В этой статье мы делимся некоторыми результатами исследований, проведенных для данного отчета. В ней описываются технологии, которые проложат путь к бесконтактной передаче энергии для значительной части стационарных потребителей, промышленной и военной электроники, а также электроэнергетики. В настоящее время основное внимание уделяется беспроводной зарядке батарей ноутбуков для бытовой электроники и электромобилей. И то, и другое передается на значительные расстояния, и немедленная доступность стандартной, удобной и бесконтактной зарядки является ключевым фактором роста внедрения этой технологии. Например, пользователи смогут пользоваться все большей функциональностью и более длительным временем работы мобильных телефонов, несмотря на существующие ограничения по емкости батарей.
Исследования IDTechEx касаются передачи энергии в ваттах и высоких уровнях мощности в киловаттном диапазоне, на расстоянии от одного миллиметра до примерно 60 сантиметров. Беспроводная передача энергии (WPT) обычно включает стационарные передатчики и множество приемников, интегрированных в портативное или мобильное устройство. Передатчики, как правило, подключаются кабелем к источникам переменного тока или устройствам сбора энергии, таким как фотоэлектрические панели, и наблюдается растущая тенденция к использованию нескольких источников сбора энергии. Массовый рынок станет таковым только в том случае, если будут широко распространены более понятные стандарты, а производители портативных и мобильных устройств будут интегрировать приемники в процесс производства. Мы прогнозируем спрос, исходя из уровня мощности, а также с учетом других критериев, таких как технология, дальность действия и регион применения.
Потребительская электроника:
Необходимо преодолеть серьезную проблему распространения электрозаряжаемых устройств, каждое из которых имеет несовместимый источник питания. Ежегодно производится от трех до четырех миллиардов единиц, что представляет собой потенциальный рынок беспроводных зарядных устройств объемом до десяти миллиардов долларов в год, учитывая рост рынка и смежный рынок беспроводной зарядки для потребительской электроники и электротехнических изделий, не требующих зарядки. Фактически, массовая утилизация нестандартизированных внешних источников питания для потребительской электроники является экологической катастрофой, вызывающей озабоченность у правительств. Перерабатывается только 15-20% по весу электронных изделий, включая ноутбуки, мобильные телефоны и их блоки питания. Типичный пользователь электронных устройств сейчас имеет как минимум три разных зарядных устройства и как минимум столько же кабелей для зарядки и передачи данных. Однако всем нам знаком случай с беспроводной электрической зубной щеткой, и теперь существует потребительский спрос на беспроводную зарядку мобильных устройств, что позволяет избавиться от большей части проводов.
Электромобили и гибридные автомобили:
тяговые батареи также не совершенствуются достаточно быстро. Те, кто использует чисто электрические автомобили, пытаются избежать беспокойства по поводу запаса хода каким-либо удобным способом. Стоять под дождем, чтобы подключить электрический кабель, который отключается по соображениям безопасности, не соответствует требованиям, хотя почти все инвестиции в инфраструктуру зарядки автомобилей в настоящее время сосредоточены именно на этом. Практичная и передовая электрическая зарядная станция для гибридных электромобилей также является важным фактором развития рынка, поскольку они могут достигать полного запаса хода на электротяге более 100 километров, создавая возможность платить максимум пятую часть стоимости «топлива» из-за недостатка в налоговой системе (электроэнергия дешева) и спасая планету, поскольку электростанции становятся более экологичными. Установлено, что, как и при заправке бензином, значительная часть женщин, в частности, считают неприятным и даже опасным выходить из машины, чтобы подключить электричество. С помощью WPT (беспроводной точки зарядки) они остаются чистыми и в безопасности внутри автомобиля.
Мы находимся на ранних этапах.
Технология беспроводной передачи энергии (WPT) для потребительской электроники и электромобилей находится в зачаточном состоянии. Большая часть продукции состоит из пары передатчик-приемник, хотя приемники все чаще продаются как оригинальное оборудование. В течение следующего десятилетия количество продаваемых передатчиков может несколько превысить количество приемников, поскольку архитекторы, кафе и другие организации будут широко устанавливать их в потребительской электронике для удобства населения, подражая, например, распространению Wi-Fi. Фактически, основной разработчик стандартов для WPT, ориентированный в первую очередь на потребительскую электронику, — Консорциум беспроводной передачи энергии (WPC) — строит свою работу, опираясь на успех Wi-Fi. Интересно, что он и его члены ставят перед собой цель заряжать небольшие электромобили с помощью своих технологий и стандартов.
