ПНИПУ: эффективность передачи энергии по оптоволокну повышена в 7 раз

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.