Để định hƣớng chính xác và đạt hiệu suất cao bộ định lại hƣớng đƣợc sử dụng cho hệ thống SPS. Bộ phản xạ góc, mảng Van Atta là hai kỹ thuật điều khiển định lại hƣớng chùm tia đƣợc sử dụng trong SPS. Bộ phản xạ góc đƣợc tạo từ nhiều tấm kim loại trực giao với nhau. Những tấm này cắt nhau ở góc phụ. Tín hiệu tới đƣợc phản xạ trở lại hƣớng đến nhờ các gƣơng phản xạ. Mảng Van Atta đƣợc tạo thành từ các cặp antenna có khoảng cách bằng nhau tính từ tâm của mảng. Tín hiệu nhận sẽ đƣợc phản xạ bởi các cặp antenna này. Hệ thống định lại hƣớng thống nhất hƣớng mục tiêu với chùm tia chuẩn bằng mạch kết hợp pha. Tín hiệu pilot đƣợc sử dụng để tìm hƣớng mục tiêu. Sau việc định hƣớng mục tiêu là việc chuẩn hóa chính xác chùm tia. Tần số cho việc truyền tín hiệu pilot là 3,85GHz nếu hệ thống sử dụng tần số 5,77GHz để truyền năng lƣợng không dây. Trong SPS việc điều khiển lại hƣớng của chùm tia tới
vị trí của rectenna sẽ chính xác hơn và giúp chùm tia vi ba công suất nhằm trúng mục tiêu. [1].
1.5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
1.5.1 Không gian truyền dẫn năng lƣợng không dây
Bầu không gian vũ trụ từ quỹ đạo GEO, MEO hay LEO về mặt đất. Tần số (bƣớc sóng) đối với công nghệ chùm tia vi ba là 2,58GHz hoặc tần số 5,8 GHz, còn đối với chùm tia laser là bƣớc sóng hồng ngoại ở dải λ= 0,7 - 1,1µm.
1.5.2 Về độ an toàn
Ngƣời ta tin rằng có sự ảnh hƣởng của vi ba đến sức khỏe con ngƣời. Tuy nhiên, những nghiên cứu trong lĩnh vực này chứng minh mức bức xạ sóng vi ba không cao hơn của các lò vi sóng, nghĩa là chỉ lớn hơn của các hệ thống điện thoại di động một ít. Hệ thống điện thoại di động hoạt động với mật độ công suất bằng hoặc dƣới mức cho phép theo tiêu chuẩn của ANSI/IEEE. Vì vậy việc tiếp xúc với các lĩnh vực thuộc WPT nói chung và SPS nói riêng đều ở mức độ an toàn.
Nói chung hệ SPS chùm tia vi ba có độ an toàn hơn, mật độ công suất thấp so với mức tác hại; còn hệ dùng chùm tia laser thì độ an toàn không cao, nguy hiểm, có tác hại đối với con ngƣời.
1.5.3 Về mức độ phát triển và kết quả đạt đƣợc
Hệ SPS dùng chùm tia vi ba đang đƣợc phát triển mạnh, dùng để truyền năng lƣợng từ GEO về và đã đạt đƣợc nhiều kết quả truyền đƣợc năng lƣợng cỡ KW trở lên. Hệ này đang đƣợc đầu tƣ hàng tỷ USD trong rất nhiều dự án lớn, và trong thời gian tới sẽ nghiên cứu để tiến tới truyền từ GW- TW. Còn đối với hệ chùm tia laser cũng đƣợc phát triển mạnh, với kinh phí đầu tƣ rất lớn, dùng cho các mục đích quân sự - làm vũ khí, cung cấp năng lƣợng cho các căn cứ quân sự nhỏ từ quỹ đạo LEO, nhƣng ở trạng thái bí mật không công bố.
