافاصله پرتو خاموش می‌شود. این امر در عرض چند میلی‌ثانیه انجام‌می‌شود. حتی اگر پرتو به طور موقت قطع شود، ایستگاه پایه همچنان فعال می‌ماند و باطری پشتیبان سایت کار می‌کند تا مطمئن شود سایت تلفن همراه قابل‌اعتماد باقی می‌ماند. برای نشان دادن این موضوع، اریکسون یک آونگ را در مقابل گیرنده PV تکان داد. یک چراغ LED برای چند ثانیه قرمز شد تا نشان دهد که واحد توزیع برق با قطع پرتو لیزر (در حالی که ایستگاه پایه 5G هنوز روشن است) خاموش شده ‌است. پس از اینکه آونگ از سر راه خارج شد، این چراغ دوباره سبز شد.

به گفته جانسون «فناوری پرتو برق به ما در اریکسون انعطاف‌پذیری می‌دهد تا رادیوها را در جایی که قبلاً ممکن نبود، مستقر کنیم.» جدای از استقرار سریع‌تر ایستگاه‌های پایه در سطح خیابان، اریکسون در نظر دارد از قدرت ارتباط بی‌سیم نوری برای استقرار موقت استفاده کند. مانند شرایط اضطراری یا رویدادهایی که در آن ازدحام متراکم برای مدت معینی وجود خواهد داشت، مانند جشنواره‌های موسیقی یا رویدادهای ورزشی. با این طرح بدون نیاز به سیم‌کشی به منبع برق، می‌توان از ماشین‌های متصل مانند وسایل‌نقلیه هدایت‌شونده خودکار، پهپادها یا حسگرها و لامپ‌های IoT نیز پشتیبانی کند. اولسون از PowerLight در بیانیه‌ای افزود: «بیشتر مردم می‌دانند که فناوری شارژ بی‌سیم امروزه برای دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مانند تلفن‌های همراه و ساعت‌ها در دسترس است. این نمایش موفقیت‌آمیز که از بهترین فناوری نوآورانه PowerLight و Ericsson استفاده می‌کند، جهش‌ عمده‌ای را که اخیراً به‌سمت تجاری‌سازی انتقال برق بی‌سیم و ایمن برای سیستم‌های مقیاس بزرگ‌تر انجام داده‌ایم، نشان‌می‌دهد.»

منابع

[1] https://www.fiercewireless.com/tech/ericsson-uses-laser-beams-to-wirelessly-power-5g-mmwave-base-station

[2] https://www.ericsson.com/en/blog/2018/3/how-one-company-is-powering-iot-devices–wirelessly

پی‌نوشت

[1] power distribution unit (PDU)

[2] Photovoltaic