Существует значительная неопределенность в прогнозировании внедрения WPT в потребительские товары. Например, Apple, которая в значительной степени избегает того, что диктуют стандарты, может внедрить WPT в свою продукцию, очень быстро создав многомиллиардный бизнес. Потребительские товары все больше становятся электронными, и один ведущий бренд может потреблять миллиард приемников в год. С другой стороны, необходимость повышения стоимости крайне чувствительных к цене потребительских товаров для того, чтобы предложить то, что невозможно оценить в денежном эквиваленте, является серьезным недостатком, как и отсутствие регулирования для устройств мощностью более 5 ватт.
Исторические уроки, полученные в сфере потребительской электроники и электромобилей, показывают, что изменения в инфраструктуре происходят медленно. Рассмотрим технологию ближней бесконтактной связи (NFC) в мобильных телефонах, стандарты которой были приняты во всем мире некоторое время назад, но внедрение за пределами Японии, единственной страны, внедрившей её немедленно, происходит медленно. Сравните это с ещё более плачевной ситуацией с беспроводной зарядкой телефонов, где практически отсутствует инфраструктура, а стандарты являются новыми и спорными. Поэтому, согласно скромному прогнозу, переломный момент ожидается примерно в 2020 году, когда беспроводная зарядка будет рассматриваться как реальное решение проблемы разрядки батареи в дороге. Другими словами, к тому времени многие устройства можно будет заряжать с помощью стандартизированных, общедоступных беспроводных зарядных устройств.
Как и в случае с автономной зарядкой автомобилей, нет особого стимула покупать установку, если её можно использовать только дома. Основные преимущества автономной зарядки связаны с возможностью использования её там, где это необходимо, но также существует потенциальная экономическая выгода для пользователя, хотя и не для поставщика, в виде устранения большого количества нестандартизированных внешних зарядных устройств для потребительской электроники. Тем не менее, сейчас существует соглашение о стандартизации силовых кабелей для мини-USB-портов в большей части мира, что представляет угрозу для автономной зарядки. Устройства с низким энергопотреблением первыми начнут использовать беспроводную зарядку: общепринятого стандарта пока нет.
Электромобили представляют собой своего рода дилемму «курица и яйцо» в сфере потребительской электроники: «Зачем покупать, если это еще нельзя использовать в общественных местах?» против «Зачем устанавливать общественные зарядные станции, если оборудование не широко распространено?». Однако, в случае с электромобилями существует значительный рынок автопарков, которые могут стать первыми пользователями, даже дойдя до использования динамической зарядки (непрерывной зарядки от кабеля), которая незаметна или осуществляется по мере необходимости, с потребительской электроникой — то есть оборудованием, которое будет непрерывно заряжаться через проводку вдоль дороги.
Зарядные станции:
Электромобили, приобретаемые населением, отличаются от бытовой электроники тем, что их покупка не является импульсивной, а дизайн меняется очень медленно. Поэтому я не предвижу переломного момента, когда, например, автомобили внезапно получат широкое распространение благодаря беспроводной зарядке в общественных местах. Это несмотря на то, что большинство зарядных станций в настоящее время финансируются правительствами и электроэнергетическими компаниями не из экономических соображений в рамках их «зеленого» имиджа. Такая щедрость вряд ли будет широко распространена в отношении беспроводной зарядки автомобилей, которая бы способствовала расширению ее использования, поскольку она более удобна, но потребляет больше энергии, что делает ее менее экологичной. Более того, во многих случаях она имеет более высокую стоимость установки, включая земляные работы на дорогах, а также существует ожидание нормативных актов, в которых хотя бы существовал бы стандарт для низкоэнергетической зарядки бытовой электроники.
Для электромобилей зарядные станции являются, безусловно, самой крупной статьей расходов и, следовательно, основным объектом внимания. Мы прогнозируем их использование, предполагая, что стандарты для максимальной мощности в 10 кВт будут разработаны и широко внедрены в течение следующих пяти лет. Тем временем, быстрая зарядка подключенных автомобилей становится стандартизированной и внедряется в более чем 20 раз чаще. Это подробно описано в отчете IDTechEx «Инфраструктура зарядки электромобилей 2011-2021». К 2020 году будет установлено более 3,6 миллионов зарядных станций для электромобилей, как подключенных, так и неподключенных, жилых и общественных. Это в первую очередь принесет пользу гибридным автомобилям, поскольку они по-прежнему будут продаваться лучше, чем электромобили, и в последние годы достигли полного запаса хода на электротяге, что делает подключение более ценным и приводит к значительной экономии средств. Уже сейчас в Всемирном технологическом парке (WTP) для потребительской электроники и транспортных средств участвует удивительно большое количество организаций, и в отчете описаны многие из них.