1.6 MỘT SỐ ƢU ĐIỂM, NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN NĂNG LƢỢNG KHÔNG DÂY VÀ KHÓ KHĂN THÁCH THỨC NĂNG LƢỢNG KHÔNG DÂY VÀ KHÓ KHĂN THÁCH THỨC
Năng lƣợng mặt trời vũ trụ có thể giải quyết vấn đề an ninh năng lƣợng toàn cầu bởi vì không giống nhƣ năng lƣợng mặt trời trên trái đất và năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời vũ trụ có liên tục hàng ngày 24 24 giờ với trữ lƣợng vô cùng lớn, nó có hiệu ứng bơm liên tục. Hơn nữa, nó có thể cấp năng lƣợng cho bất cứ một khu vực nào trên mặt đất, cả vùng sâu vùng xa, không phụ thuộc các nguồn nƣớc sạch để hoạt động, chỉ cần hƣớng antenna phát về vị trí đặt antenna thu ở nơi mong muốn sử dụng. Vì vậy năng lƣợng mặt trời vũ trụ là nguồn ổn định lâu dài, cung cấp trực tiếp cho mọi dân tộc, không phụ thuộc sở hữu của quốc gia nào.
Đồng thời, năng lƣợng mặt trời vũ trụ không gây ra các khí có hiệu ứng nhà kính, không ảnh hƣởng nhiều đến biến đổi khí hậu, và không tạo ra phế thải độc hại cần phải chôn cất (nhƣ năng lƣợng hạt nhân), vì vậy nó không thể là mục tiêu cho bọn khủng bố. Ngoài ra, hệ thống SPS yêu cầu diện tích nhỏ hơn khoảng 1 5 lần so với hệ thống năng lƣợng mặt trời trên mặt đất khi cho cùng công suất.
Tuy nhiên, kích thƣớc và trọng lƣợng vệ tinh SPS hiện nay còn rất lớn nên giá thành phóng tên lửa đƣa vệ tinh lên quỹ đạo khá cao. Giá thành để đƣa lên quỹ đạo LEO cần giảm vào khoảng 400 - 500 USD/kg.
Hình 1.10 ột số hoạt động về truyền thông tin v truyền năng lượng không dây sử dụng chùm tia i ba v Laser trong vũ trụ trong tương lai gần
(theo dự đoán của NASA ở hội nghị ISDC năm 2010 Chicago) a b) v sách giới thiệu về “an ninh năng lượng
sử dụng công nghệ truyền năng lượng không dây bằng kỹ thuật chùm tia i ba Laser" c)
Mặc dù có những khó khăn, thách thức rất lớn cả về kỹ thuật, tài chính, song để đảm bảo an ninh năng lƣợng, Chính phủ các nƣớc, các tập đoàn lớn trên thế giới (nhƣ NASA (Mỹ), BOEING (Mỹ), NASDA (Nhật Bản), Châu Âu...) vẫn có những đầu tƣ hàng chục tỷ USD cho các dự án nghiên cứu, thí điểm và đƣa ra những chiến lƣợc có tính dài hạn. Các nhà khoa học cũng đặt mục tiêu trƣớc mắt là nghiên cứu và phát triển những công nghệ mới về khoa học vũ trụ có thể chế tạo đƣợc SPS, hệ thống rectenna và đƣa đƣợc SPS lên quỹ đạo, duy trì hoạt động của chúng trong vài chục năm, và phấn đấu đạt hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng từ năng lƣợng mặt trời ngoài vũ trụ thành điện năng trên 50%. Hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng từ RF sang DC đƣợc tính bởi công thức: DC RF P P 0 1 ( ) ( ) D OUT T in D V I V t i t dt T Trong đó: T là chu kỳ RF
Vin(t) là điện áp lối vào bộ chỉnh lƣu iD (t)là dòng qua chỉnh lƣu
UD là điện áp lối ra trên tải Iout là dòng lối ra trên tải
1.7 KẾT LUẬN
Vệ tinh thu năng lƣợng mặt trời SPS là một công nghệ đƣợc kỳ vọng sẽ thành hiện thực vào những năm 2030. Tiềm năng và tính thƣơng mại của SPS là rất lớn. Hiện các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu giải quyết bài toán về giảm giá thành cho SPS. Nguồn năng lƣợng mặt trời đƣợc xem nhƣ là vô tận vì vậy khi SPS trở thành hiện thực chúng ta không cần lo lắng về vấn đề an ninh năng lƣợng. Chúng ta hy vọng rằng SPS sẽ là thế hệ tiếp theo của truyền dẫn năng lƣợng không dây.
Và theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì dải tần để truyền năng lƣợng không dây đạt hiệu suất cao nhất, tổn hao ít nhất và có kích thƣớc antenna phù hợp đó là ở tần số 2,45GHz.
Chƣơng 2