Listrik Tanpa Kabel? Mungkinkah?

Sejarah Singkat

Gagasan Tentang Inductive Power dibuat Pada tahun 1888 ketika Fisikawan asal Jerman yaitu Heinrich Hertz membuktikan adanya gelombang elektromagnetik dengan membuat sebuah percikan dari jarak antara transmitter dan receiver.

Sebuah percikan yang dihasilkan oleh transmitter juga menciptakan percikan kecil di receiver, yang bisa dilihat dengan mikroskop. Nikola Tesla belajar tentang Ide Hertz pada tahun berikutnya dan mulai menduplikat eksperimennya.

Pada tahun 1891, Tesla telah mengembangkan koil induksi tegangan tinggi, yang digunakannya untuk menunjukkan transmisi energi nirkabel. Dia berhasil mempresentasikan tekniknya ke American Institute of Electrical Engineers dan National Electric Light Association. Pada 1894 Tesla telah mengembangkan peralatan lampu lampu pijar tanpa kabel di laboratorium New York-nya. Metode ini menggunakan resonant inductive coupling yang melibatkan penyetelan dua koil di dekatnya untuk beresonansi pada frekuensi yang sama.

Pada tahun 1896 ia telah meningkatkan jangkauan transmisi menjadi 25 mil. Tesla memulai pembangunan di Wardenclyffe Tower, yang dirancang untuk siaran nirkabel dan pembangkit tenaga listrik, pada tahun 1901. Setelah beberapa penundaan konstruksi dan kemunduran teknis, proyek tersebut kehabisan dana beberapa tahun kemudian dan akhirnya dihancurkan. Setelah ini, tidak ada kemajuan signifikan yang dilakukan selama lebih dari 50 tahun.

Apakah listrik bisa dikirimkan tanpa kabel?

Untuk jawaban singkatnya saya berkata "Iya" namun...

Zaman sekarang sudah ada yang namanya Wireless Charger, berfungsi mengcharger tanpa Kabel.

Hanya perlu menaruh Handphone diatas Charger. Artinya ada daya listrik yang dikirimkan oleh charger ke handphone tanpa melalui kabel.

Contoh lain pengiriman listrik tanpa kabel adalah penggunaan RFID, seperti seperti pada e-ktp, kartu multi-trip yg digunakan di gerbang KRL atau busway, kartu e-toll, dll. Kartu tersebut tidak memiliki batere, namun bisa mengirimkan datanya kepada card reader di gerbang. Dari mana power supplynya?

Baik wireless charger maupun RFID, keduanya memiliki persamaan, sama-sama mengirimkan listrik tanpa kabel.

Jadi kesimpulannya mengirim listrik tanpa kabel itu bisa dilakukan?

Ya. Untuk pengiriman listrik berdaya kecil dan berjarak pendek seperti contoh di atas sudah berhasil dilakukan. Bagaimana dengan jarak jauh dan berdaya besar? Masih banyak hal yang harus diperhatikan, berikut penjelasannya.

Untuk memudahkan pembahasan, mari kita bagi menjadi 2 metode, yaitu : jarak dekat (near field) dan jarak jauh (far field)

1. Jarak dekat (near field)

Mekanisme pengiriman wireless seperti contoh di atas (wireless charger dan RFID) masuk ke dalam ini.

Kunci penggunaan RFID adalah pengiriman listrik tanpa kabel dari terminal pembaca (card reader) kepada kartu. Prinsip kerjanya mirip seperti transformer (trafo) step-up atau step-down, di mana ada primary coil yang diberi arus listrik dan kemudian arus listrik juga ikut mengalir pada secondary coil.
Mekanisme ini disebut dengan induksi magnetik.

Dalam kasus RFID ini dan wireless charger di atas, kalau diibaratkan trafo, maka primary coil ada pada card reader (RFID) dan charger (wireless charger). Sedangkan secondary coil ada di kartu (RFID) dan handphone (wireless charger)

Ya di dalam kartu ada pola semacam kumparan yang dibuat di atas PCB. Kumparan ini jika diletakkan dekat dengan terminal akan menerima medan listrik persis seperti kumparan dalam trafo.

Bisakah RFID atau wireless charger ini digunakan pada jarak yang lebih jauh? Problemnya, dengan cara kerja induksi magnetik maka energi yang bisa dikirimkan akan sangat melemah kalau jarak dijauhkan. Sebagai gambaran, setiap kita melebarkan jarak antara transmiter (card reader) dengan receiver (kartu RFID), maka energynya akan berkurang 64 kalinya (2626). Sisanya akan hilang diserap oleh udara di sekitar.

Sehingga, satu-satunya cara agar RFID bisa digunakan dengan jarak yang lebih besar adalah memperbesar energi transmitternya.

Namun kemudian ada masalah lain ketika kita membuat medan magnet yang besar, akan mengganggu elektronik di sekitarnya.

2. Jarak Jauh (Far field)

Pengiriman jarak jauh melibatkan konversi energi. Energi dalam bentuk energi listrik diubah ke dalam bentuk gelombang radio atau microwave dan baru-baru ini energi tersebut diubah menjadi energi cahaya (photon) kemudian baru dikirimkan melalui udara.

Prinsip ini mirip dengan bagaimana matahari yang berjarak sekian juta kilometer bisa mengirimkan listrik ke bumi. Sebetulnya, yang dikirimkan oleh matahari melalui sinarnya adalah suatu energi. Kemudian manusia di bumi lah yang menerima dan mengubahnya ke dalam bentuk energi listrik.

Prinsip sederhananya, energi listrik kita ubah menjadi energi cahaya, kemudian cahaya ini kita kirimkan ke suatu receiver di tujuan. Oleh receiver cahaya ini diubah kembali menjadi listrik.

Problem utama pengiriman listrik jarak jauh ini adalah bagaimana caranya gelombang radio ataupun cahaya yang membawa energi listrik ini bisa diarahkan ke receiver tanpa banyak terbuang. Untuk gelombang radio kita memerlukan antena yang benar-benar directional! Dan untuk cahaya kita memerlukan sekelas laser yang cahaya bisa lurus dan tidak melebar. Namun keduanya harus memikirikan jalur yang dilaluinya harus bebas dari bahaya.

Laser yang membawa energi yang besar ini tentu sangat berbahaya apabila menabrak benda lain seperti makhluk hidup.

Sebetulnya saat ini sedang berlangsung proyek raksasa pembuatan pembangkit listrik tenaga matahari di stasiun luar angkasa. Rencananya pembangkit listrik ini akan mengirimkan listriknya ke bumi tanpa kabel. Stasiun ini juga diharapkan menjadi pembangkit listrik untuk digunakan pesawat-pesawat tanpa awak (drone).

Referensi :
https://www.wirelesspowerconsortium.com/technology/how-it-works.html

http://www.livescience.com/46745-how-tesla-coil-works.html

http://www.rustamaji.net/id/sains/apakah-listrik-bisa-dikirimkan-tanpa-kabel