В России нашли способ эффективнее передавать энергию по оптоволокну

ПНИПУ: эффективность передачи энергии по оптоволокну повышена в 7 раз
Yuan Meng, Tiantian He, Yijie Shen, Qirong Xiao

Ученые Пермского Политеха предложили способ значительно повысить эффективность технологии передачи энергии по оптоволокну (Power over Fiber, PoF). Разработка увеличивает КПД таких систем в 6–7 раз и снижает нагрев оборудования, что особенно важно для работы в сложных условиях — от промышленности до Арктики. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.

Передача энергии по оптоволокну основана на использовании света вместо электрического тока. Лазер преобразует электричество в свет, который проходит по волокну, а на выходе фотоприемник превращает его обратно в электрическую энергию. Такой подход безопасен: он исключает искры и устойчив к электромагнитным помехам, поэтому подходит для шахт, химических производств, авиации и космических систем.

Однако широкому внедрению мешает низкая эффективность. В реальных условиях устройства потребляют энергию неравномерно — например, датчики работают импульсно. При такой динамической нагрузке традиционные системы теряют большую часть энергии в виде тепла, и до потребителя доходит лишь 1–15%.

Исследователи предложили отказаться от непрерывной работы лазера и перевести систему в импульсный режим с широтно-импульсной модуляцией. В этом режиме энергия передается короткими включениями, а их длительность регулируется в зависимости от потребности устройства. При этом лазер работает в наиболее эффективной зоне мощности.

Дополнительно в систему введен конденсатор, который накапливает энергию во время импульса и затем равномерно отдает ее нагрузке. Это позволяет сгладить колебания и обеспечить стабильное питание.

Эффективность решения проверили с помощью компьютерного моделирования с использованием реальных характеристик компонентов. При малой мощности (менее 1 ватта) КПД вырос с 2% до 12–14%. В среднем диапазоне мощностей прирост составил до 6%.

Как пояснил Алексей Гаркушин, лаборант-исследователь молодежной лаборатории оптоэлектронных систем мониторинга ПНИПУ, кандидат технических наук, даже небольшой рост КПД дает заметный эффект: конечное устройство получает до 20% больше полезной энергии за счет снижения потерь и тепловыделения.

Новый подход также повышает надежность системы: лазер и фотоприемник меньше перегреваются, что увеличивает срок службы оборудования.

Разработка открывает новые возможности для применения PoF-технологий там, где традиционные кабели небезопасны или неэффективны. Это, в частности, удаленные объекты в Арктике, системы мониторинга, робототехника, медицинская техника и установки с сильными электромагнитными полями. При этом решение не требует создания новых компонентов и может быть внедрено в существующие системы.

Ранее в России нашли неожиданное применение древесных отходам.