NTTがレーザー給電で世界最高の効率を達成　実用化にはまだ課題が

　受光側の光電変換パネルでは複数のセルが直列に接続されている。このため、光が均等に当たらないと、全体の発電効率が大幅に低下してしまう。特に、レーザー光を大気中で長距離伝送させると、大気の揺らぎによってビームの形状が乱れる。すると各セルに均等に光を照射できず、変換効率が低下する。

NTTと三菱重工の新技術とは

　この課題を改善するためにNTTは「長距離フラットビーム整形技術」、三菱重工は「出力電流平準化技術」を開発し、実験に持ち込んだ。

　長距離フラットビーム整形技術は、レーザービームの中心部と外側でそれぞれ異なる位相を与える送信側の仕組み。ビームの外側をリング状にする一方、中心部を拡散させ、この2つを重ね合わせる。これにより、大気の揺らぎがある環境でも強度分布を均一化し、受光パネル全体に均等な光を照射することが可能になった。

　出力電流平準化技術は受光側の仕組み。まず、「ホモジナイザー」と呼ばれる光学素子を用いて、到達したレーザー光の強い部分を拡散させ、光強度をさらに均一化。次に、各セルにコンデンサを接続した「平準化回路」により、大気の揺らぎにより生じる出力電流の急な変動を抑制し、安定的な電力出力を実現した。

　今回の実験は2025年1〜2月に南紀白浜空港の屋外で実施、NTTが開発したビーム整形技術を搭載した送光部から、三菱重工が開発した受光部の光電変換パネルへ向けて1kmの距離で光パワー1kW のレーザー光を照射した。その結果、市販のシリコン製パネルを使用しながらも152Wの電力が得られた。つまり効率は約15％ということになる。これは、大気の揺らぎが強い環境下でシリコンパネルを用いた1km級の無線給電実験としては、世界最高の効率だという。

実用化はまだ先

　研究チームは、今回の成果を基盤技術と位置付けており、今後はさらなる高効率化を目指すとしている。例えば、現在使用しているシリコン製の光電変換素子を、レーザーの波長に最適化された化合物半導体などに変更することで、現在の約2倍の出力が見込めるという。

　だが、NTTが説明する多様なユースケースへの適用には、多くの課題が残されている。例えばドローンへの給電を考えた場合、1km以上の伝送距離を確保する必要があることは想像に難くない。また、移動体の追尾をどう的確に行えるのか、人や物の被害をどう防ぐか、といった課題が想定できる。

　伝送距離については、ビーム整形のパラメーターを最適化することで、数kmから数十kmへの対応も可能という。また、安全性の課題については、レーザー光路に障害物が入った場合にシステムを遮断するインターロック機構などの対策が必要になるとした。具体的な実用化スケジュールは未定。