文／穿山甲　

每天從一早開始使用手機、看電視、煮咖啡、開啟空調、打電腦……等工作，日常生活，舉凡食衣住行中的便利，皆離不開電力的支撐。我們習以為常的電力使用方式，大多依賴電線連接插座供應。電線縱然有效且穩定，但也帶來了一些限制，例如移動範圍受限，電器多線路交疊不易整理，電線外露易產生損傷，因此，無線傳輸成為一種良好的解決方案。

無論是電視遙控器抑或是門禁系統，它們可以透過無線電波傳遞信號，控制電子產品，而無線電力傳輸的目標，則是冀望穿過空中直接傳遞能量，不再依賴電線，這比起單純傳送訊號的能量更大一些。無線電力傳輸並非直接將電傳送過去，而是將電能轉成其他種能量傳遞出去，抵達接收端後再轉換回電能。科學家們為此開發了幾種不同的方式，每種方法都有其獨特的應用場景與傳輸距離。

電磁感應 電磁共振



電磁感應是最早應用於無線電力傳輸的方法。以手機充電為例，充電座與手機內各會有一組線圈，交流電流經過充電座內的線圈時，會讓線圈產生交變磁場，手機內的線圈會感應到這個交變磁場變化，進而感應出交流電流。可想而知，手機為了感應到充電座的交變磁場，因為磁場受距離影響會快速減弱，兩者的線圈愈近愈好，線圈中心能重疊也愈好，如此才能良好的感應磁場變化。傳輸距離僅限於幾公分以內，非常適合低功率設備，例如電動牙刷、刮鬍刀、智慧手環手機等。心臟節律器這種植入人體的醫療裝置，若能以無線方式傳送電力，可以省去之後為了充電需要再次開刀的麻煩。

電磁共振與電磁感應相似也是基於一對線圈傳遞能量，比較不同的是，這兩組線圈可以在特定頻率下產生共振進而交換能量，這種能量傳輸方式效率較高，傳輸距離也較電磁感應遠些，通常介於幾公分到幾公尺之間，不過缺點是成本較高，需在幾MHz（波動頻率，兆赫）下做高頻共振。其實電磁感應充電也是需要共振來傳輸，只是通常電磁共振技術中，電路所需要的品質因子較高，品質因子高能量傳輸效率愈好。

微波傳輸 雷射傳輸



微波能量傳輸是透過將電力轉換為微波傳遞至接收端的天線，再經由電路將電能儲存下來。這種方法傳播的距離較遠，功率也較大，通常需要讓微波只朝接收天線傳遞，使所有的能量可以被天線所接收，這種方式傳送的距離可以從幾公尺延伸至數百公里。在90年代科學家曾經提出一項太空太陽能電站的概念，其原理是在太空軌道上架設太陽能板吸收能量，再將這些能量以微波傳送至地球表面，以天線接收後再轉換為電能儲存，如此可以不分晝夜、陰晴，隨時接收太陽光能量。這種概念雖然美好，但造價與技術問題複雜，並且微波必須控制得宜，不然高強度的微波會嚴重傷害地表的人類與動植物。

雷射傳輸目的在於將電能轉換成雷射傳送出去，於接收端透過光電效應將雷射光轉換回電能。因為雷射光束可以非常集中且精確的方式送抵特定位置，因此傳播距離同樣可從幾公尺至數百公里遠。不過遇到雲雨或空氣品質較差的區域，雷射並不容易穿透，會使傳送的效果大幅降低，且路徑上不能有障礙物，也須避免傷害路徑上的動植物，其應用目前仍在探索中。